Stand der Technik

Die Erfindung betrifft eine Verformungseinheit nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 , eine Fluidfördervorrichtung nach dem Anspruch 12 und ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 16.

Es ist bereits eine Verformungseinheit für eine Fluidfördervorrichtung, mit zumindest einem magnetischen Formgedächtniselement, welches zumindest dazu vorgesehen ist, durch eine kontrollierbare Formänderung eine Betriebsfunktion der Fluidfördervorrichtung auszuführen, und mit einer Halteeinrichtung zumindest zu einer Halterung des magnetischen Formgedächtniselements in der Fluidfördervorrichtung vorgeschlagen worden.

Die Aufgabe der Erfindung besteht insbesondere darin, eine gattungsgemäße Vorrichtung mit vorteilhaften Eigenschaften hinsichtlich einer Verformbarkeit, insbesondere hinsichtlich einer Verwendung in Mikropumpen, bereitzustellen. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der Patentansprüche 1 , 12 und 16 gelöst, während vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung den Unteransprüchen entnommen werden können.

Vorteile der Erfindung

Die Erfindung geht aus von einer Verformungseinheit für eine Fluidfördervorrichtung und/oder für eine mechanische Aktorvorrichtung, mit zumindest einem magnetischen Formgedächtniselement, welches zumindest dazu vorgesehen ist, durch eine kontrollierbare Formänderung eine Betriebsfunktion der Fluidfördervorrichtung und/oder der mechanischen Aktorvorrichtung auszuführen, und mit einer Halteeinrichtung zumindest zu einer Halterung des magnetischen Formgedächtniselements in der Fluidfördervorrichtung und/oder der mechanischen Aktorvorrichtung.

Es wird vorgeschlagen, dass die Halteeinrichtung das magnetische Formgedächtniselement dauerhaft in einem zumindest bereichsweise, zumindest abschnittsweise und/oder zumindest teilweise, insbesondere bogenförmig, gebogenen Zustand hält. Dadurch können vorteilhafte Verformungseigenschaften des Formgedächtniselements erreicht werden. Vorteilhaft können dadurch besonders gleichmäßige Wanderwellenbewegungen des Formgedächtniselements ermöglicht werden, welche insbesondere vorteilhaft für Mikropumpen-Anwendungen eingesetzt werden können. Vorteilhaft kann bei Mikropumpen-Anwendungen des Formgedächtniselements eine besonders gleichförmige peristaltische Pumpbewegung erreicht werden.

Insbesondere ist die Fluidfördervorrichtung als Verdrängungspumpe ausgebildet. Unter einer „Verdrängungspumpe“ soll insbesondere eine, insbesondere elektrisch betriebene, Pumpe verstanden werden, welche zur Förderung zumindest eines Mediums einen Verdrängungsmechanismus nutzt. Die Verdrängungspumpe weist insbesondere zumindest ein geschlossenes Fördervolumen auf, welches das Medium fördert und welches vorzugsweise dazu vorgesehen ist, ein ungewolltes Zurückströmen des Mediums entgegen der Förderrichtung zu verhindern. Besonders vorteilhaft ist die Verdrängungspumpe selbstansaugend und dazu vorgesehen, selbstständig einen Unterdrück aufzubauen, um das Medium in diese hinein zu fördern, wobei insbesondere auf weitere Unterdruckkomponenten, wie beispielsweise eine zusätzliche Unterdruckpumpe, verzichtet werden kann. Unter „vorgesehen“ soll insbesondere speziell programmiert, ausgelegt und/oder ausgestattet verstanden werden. Darunter, dass ein Objekt zu einer bestimmten Funktion vorgesehen ist, soll insbesondere verstanden werden, dass das Objekt diese bestimmte Funktion in zumindest einem Anwendungs- und/oder Betriebszustand erfüllt und/oder ausführt. Insbesondere ist die Verdrängungspumpe als eine Mikropumpe ausgebildet. Unter einer „Mikropumpe“ soll insbesondere eine Verdrängungspumpe verstanden werden, welche einen Bauraum von höchstens 25 cm ³ , vorzugsweise von höchstens 15 cm ³ und besonders bevorzugt von höchstens 5 cm ³ aufweist. Vorzugsweise ist die Mikropumpe zu einem Fördern von besonders kleinen, einstellbaren Fördervolumen vorgesehen. Die Verdrängungspumpenvorrichtung ist insbesondere zur Förderung eines Mediums vorgesehen, welches wenigstens eine Flüssigkeit, wenigstens ein Gas, wenigstens einen Feststoff, insbesondere einen pulverförmigen Feststoff, und/oder ein Gemisch dieser umfasst. Beispielsweise kann das Medium wenigstens eine Flüssigkeit mit einem darin gelösten Feststoff, wie beispielsweise einem Wirkstoff, einem Medikament oder dergleichen, umfassen. Unter einer Aktorvorrichtung soll insbesondere eine antriebstechnische Baueinheit verstanden werden, welche ein Signal, beispielsweise ein elektrisches Signal oder ein magnetisches Signal in eine mechanische Bewegung und/oder in eine Veränderung physikalischer Größen wie Druck oder Temperatur umsetzt.

