Die kleinste Mikromembranpumpe der Welt

Smartpump mit vielen Einsatzmöglichkeiten

Fraunhofer-Forscher in München haben eine ebenso leistungsstarke wie winzige Mikromembranpumpe entwickelt. Mit gerade einmal 25 Quadratmillimeter ist die Pumpe die derzeit kleinste ihrer Art weltweit. Generell ist die Smartpump für alle Anwender interessant, die kleinste Mengen an Flüssigkeiten oder Gasen genau dosieren wollen.

Das bieten wir
Eine Mikromembranpumpe, die winzige Mengen an Flüssigkeiten oder Gasen genau dosieren kann.
Das brauchen wir
Ideenreiche Projektpartner für eine Vielfalt von Anwendungsmöglichkeiten.
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Die Entwicklung ist vielfältig einsetzbar. Mit einem Partner aus der Industrie entwickelt unser Team an der Fraunhofer-Einrichtung für Mikrosysteme und Festkörper-Technologien EMFT eine Anwendung, die Maschinen durch die Mikromembranpumpe exakt mit Schmierstoff versorgt.

Die Mikropumpe könnte auch im medizinischen Bereich zum Einsatz kommen, zum Beispiel als Medikamentenpflaster, das kontinuierlich Kleinstmengen eines Hormons oder Schmerzmittels abgibt. Oder als Implantat, mit dessen Hilfe sich der Augeninnendruck bei einer Glaukomtherapie regulieren ließe.

Auch die Integration der Miniaturpumpe in Smartphones ist denkbar: So ließe sich beispielsweise die Feinstaubbelastung in der Luft schnell und unkompliziert messen. Auch eine Atemluftanalyse wäre prinzipiell möglich, beispielsweise um den Alkoholgehalt zu kontrollieren. Allerdings ist hier eine hohe Messgenauigkeit erforderlich, die zurzeit noch nicht erzielt wird.

Klein und leistungsstark dank eines Tricks

Um in der Pumpkammer Druck zu erzeugen, nutzen wir den piezoelektrischen Effekt, der elektrische Spannung in mechanische umwandelt. Mithilfe von Wechselspannung wird die Siliziummembran nach oben oder unten bewegt, dadurch Umgebungsluft durch ein Ventil eingesaugt, in der Pumpkammer verdichtet und wieder herausgepresst.

Durch einen Trick ist es uns gelungen, den Druck und das Saugvermögen im Vergleich zu herkömmlich angetriebenen Mikromembranpumpen zu erhöhen. Wir spannen die Membran bei der Montage der Piezokeramik mit dem Piezoeffekt definiert vor. Dieser Trick ermöglicht nicht nur Mikropumpen mit hohen Kompressionsverhältnissen, sondern auch insgesamt kleiner zu bauen.

Neben der Membran werden auch die Klappventile und die Pumpkammer aus einkristallinem Silizium gefertigt. Das hat gegenüber Metallen und Kunststoffen zahlreiche Vorteile: Das Halbmetall ist elastisch und ermüdungsfrei, zudem lassen sich die einzelne Komponenten sehr exakt aus der Siliziumschicht herausätzen. Der Nachteil: Silizium ist verhältnismäßig teuer. Auch deshalb ist es so wichtig, die Pumpe so klein wie möglich zu bauen. Unser Ziel ist, die Smartpump auf eine Größe von zehn Quadratmillimeter zu verkleinern. Dann wäre die Massenfertigung rentabel. Wir sind hier auf einem guten Weg.

Der uns manchmal auch in unkonventionelle Richtungen führt. Im Rahmen des Förderprogramms »Discover« untersuchen wir ein eher verspieltes Anwendungsgebiet der Mikromembranpumpe: das Hinterlegen von Audio- und Videodateien mit Duftszenarien. Unsere Smartpump wird in einem Headset verbaut und verabreicht nasennah genau dosierte Düfte. Die Gaming-Industrie hat bereits Interesse angemeldet.

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