Feinstaubmessung per Handy Kleinste Pumpe der Welt - medizin&technik - Ingenieurwissen für die Medizintechnik

Feinstaubmessung per Handy

Kleinste Pumpe der Welt

20170807_Smartpump.jpg
Anzeige
In Zukunft könnten Smartphones mit eingebautem Gassensor vor einer zu hohen Belastung der Luft mit Feinstaub warnen. Eine leistungsstarke Mikromembranpumpe sorgt für die Zuführung von Umgebungsluft.

Feinstaub ist für Herz und Lunge gefährlich. Wenn das Handy vor Luftbelastung warnt, könnten sich die Menschen besser und schneller schützen. Doch die Integration von Gassensoren in Smartphones wird derzeit unter anderem dadurch erschwert, dass die Reaktionszeiten für diese Sensoren viel zu lang sind. Die nun von Fraunhofer-Forschern entwickelte Smartpump könnte den Gassensoren gezielt Luft zuführen und so die Reaktionszeit von mehreren Minuten auf zwei Sekunden verkürzen.

„Unsere Smartpump ist nur fünfundzwanzig Quadratmillimeter groß und damit die kleinste Pumpe der Welt. Trotzdem hat sie ein hohes Kompressionsverhältnis“, sagt Dr. Martin Richter, der die Abteilung Mikrodosiersysteme an der Fraunhofer-Einrichtung für Mikrosysteme und Festkörper-Technologien EMFT in München leitet.

Druck wird durch Trick erhöht

Um in der Pumpkammer Druck zu erzeugen nutzen Richter und sein Team den piezoelektrischen Effekt, der elektrische Spannung in mechanische umwandelt: Mit Hilfe von Wechselspannung wird die Silizium-Membran nach oben oder unten bewegt, dadurch Umgebungsluft durch ein Ventil eingesaugt, in der Pumpkammer verdichtet und wieder herausgepresst. Herkömmliche piezoelektisch angetriebene Mikromembranpumpen können nur relativ niedrige Drücke mit Luft erzeugen. Denn die Unsymmetrie des Piezoeffektes erfordert viel Platz in der Pumpkammer, um die Membran bewegen zu können. Dadurch entsteht unvermeidbar ein hohes Totvolumen, also ein Restvolumen, dessen Gasinhalt nicht ausgestoßen wird. Durch einen Trick ist es Richter und seinem Team gelungen, dieses Totvolumen zu reduzieren und so den Druck und das Saugvermögen zu erhöhen: „Wir spannen die Membran bei der Montage der Piezokeramik mit dem Piezoeffekt definiert vor. Das hat den Vorteil, dass wir keine tiefe Pumpkammer mehr benötigen. Dieser Trick ermöglicht nicht nur Mikropumpen mit hohen Kompressionsverhältnissen, sondern auch insgesamt kleiner zu bauen.“

Rentable Massenfertigung ist das Ziel

Nicht nur die Membran, auch die Klappventile und die Pumpkammer werden aus einkristallinem Silizium gefertigt, was gegenüber Metallen und Kunststoffen zahlreiche Vorteile hat: Das Halbmetall, aus dem auch Solarzellen oder Computerchips hergestellt werden, ist elastisch und ermüdungsfrei. Zudem lassen sich die einzelnen Pumpenkomponenten sehr exakt aus der Siliziumschicht herausätzen und anschließend aneinanderfügen. Der Nachteil: Silizium ist verhältnismäßig teuer. Auch deshalb ist es so wichtig, die Pumpe so klein wie möglich zu bauen. „Unser Ziel ist, die Pumpe auf eine Größe von zehn Quadratmillimeter zu verkleinern. Dann wäre die Massenfertigung rentabel. Wir sind hier auf einem guten Weg“, sagt Richter.

Vielfältig einsetzbar

Messen ließe sich nicht nur die Feinstaub-Belastung, sondern beispielsweise auch, ob die Raumluft verbraucht ist und die Fenster zum Lüften geöffnet werden sollten. Auch eine Atemluft-Analyse wäre prinzipiell möglich. Die Mikropumpe könnte auch im medizinischen Bereich zum Einsatz kommen, zum Beispiel als Medikamenten-Pflaster, das kontinuierlich Kleinstmengen eines Hormons oder Schmerzmittels abgibt. Oder als Implantat, mit dessen Hilfe sich der Augeninnendruck bei einer Glaukom-Therapie regulieren ließe. Maschinen könnten durch die Pumpe mit exakt dosiertem Schmierstoff versorgt werden. „Diese Anwendung entwickeln wir bereits mit einem Partner aus der Industrie“, sagt Richter. Generell sei die Smartpump für alle Anwender interessant, die kleinste Mengen an Flüssigkeiten oder Gasen genau dosieren wollen.

www.fraunhofer.de/de/presse/presseinformationen/2017/august/smartpump.html

Anzeige

Aktuelle Ausgabe

Messe Compamed

Neue Trends und Produkte von der Messe für die medizinische Zuliefererbranche

Newsletter

Unsere Dosis Wissensvorsprung für Sie. Jetzt kostenlos abonnieren!

Alle Webinare & Webcasts

Hier finden sie alle Webinare unserer Industrieseiten

Whitepaper

Hier finden Sie aktuelle Whitepaper

Kalender

Aktuelle Termine für die Medizintechnik-Branche

Anzeige

Industrie.de Infoservice

Vielen Dank für Ihre Bestellung!
Sie erhalten in Kürze eine Bestätigung per E-Mail.
Von Ihnen ausgesucht:
Weitere Informationen gewünscht?
Einfach neue Dokumente auswählen
und zuletzt Adresse eingeben.
Wie funktioniert der Industrie.de Infoservice?
Zur Hilfeseite »
Ihre Adresse:














Die Konradin Verlag Robert Kohlhammer GmbH erhebt, verarbeitet und nutzt die Daten, die der Nutzer bei der Registrierung zum Industrie.de Infoservice freiwillig zur Verfügung stellt, zum Zwecke der Erfüllung dieses Nutzungsverhältnisses. Der Nutzer erhält damit Zugang zu den Dokumenten des Industrie.de Infoservice.
AGB
datenschutz-online@konradin.de