Unter einem „magnetischen Formgedächtniselement“ soll insbesondere ein Element verstanden werden, welches dazu vorgesehen ist, zumindest einen Formgedächtnis-Effekt zur Förderung des Mediums zu nutzen. Bei dem Formgedächtnis-Effekt, welcher von dem Formgedächtniselement zur Förderung des Mediums genutzt wird, handelt es sich insbesondere um einen magnetischen Formgedächtnis-Effekt. Zur Förderung eines Mediums ist es denkbar, dass die Verdrängungspumpenvorrichtung mehr als ein Formgedächtniselement umfasst. Beispielsweise könnten derartige Formgedächtniseinheiten fluidtechnisch miteinander parallel und/oder in Reihe verbunden sein. Ganz besonders bevorzugt weist die Verdrängungspumpenvorrichtung nur ein einziges einstückiges, vorzugsweise monolithisches Formgedächtniselement auf. Insbesondere besteht das Formgedächtniselement zumindest teilweise, vorzugsweise zumindest zu einem Großteil aus einem Formgedächtnismaterial, welches zumindest eine strukturelle Anisotropie umfasst, die eine Formwandlung, wie beispielsweise durch eine Veränderung der Länge und/oder der Dicke des Elements, zur Folge hat, und/oder zumindest eine magnetische Anisotropie umfasst, die eine Umorientierung einer magnetischen Orientierung zur Folge hat. Insbesondere sind die strukturelle Anisotropie und die magnetische Anisotropie voneinander abhängig und/oder sich gegenseitig bedingend. Insbesondere für den Fall einer Ausgestaltung des Formgedächtniselements als ein magnetisches Formgedächtniselement ist die Umwandlung der Anisotropie zumindest magnetfeldabhängig, und zwar insbesondere von einer Orientierung eines Magnetfelds, welches das Formgedächtniselement durchströmt. Bevorzugt umfasst das Formgedächtniselement zumindest ein insbesondere magnetisch wirksames und/oder aktives Formgedächtnismaterial und besonders bevorzugt eine magnetische Formgedächtnislegierung (auch bekannt als MSM-Material = Magnetic Shape Memory). Bevorzugt enthält das magnetische Formgedächtnismaterial dabei Nickel, Mangan und Gallium, welche vorzugsweise die magnetische Formgedächtnislegierung ausbilden.

Insbesondere ist das Formgedächtniselement durch ein Anlegen eines externen Magnetfelds zumindest lokal in seiner Form kontrolliert veränderbar. Beispielsweise erzeugt die durch das externe Magnetfeld hervorgerufene Formänderung an einer Oberfläche des Formgedächtniselements reversibel eine Verformung in Form einer Kuhle oder Rille oder dergleichen. Insbesondere ist durch eine Veränderung, insbesondere eine Bewegung, des Magnetfelds die Verformung entlang der Oberfläche des Formgedächtniselements bewegbar. Insbesondere bildet die Betriebsfunktion jeweils eine Hauptbetriebsfunktion der jeweiligen Vorrichtung aus. Insbesondere entspricht ein Pumpen eines Fluids der Betriebsfunktion der Fluidfördervorrichtung. Insbesondere entspricht eine mechanische Bewegung eines Schaltelements einer Betriebsfunktion der Aktorvorrichtung. Insbesondere ist die Halteeinrichtung dazu vorgesehen, das magnetische Formgedächtniselement in einem verspannten, vorgespannten und/oder elastisch verformten Zustand zu haltern. Insbesondere ist die Halteeinrichtung dazu vorgesehen, den gebogenen Zustand des Formgedächtniselements aufrecht zu erhalten, wodurch vorzugsweise eine geometrische Zwangsbedingung erzeugt wird, welche eine Mikrostruktur/Zwillingsstruktur innerhalb des Formgedächtniselements stabilisiert. Die Halteeinrichtung kann dabei mehrteilig ausgebildet sein. Ferner weist das Formgedächtniselement insbesondere zumindest einen Mantel auf. Zumindest das Formgedächtniselement ist zumindest teilweise, vorzugsweise zumindest zu einem Großteil und besonders bevorzugt vollständig in dem Mantel angeordnet und/oder von diesem umgeben. Der Mantel ist dazu vorgesehen, das Formgedächtniselement abzudichten. Der Mantel ist insbesondere plastisch und bevorzugt elastisch verformbar. Vorzugsweise besteht der Mantel zumindest teilweise aus einem, insbesondere plastischen und vorzugsweise elastischen Kunststoff. Alternative Ausgestaltungen ohne Mantel sind jedoch auch denkbar.

Das Formgedächtniselement ist insbesondere zumindest teilweise, vorzugsweise zumindest zu einem Großteil und besonders bevorzugt vollständig als ein längliches Objekt ausgebildet. Unter einem „länglichen Objekt“ soll insbesondere ein Objekt verstanden werden, das eine Abmessung senkrecht zur Haupterstreckung des Objekts aufweist, welche zumindest um einen Faktor 2, vorzugsweise zumindest um einen Faktor 5 und besonders bevorzugt zumindest um einen Faktor 10 kleiner ist als dessen Haupterstreckung. Unter einer „Haupterstreckung“ eines Objekts soll insbesondere eine Erstreckung eines Objekts entlang einer Haupterstreckungsrichtung des Objekts verstanden werden, die vorteilhaft durch einen geometrischen Mittelpunkt und/oder Massenmittelpunkt des Objekts verläuft. Unter einer „Haupterstreckungsrichtung“ eines Objekts soll insbesondere eine Richtung verstanden werden, welche parallel zu einer längsten Kante eines kleinsten gedachten Quaders orientiert ist, welcher das Objekt gerade noch vollständig umschließt. Vorzugsweise weist das Formgedächtniselement eine Form eines Stabs auf. Insbesondere in Förderrichtung betrachtet weist das Formgedächtniselement einen viereckigen Querschnitt auf. Der Querschnitt weist insbesondere vier Seitenflächen auf, welche die Seiten der Formgedächtniseinheit definieren. Eine Förderrichtung der Verformungseinheit ist insbesondere zumindest im Wesentlichen parallel zur Haupterstreckungsrichtung des Formgedächtniselements. Darunter, dass die Halteeinrichtung das Formgedächtniselement „dauerhaft“ in dem gebogenen Zustand hält, soll insbesondere verstanden werden, dass die Halteeinrichtung das Formgedächtniselement im betriebsbereiten Zustand der Fluidfördervorrichtung und/oder der mechanischen Aktorvorrichtung, im ausgeschalteten Zustand der Fluidfördervorrichtung und/oder der mechanischen Aktorvorrichtung und im eingeschalteten Zustand der Fluidfördervorrichtung und/oder der mechanischen Aktorvorrichtung in dem gebogenen Zustand hält. Alternativ ist jedoch auch denkbar, dass das Formgedächtniselement jeweils erst bei einer Aktivierung der jeweiligen Vorrichtung von einem entspannten Zustand in den gebogenen Zustand überführt wird. Insbesondere steht das Formgedächtniselement im gebogenen Zustand unter interner Spannung. Insbesondere ist das Formgedächtniselement im kräftefreien Zustand (z.B. wenn es ausgebaut ist) ungebogen und/oder gerade ausgebildet. Das Formgedächtniselement kann, insbesondere entlang seiner Längserstreckung, nur abschnittsweise oder nur bereichsweise oder auch vollständig gebogen sein. Bei einem lediglich abschnittweisen oder bereichsweisen gebogenen Längselement können mehrere gebogene und ungebogene Bereiche aneinandergereiht sein.

In diesem Zusammenhang wird vorgeschlagen, dass das magnetische Formgedächtniselement in dem gebogenen Zustand relativ zu einem ursprünglichen Herstellungszustand des magnetischen Formgedächtniselements verformt ist. Dadurch können vorteilhafte Verformungseigenschaften des magnetischen Formgedächtniselements erreicht werden. Vorteilhaft kann eine für eine Erzeugung von Wanderwellenbewegungen optimale interne Struktur, insbesondere eine besonders feine Zwillingsstruktur, des Formgedächtniselements erreicht werden. Insbesondere ist das magnetische Formgedächtniselement in einem aus dem ursprünglichen Herstellungszustand ausgelenkten Zustand von der Halteeinrichtung gehalten. Insbesondere ist das Formgedächtniselement im ursprünglichen Herstellungszustand ungebogen und/oder gerade ausgebildet. Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass das magnetische Formgedächtniselement in dem gebogenen Zustand relativ zu einem ursprünglichen Herstellungszustand zumindest bereichsweise gestaucht und zumindest bereichsweise gedehnt ist. Dadurch können vorteilhafte Verformungseigenschaften des magnetischen Formgedächtniselements erreicht werden. Vorteilhaft kann eine für eine Erzeugung von Wanderwellenbewegungen optimale interne Struktur, insbesondere eine besonders feine Zwillingsstruktur, des Formgedächtniselements erreicht werden. Insbesondere ist das magnetische Formgedächtniselement in dem gebogenen Zustand auf einer Längsseite gestaucht. Insbesondere ist das magnetische Formgedächtniselement in dem gebogenen Zustand auf einer der Längsseite gegenüberliegenden weiteren Längsseite gedehnt. Insbesondere bilden längsseitige Oberflächen des magnetischen Formgedächtniselements jeweils eine Bogenform aus. Insbesondere verlaufen die längsseitigen Oberflächen des magnetischen Formgedächtniselements parallel zueinander.

Ferner wird vorgeschlagen, dass das magnetische Formgedächtniselement derart gebogen ist, dass in dem magnetischen Formgedächtnismaterial des magnetischen Formgedächtniselements zumindest im Wesentlichen keilförmige Zwillingsstrukturen entstehen. Dadurch können vorteilhafte Verformungseigenschaften des magnetischen Formgedächtniselements erreicht werden. Vorteilhaft kann eine für eine Erzeugung von Wanderwellenbewegungen optimale interne Struktur, insbesondere eine besonders feine Zwillingsstruktur, des Formgedächtniselements erreicht werden. Insbesondere zeigen Spitzen der keilförmigen Zwillingsstrukturen jeweils in Richtung einer der längsseitigen Oberflächen des magnetischen Formgedächtniselements. Spitzen der keilförmigen Zwillingsstrukturen können wesentlich abgerundet ausgebildet sein. Die keilförmigen Zwillingsstrukturen können spitzwinklige Kreissegment-Formen oder Trapez-Formen annehmen, wobei zumindest ein Teil der Kanten dieser Formen wesentlich abgerundet sein können. Die Zwillingsstrukturen sind martensitische Zwillingsstrukturen des magnetischen Formgedächtniselements, insbesondere der magnetischen Formgedächtnislegierung. Die Zwillingsstrukturen des magnetischen Formgedächtniselements, insbesondere der magnetischen Formgedächtnislegierung, sind zumindest im Wesentlichen gleichförmig. Die Zwillingsstrukturen des magnetischen Formgedächtniselements, insbesondere der magnetischen Formgedächtnislegierung, sind zumindest im Wesentlichen gleich verteilt über zumindest einen Großteil des magnetischen Formgedächtniselements, insbesondere zumindest über einen Großteil eines gebogenen Bereichs des magnetischen Formgedächtniselements. Insbesondere werden die keilförmigen Zwillingsstrukturen durch die interne Spannung des gebogenen magnetischen Formgedächtniselements stabil gehalten.

Wenn dabei das magnetische Formgedächtniselement derart gebogen ist, dass die dabei entstehenden keilförmigen Zwillingsstrukturen zumindest teilweise mobil bleiben, insbesondere zumindest an zumindest einer Oberfläche des magnetischen Formgedächtniselements, kann vorteilhaft eine für eine Erzeugung von Wanderwellenbewegungen optimale interne Struktur, insbesondere eine besonders feine Zwillingsstruktur, des Formgedächtniselements erreicht werden. Vorteilhaft kann, insbesondere durch ein Verhindern abrupter Volumenveränderungen eines Fördervolumens, ein besonders gleichmäßiges Pumpverhalten einer Fluidfördervorrichtung erreicht werden. Vorteilhaft kann, insbesondere durch ein Verhindern abrupter Volumenveränderungen des Fördervolumens, ein Risiko von Kavitationen bei einer Fluidförderung gering gehalten werden. Insbesondere bleiben die Zwillingsstrukturen des magnetischen Formgedächtniselements, insbesondere der magnetischen Formgedächtnislegierung, entlang der Oberfläche parallel zur Längserstreckungsrichtung des Formgedächtniselements mobil. Insbesondere bleiben die Zwillingsstrukturen des magnetischen Formgedächtniselements, insbesondere der magnetischen Formgedächtnislegierung, entlang eines gebogenen Umfangs / entlang des Bogens des magnetischen Formgedächtniselements mobil. Zusätzlich wird vorgeschlagen, dass das magnetische Formgedächtniselement derart gebogen ist, dass zumindest in einem Ruhezustand des magnetischen Formgedächtniselements eine Dehnung des magnetischen Formgedächtniselements an jeder Stelle des magnetischen Formgedächtniselements wesentlich unterhalb einer maximal möglichen und zerstörungsfrei reversiblen Dehnung des magnetischen Formgedächtniselements bleibt. Dadurch kann vorteilhaft eine ausreichende Mobilität der Zwillingsstrukturen und insbesondere eines von dem magnetischen Formgedächtniselement erzeugten Fördervolumens erreicht werden. Unter „wesentlich unterhalb“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere zumindest 5% unterhalb, vorzugsweise zumindest 10% unterhalb, vorteilhaft zumindest 20% unterhalb, bevorzugt zumindest 30% unterhalb und besonders bevorzugt höchstens 95% unterhalb verstanden werden. Alternativ oder zusätzlich ist das magnetische Formgedächtniselement derart gebogen, dass zumindest in einem Ruhezustand des magnetischen Formgedächtniselements eine Komprimierung des magnetischen Formgedächtniselements an jeder Stelle des magnetischen Formgedächtniselements wesentlich oberhalb einer maximal möglichen und zerstörungsfrei reversiblen Komprimierung des magnetischen Formgedächtniselements bleibt. Unter „wesentlich oberhalb“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere zumindest 5% oberhalb, vorzugsweise zumindest 10% oberhalb, vorteilhaft zumindest 20% oberhalb, bevorzugt zumindest 30% oberhalb und besonders bevorzugt höchstens 95% oberhalb verstanden werden. Unter einem „Ruhezustand“ des magnetischen Formgedächtniselements soll insbesondere ein Zustand verstanden werden, in dem das magnetische Formgedächtniselement zumindest frei von einem dynamisch sich ändernden Magnetfeld, vorzugsweise vollkommen frei von einem Magnetfeld, ist. Vorzugsweise ist das magnetische Formgedächtniselement in dem Ruhezustand frei von einem Fördervolumen.

Außerdem wird vorgeschlagen, dass die Halteeinrichtung das magnetische

Formgedächtniselement dauerhaft in einem, insbesondere über zumindest einen Großteil einer Längserstreckung des magnetischen Formgedächtniselements gleichmäßig und kontinuierlich, bogenförmig gebogenen Zustand hält. Dadurch kann vorteilhaft eine Stabilisierung der Verformungseigenschaften des magnetischen Formgedächtniselements erreicht werden. Vorteilhaft kann eine für eine Erzeugung von Wanderwellenbewegungen optimale interne Struktur dauerhaft stabil aufrechterhalten werden. Alternativ ist jedoch auch denkbar, dass die Bogenform jeweils bei einer Aktivierung der Verformungseinheit neu erzeugt wird und dass das magnetische Formgedächtniselement im Ruhezustand temporär entspannt wird.

Wenn die Bogenform des magnetischen Formgedächtniselements einen Biegewinkel aufweist, welcher unterhalb eines maximalen Biegewinkels liegt, bei welchem durch die bogenförmige Biegung an zumindest einer Stelle des magnetischen Formgedächtniselements eine maximal mögliche und zerstörungsfrei reversible Dehnung des magnetischen Formgedächtniselements erzeugt wird, kann vorteilhaft eine hohe Mobilität bei gleichzeitig ausreichendem Fördervolumen für eine Fluidfördervorrichtung erreicht werden. Insbesondere liegt der Biegewinkel des magnetischen Formgedächtniselements zumindest 10%, vorzugsweise zumindest 20%, vorteilhaft zumindest 30%, bevorzugt zumindest 40% und besonders bevorzugt zumindest 50% unterhalb des maximalen Biegewinkels, bei welchem durch die bogenförmige Biegung an zumindest einer Stelle des magnetischen Formgedächtniselements eine maximal mögliche und zerstörungsfrei reversible Dehnung des magnetischen Formgedächtniselements erzeugt wird. Insbesondere ergibt sich der maximale Biegewinkel aus einer maximal erreichbaren Dehnung des magnetischen Formgedächtniselements, einer Dicke des magnetischen Formgedächtniselements und einer Länge des magnetischen Formgedächtniselements. Insbesondere wird der Biegewinkel des magnetischen Formgedächtniselements durch Verlängerung von Oberflächenebenen gegenüberliegender Längsenden des magnetischen Formgedächtniselements im Kreuzungspunkt der verlängerten Oberflächenebenen aufgespannt. Insbesondere ist der maximale Biegewinkel eines magnetischen Formgedächtniselements neben der äußeren Geometrie des magnetischen Formgedächtniselements durch eine interne Gitterstruktur des magnetischen Formgedächtniselements begrenzt. Wenn das magnetische Formgedächtniselement maximal ohne irreversible Schädigung gebogen ist, dann ist die Zwillingsstruktur des magnetischen Formgedächtniselements an einer Außenkontur des magnetischen Formgedächtniselements für maximale Dehnung orientiert (e = 1 ; z.B. Dehnung = 6%), während die Zwillingsstruktur an der gegenüberliegenden Außenkontur vollständig komprimiert ist (E = 0; z.B. Dehnung = 0%). Wenn nun der Biegewinkel größer als ein minimaler Biegewinkel und zugleich kleiner als ein maximaler Biegewinkel ist, dann kann das magnetische Formgedächtniselement vorteilhaft einen anteiligen magnetischen Formgedächtniseffekt zeigen, d.h. die Zwillingsgrenzen bleiben im Gegensatz zur vollständigen Dehnung oder Stauchung eingeschränkt mobil und erlauben eine Ausbildung einer Wanderwellenbewegung zumindest entlang der teilweise gedehnten Außenoberfläche des magnetischen Formgedächtniselements. Gleichzeitig wird durch die geometrische Zwangsbedingung (Dehnung / Stauchung) vorteilhaft die interne Mikrostruktur / die Zwillingsstruktur stabilisiert.

Wenn außerdem die Bogenform des magnetischen Formgedächtniselements einen Biegewinkel aufweist, welcher oberhalb eines minimalen Biegewinkels liegt, bei welchem eine Zwillingsstruktur des magnetischen Formgedächtniselements durch die Biegung derart stabilisiert ist, dass, insbesondere zumindest bei typischen Betriebstemperaturen des magnetischen Formgedächtniselements, bleibende Änderungen der Zwillingsstrukturen durch einen regulären Fluidförderbetrieb und/oder durch einen regulären Aktorbetrieb zumindest im Wesentlichen ausgeschlossen sind, kann vorteilhaft eine hohe Zuverlässigkeit der Verformungseinheit über seine gesamte Lebensdauer erreicht werden.

Weiterhin wird vorgeschlagen, dass die Bogenform des magnetischen Formgedächtniselements einen Biegewinkel aufweist, welcher etwa halb so groß ist wie ein maximaler Biegewinkel des magnetischen Formgedächtnismaterials, bei welchem durch die bogenförmige Biegung an zumindest einer Stelle des magnetischen Formgedächtniselements eine maximal mögliche und zerstörungsfrei reversible Dehnung des magnetischen Formgedächtniselements erzeugt wird. Dadurch kann vorteilhaft eine hohe Mobilität der Zwillingsgrenzen bei gleichzeitig ausreichender Stabilität der Zwillingsstrukturen, z.B. im Förderbetrieb erreicht werden. Beispielsweise kann ein maximaler Biegewinkel bei einem 15 mm langen und 1 mm breiten magnetischen Formgedächtniselement mit einer maximalen Dehnung von 6% bei etwa 55° oder etwa 60° liegen. In diesem Fall liegt der optimale Biegewinkel des magnetischen Formgedächtniselements bei etwa 30°.

Ferner wird vorgeschlagen, dass das magnetische Formgedächtniselement eine von einer Stabilisierungs-Nachbearbeitung freie, insbesondere ungestrahlte, Oberfläche aufweist. Dadurch kann vorteilhaft eine einfache und/oder kostengünstige Konstruktion erreicht werden. Vorteilhaft kann auf ein das magneto-mechanische Verhalten des magnetischen Formgedächtniselements ggf. negativ beeinflussende Oberflächenbearbeitung zur Zwillingsgrenzenstabilisierung verzichtet werden. Vorteilhaft kann ein für Fluidförderaufgaben besonders geeignetes magnetisches Formgedächtniselement erhalten werden.

Ferner wird eine Fluidfördervorrichtung, insbesondere eine Verdrängungspumpe, vorzugsweise eine Mikropumpe, mit zumindest einer Verformungseinheit vorgeschlagen, welche zudem zumindest eine Magnetfelderzeugungseinheit umfasst, und wobei das magnetische Formgedächtniselement dazu vorgesehen ist, durch die von der Magnetfelderzeugungseinheit erzeugten Magnetfelder zu einer peristaltischen Verformungsbewegung und/oder zu einer Wanderwellenbewegung angeregt zu werden, wodurch temporär zumindest teilweise durch das magnetische Formgedächtniselement begrenzte Fördervolumina entstehen, die sich zwischen einem Fluideinlass und einem Fluidauslass entlang des magnetischen Formgedächtniselements bewegen. Dadurch kann vorteilhaft eine vorteilhafte, genaue und insbesondere besonders kleinbauende Fluidförderung ermöglicht werden. Insbesondere kann die Magnetfelderzeugungseinheit ein oder mehrere, insbesondere rotierbare und/oder translatierbare Permanentmagneten umfassen. Alternativ kann die Magnetfelderzeugungseinheit eine oder mehrere ansteuerbare Elektromagneten zur Erzeugung der Magnetfelder umfassen.

Wenn die Magnetfelderzeugungseinheit als ein zumindest zweipoliger, insbesondere zumindest vierpoliger, vorzugsweise rotierbar gelagerter, Permanentmagnet ausgebildet ist, kann vorteilhaft ein Fördervolumen erhöht werden, insbesondere ohne dabei ein Risiko einer Erzeugung von Kavitäten, wie es z.B. bei einer zu schnellen Magnetfeldbewegung entstehen kann, zu erhöhen.

Zudem wird vorgeschlagen, dass die Fluidfördervorrichtung zumindest zwei zumindest im Wesentlichen parallel nach außen geführte Fluidanschlüsse aufweist. Dadurch kann vorteilhaft ein einfacher (Standard-) Anschluss von der Fluidfördervorrichtung bereitgestellt werden. Die Fluidanschlüsse können dabei gleichgerichtet oder in entgegengesetzte Richtungen ausgerichtet sein. Die Fluidanschlüsse bilden jeweils einen Zulauf und einen Ablauf für das zu fördernde Fluid aus. Die zwei Fluidanschlüsse bilden den Fluideinlass und den Fluidauslass aus.

Ferner wird ein Verfahren mit einer Verformungseinheit für eine Fluidfördervorrichtung und/oder für eine mechanische Aktorvorrichtung, mit zumindest einem magnetischen Formgedächtniselement, welches durch eine kontrollierbare Formänderung eine Betriebsfunktion der Fluidfördervorrichtung und/oder der mechanischen Aktorvorrichtung ausführt, vorgeschlagen, wobei das magnetische Formgedächtniselement zumindest bereichsweise dauerhaft in einem gebogenen Zustand gehalten wird. Dadurch können vorteilhafte Verformungseigenschaften des Formgedächtniselements erreicht werden.

Vorteilhaft können dadurch besonders gleichmäßige Wanderwellenbewegungen des Formgedächtniselements ermöglicht werden, welche insbesondere vorteilhaft für Mikropumpen-Anwendungen eingesetzt werden können. Vorteilhaft kann bei Mikropumpen-Anwendungen des Formgedächtniselements eine besonders gleichförmige peristaltische Pumpbewegung erreicht werden. Die erfindungsgemäße Verformungseinheit, die erfindungsgemäße Fluidfördervorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren sollen hierbei nicht auf die oben beschriebene Anwendung und Ausführungsform beschränkt sein. Insbesondere kann die erfindungsgemäße Verformungseinheit, die erfindungsgemäße Fluidfördervorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren zu einer Erfüllung einer hierin beschriebenen Funktionsweise eine von einer hierin genannten Anzahl von einzelnen Elementen, Bauteilen und Einheiten abweichende Anzahl aufweisen.

Zeichnungen

Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Zeichnungen, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Schnittansicht einer Fluidfördervorrichtung mit einer Verformungseinheit,

Fig. 2 eine schematische Seitenansicht eines magnetischen Formgedächtniselements der Verformungseinheit in einem gebogenen Zustand mit angedeuteten Zwillingsstrukturen,

Fig. 3a eine schematische Darstellung der Fluidfördervorrichtung mit einer als zweipoliger Permanentmagnet ausgebildeten Magnetfelderzeugungseinheit,

Fig. 3b eine schematische Darstellung der Fluidfördervorrichtung mit einer als vierpoliger Permanentmagnet ausgebildeten Magnetfelderzeugungseinheit, Fig. 3c eine schematische Darstellung der Fluidfördervorrichtung mit einer als achtpoliger Permanentmagnet ausgebildeten Magnetfelderzeugungseinheit,

Fig. 4 eine schematische Seitenansicht des magnetischen Formgedächtniselements der Verformungseinheit in einem ursprünglichen Herstellungszustand und

Fig. 5 ein schematisches Ablaufdiagramm für ein Verfahren mit der Verformungseinheit für die Fluidfördervorrichtung.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Die Fig. 1 zeigt eine schematische Schnittansicht einer Fluidfördervorrichtung 14. Die Fluidfördervorrichtung 14 bildet beispielhaft einen Teil einer Verdrängungspumpe aus. Die Fluidfördervorrichtung 14 bildet beispielhaft einen Teil einer Mikropumpe aus. Die Fluidfördervorrichtung 14 weist eine Verformungseinheit 10 auf. Die Verformungseinheit 10 umfasst ein magnetisches Formgedächtniselement 12. Das magnetische Formgedächtniselement 12 ist aus einer Formgedächtnislegierung ausgebildet. Das magnetische Formgedächtniselement 12 ist dazu vorgesehen, durch eine kontrollierbare Formänderung eine Betriebsfunktion (Pumpen von Fluid) der Fluidfördervorrichtung 14 auszuführen. Die Fluidfördervorrichtung 14 umfasst zwei nach außen geführte Fluidanschlüsse 40. Ein erster Fluidanschluss 40 bildet einen Fluideinlass 36 aus. Ein zweiter Fluidanschluss 40 bildet einen Fluidauslass 38 aus. Bei der Ausführung der Betriebsfunktion der Fluidfördervorrichtung 14 wird ein Fluid von dem ersten Fluideinlass 36 zu dem Fluidauslass 38 gefördert. In der Fig. 1 und der Fig. 2 ist das magnetische Formgedächtniselement 12 beispielhaft in einem Ruhezustand 26 dargestellt. In den Figuren 3a bis 3c ist das magnetische Formgedächtniselement 12 beispielhaft bei einem Ausführen einer Betriebsfunktion (im Förderbetrieb) dargestellt. Die Fluidfördervorrichtung 14 weist eine Magnetfelderzeugungseinheit 32 auf. Die Magnetfelderzeugungseinheit 32 ist zu einer Erzeugung eines sich dynamisch ändernden Magnetfelds vorgesehen. Im dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst die Magnetfelderzeugungseinheit 32 einen Permanentmagneten 42. Der Permanentmagnet 42 ist rotierbar gelagert. Der Permanentmagnet 42 kann zweipolig sein (vgl. Fig. 3a). Der Permanentmagnet 42 kann jedoch auch als mehrpoliger Diametralmagnet ausgebildet sein. Der Permanentmagnet 42 kann vierpolig sein (vgl. Fig. 3b). Der Permanentmagnet 42 kann achtpolig sein (vgl. Fig. 3c), etc. Mit der Anzahl der Poligkeit steigt ein förderbares Volumen, es kann jedoch zu einer Absenkung eines Förderdrucks kommen. Durch die rotierbare Lagerung verändert sich das Magnetfeld am Ort des magnetischen Formgedächtniselements 12 im Betrieb repetitiv. Das Magnetfeld / die Magnetfelder der Magnetfelderzeugungseinheit 32 sind dazu vorgesehen, das magnetische Formgedächtniselement 12 zu einer peristaltischen Verformungsbewegung anzuregen. Das Magnetfeld / die Magnetfelder der Magnetfelderzeugungseinheit 32 sind dazu vorgesehen, das magnetische Formgedächtniselement 12 zu einer peristaltischen Verformungsbewegung anzuregen Das Magnetfeld / die Magnetfelder der Magnetfelderzeugungseinheit 32 sind dazu vorgesehen, das magnetische Formgedächtniselement 12 zu einer Wanderwellenbewegung anzuregen. Das Magnetfeld / die Magnetfelder der Magnetfelderzeugungseinheit 32 sind dazu vorgesehen, Fördervolumina 34 in dem magnetischen Formgedächtniselement 12 zu erzeugen (vgl. Figuren 3a bis 3c). Die Fördervolumina 34 sind als Vertiefungen /Dellen in einer Oberfläche 24 des magnetischen Formgedächtniselements 12 ausgebildet. Durch die Magnetfelder der Magnetfelderzeugungseinheit 32 bewegen sich die Fördervolumina 34 entlang der Oberfläche 24 des magnetischen Formgedächtniselements 12. Die Fördervolumina 34 bewegen sich zwischen dem Fluideinlass 36 und dem Fluidauslass 38 entlang des magnetischen Formgedächtniselements 12. Die Fördervolumina 34 sind temporär ausgebildet. In Abwesenheit des Magnetfelds verschwinden die Fördervolumina 34. Ausgestaltungen mit permanent vorhandenen Fördervolumina 34 sind jedoch ebenfalls denkbar. Die Oberfläche 24 des magnetischen Formgedächtniselements 12 ist frei eine von einer Stabilisierungs-Nachbearbeitung ausgebildet. Die Oberfläche 24 des magnetischen Formgedächtniselements 12 ist ungestrahlt.

Die Fördervolumina 34 sind teilweise von dem magnetischen Formgedächtniselement 12 begrenzt. Die Fördervolumina 34 sind zu zumindest drei Seiten von dem magnetischen Formgedächtniselement 12 begrenzt. Die Fluidfördervorrichtung 14 weist ein Dichtelement 44 auf. Das Dichtelement 44 begrenzt das magnetische Formgedächtniselement 12 zumindest zu einer Seite hin. Das Dichtelement 44 begrenzt das magnetische Formgedächtniselement 12 zumindest zu der Seite hin, zu der das Fördervolumen 34 offen ist. Das Dichtelement 44 könnte das magnetische Formgedächtniselement 12 auch vollständig umgreifen oder einhüllen. Das Dichtelement 44 ist als ein PTFE Streifen ausgebildet. Das Dichtelement 44 wird von den Fluidanschlüssen 40 durchdrungen. Das Dichtelement 44 ist durch die Fluidanschlüsse 40 abgedichtet. Die Fluidanschlüsse 40 sind parallel nach außen geführt. Die Fluidanschlüsse 40 sind in identische Richtungen nach außen geführt.

Die Verformungseinheit 10 umfasst eine Halteeinrichtung 16. Die Halteeinrichtung 16 ist dazu vorgesehen, das magnetische Formgedächtniselement 12 in der Fluidfördervorrichtung 14 zu haltern. Die Halteeinrichtung 16 ist dazu vorgesehen, das magnetische Formgedächtniselement 12 dauerhaft in einem, insbesondere bogenförmig, gebogenen Zustand 18 zu halten. Im beispielhaft dargestellten Fall bildet die Halteeinrichtung 16 zwei Hälften 46, 48 aus, welche einen gebogenen Aufnahmeraum 50 für das magnetische Formgedächtniselement 12 ausbilden. Durch ein Verbinden der beiden Hälften 46, 48 wird das ursprünglich gerade gefertigte (vgl. Fig. 4) magnetische Formgedächtniselement 12 unter Zwang gebogen. Das magnetische Formgedächtniselement 12 ist in dem gebogenen Zustand 18 (vgl. Fig. 2) relativ zu einem ursprünglichen Herstellungszustand 20 (vgl. Fig. 4) des magnetischen Formgedächtniselements 12 verformt. Das magnetische Formgedächtniselement 12 ist in dem gebogenen Zustand 18 relativ zu dem ursprünglichen Herstellungszustand 20 bereichsweise gestaucht. Das magnetische Formgedächtniselement 12 ist auf einer auf die Magnetfelderzeugungseinheit 32 hinzeigenden Seite (Oberfläche 52) gestaucht. Das magnetische Formgedächtniselement 12 ist in dem gebogenen Zustand 18 relativ zu dem ursprünglichen Herstellungszustand 20 bereichsweise gedehnt. Das magnetische Formgedächtniselement 12 ist auf einer von der Magnetfelderzeugungseinheit 32 wegzeigenden Seite (Oberfläche 24) gedehnt.

Das magnetische Formgedächtniselement 12 ist derart gebogen, dass in dem magnetischen Formgedächtnismaterial des magnetischen Formgedächtniselements 12 zumindest im Wesentlichen keilförmige Zwillingsstrukturen 22 entstehen (vgl. Fig. 2 oder Figuren 3a bis 3c). Die zulaufenden Enden der Keile der zumindest im Wesentlichen keilförmigen Zwillingsstrukturen 22 sind jeweils auf eine der längsseitigen Oberflächen 24, 52 hin gerichtet. Das magnetische Formgedächtniselement 12 ist derart gebogen, dass die dabei entstehenden keilförmigen Zwillingsstrukturen 22 bis an die Oberflächen 24, 52 des magnetischen Formgedächtniselements 12 zumindest teilweise mobil bleiben. An den längsseitigen Oberflächen 24, 52 des magnetischen Formgedächtniselements 12 enden jeweils noch Zwillingsgrenzen. Keine Oberfläche ist vollständig von einem martensitischen Zwilling bedeckt (dies würde eine maximal mögliche (und zerstörungsfrei reversible) Dehnung oder Stauchung bedeuten, (vgl. dazu auch die Zwillingsstrukturen 22 in den Bereichen der Fördervolumina 34 von den Figuren 3a bis 3c). Das magnetische Formgedächtniselement 12 ist derart gebogen, dass zumindest in dem Ruhezustand 26 (vgl. Fig. 2) des magnetischen Formgedächtniselements 12 eine Dehnung des magnetischen Formgedächtniselements 12 an jeder Stelle des magnetischen Formgedächtniselements 12 wesentlich unterhalb der maximal möglichen und zerstörungsfrei reversiblen Dehnung des magnetischen Formgedächtniselements 12 bleibt. Das magnetische Formgedächtniselement 12 ist derart gebogen, dass zumindest in dem Ruhezustand 26 (vgl. Fig. 2) des magnetischen Formgedächtniselements 12 eine Stauchung des magnetischen Formgedächtniselements 12 an jeder Stelle des magnetischen Formgedächtniselements 12 wesentlich unterhalb der maximal möglichen und zerstörungsfrei reversiblen Stauchung des magnetischen Formgedächtniselements 12 bleibt.

In der Fig. 2 ist schematisch das bogenförmig gebogene magnetische Formgedächtniselement 12 in einer Seitenansicht dargestellt. Das magnetische Formgedächtniselement 12 weist eine Bogenform 28 auf. Die Bogenform 28 des magnetischen Formgedächtniselements 12 weist einen Biegewinkel 30 auf. Der Biegewinkel 30 liegt unterhalb eines maximalen Biegewinkels, bei welchem durch die bogenförmige Biegung eine maximal mögliche und zerstörungsfrei reversible Dehnung des magnetischen Formgedächtniselements 12 erzeugt wird. Der Biegewinkel 30 liegt oberhalb eines minimalen Biegewinkels, bei welchem die martensitische Zwillingsstruktur 22 des magnetischen Formgedächtniselements 12 durch die Biegung derart stabilisiert ist, dass bleibende Änderungen der Zwillingsstrukturen 22 durch einen regulären Fluidförderbetrieb ausgeschlossen sind. Die Bogenform 28 des magnetischen Formgedächtniselements 12 weist einen Biegewinkel 30 auf, welcher etwa halb so groß ist wie der maximale Biegewinkel des magnetischen Formgedächtnismaterials des magnetischen Formgedächtniselements 12, bei welchem durch die bogenförmige Biegung an zumindest einer Stelle des magnetischen Formgedächtniselements 12 eine maximal mögliche und zerstörungsfrei reversible Dehnung des magnetischen Formgedächtniselements 12 erzeugt wird.

Die Fig. 4 zeigt eine schematische Darstellung des magnetischen Formgedächtniselements 12 im ursprünglichen Herstellungszustand 20. Das magnetische Formgedächtniselement 12 weist eine erste Länge 54 (z _£ =o) auf. Die erste Länge 54 gibt die Länge des magnetischen Formgedächtniselements 12 im maximal gestauchten Zustand an. Das magnetische Formgedächtniselement 12 weist eine zweite Länge 56 (z _£ =i) auf. Die zweite Länge 56 gibt die Länge des magnetischen Formgedächtniselements 12 im maximal gedehnten Zustand an. Die zweite Länge 56 ist bei bekannten Formgedächtnislegierungen bis zu 6% größer als die erste Länge 54. Das magnetische Formgedächtniselement 12 weist eine erste Breite 58 (x _£ =i) auf. Die erste Breite 58 gibt die Breite des magnetischen Formgedächtniselements 12 im maximal gestauchten Zustand an. Das magnetische Formgedächtniselement 12 weist eine zweite Breite 60 (x _£ =o) auf. Die zweite Breite 60 gibt die Breite des magnetischen Formgedächtniselements 12 im maximal gedehnten Zustand an. Die zweite Breite 60 ist kleiner als die erste Breite 58. Der in den Figuren 1 und 2 angedeutete Biegewinkel 30 entspricht etwa dem optimalen halben maximal möglichen Biegewinkel. Der optimale Biegewinkel 30 ist in Abhängigkeit von der Geometrie und der maximalen Dehnbarkeit des magnetischen Formgedächtniselements 12 berechenbar. Mittels der folgenden Formel lässt sich der ungefähre optimale Biegewinkel für ein magnetisches Formgedächtniselement 12 geometrie- und materialabhängig berechnen:

□optimal = Qmax

Die Fig. 5 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm für ein Verfahren mit der Verformungseinheit 10 für die Fluidfördervorrichtung 14. In zumindest einem Verfahrensschritt 62 wird das magnetische Formgedächtniselement 12 in die Halteeinrichtung 16 der Fluidfördervorrichtung 14 in einem gebogenen Zustand eingebaut. Das derart eingebaute magnetische Formgedächtniselement 12 wird von der Halteeinrichtung 16 dauerhaft in dem gebogenen Zustand 18 gehalten. In zumindest einem weiteren Verfahrensschritt 64 führt das magnetische Formgedächtniselement 12 durch eine kontrollierbare Formänderung die Betriebsfunktion der Fluidfördervorrichtung 14. Die Betriebsfunktion entspricht dabei einem Fördern von Fluiden mittels befüllbarer und entleerbarer beweglicher Fördervolumina 34, welche von dynamisch räumlich veränderlichen Magnetfeldern der Magnetfelderzeugungseinheit 32 entlang der Oberfläche 24 des magnetischen Formgedächtniselements 12 geschoben werden. Bezugszeichen

10 Verformungseinheit

12 Magnetisches Formgedächtniselement

14 Fluidfördervorrichtung

16 Halteeinrichtung

18 Gebogener Zustand

20 Ursprünglicher Herstellungszustand

22 Zwillingsstruktur

24 Oberfläche

26 Ruhezustand

28 Bogenform

30 Biegewinkel

32 Magnetfelderzeugungseinheit

34 Fördervolumen

36 Fluideinlass

38 Fluidauslass

40 Fluidanschluss

42 Permanentmagnet

44 Dichtelement

46 Hälfte

48 Hälfte

50 Aufnahmeraum

52 Oberfläche

54 Länge

56 Länge

58 Breite

60 Breite

62 Verfahrensschritt

64 Verfahrensschritt