DE19843161A1 - Gehäuseaufbau zur Aufnahme eines Mikrosystems mit Fluiddurchsatz - Google Patents

Abstract

Die Erfindung befaßt sich mit einem Gehäuseaufbau zur Aufnahme und Lagerung eines Mikrosystems, z. B. einer ein Fluid fördernden Mikropumpe (MP). Der Gehäuseaufbau soll verbessert werden, so daß nicht für jede Anwendung jeweils gesondert ein Gehäuseaufbau gefertigt werden muß. Vorgeschlagen werden aus mehreren - zumindest zwei sich senkrecht zu einer Gehäuseachse (100) erstreckende - Schichtstruktur-Elemente (20; 30; 31; 32; 40; 11; 12). Eines der Schichtstruktur-Elemente ist als Aufnahmeplatte (30) mit einer axial gerichteten Ausnehmung (30a) ausgebildet, zur Aufnahme eines ersten und zweiten Funktionselementes (A) des fluidischen Mikrosystems. Eines der Schichtstruktur-Elemente ist als Anschlußblock (11) für eine Anbringung von Einlaß- und Auslaßanschlüssen (60) ausgebildet, zur Zuführung und Abführung von Fluid (F) zum und vom Mikrosystem. Ein weiteres plattenförmiges Schichtstruktur-Element (31; 20) ist zwischen dem Außenblock (11) und der Aufnahmeplatte (30) angeordnet, das ein axial gerichtetes Kanalsegment (20a; 31k, 31k'), ein umfänglich orientiertes Kanalsegment (41k, 41k') oder ein radial gerichtetes Kanalsegment (20r) oder eine Kombination von zumindest zwei solcher Kanalsegmente (20a, 20r) trägt, zur Durchleitung des Fluids (F) aus den Anschlüssen des Anschlußblocks (11) zum Mikrosystem in der Ausnehmung (30a) der Aufnahmeplatte (30) und zurück.

Description

Die Erfindung befaßt sich mit einem Gehäuseaufbau zur Aufnahme und Lagerung einer z. B. ein Fluid fördernden Mikropumpe, die nach dem Prinzip arbeitet, wie in WO 97/12147 beschrieben; auf diese Schrift wird bei der Betriebsweise dieses Pumpentyps oder eines entsprechenden fluidischen Motortyps explizit bezug genommen, insbesondere dort Seite 1 (Absatz 2), Seite 5 (Absatz 4) und Seite 6 (letzter Absatz) sowie Seite 7 (erster Absatz). Ein Innenrad und ein Außenrad sind miteinander kämmend ausgebildet und angeordnet, sowohl das Innenrad als auch das Außenrad sind drehbar in einer Hülse angeordnet, vgl. dort Fig. 1, 1a, 2 und 2a sowie die Fig. 3a, 3b und 3c. Mit einer Welle (dort 50) ist das Innenrad drehstarr gekoppelt. Gegenüber der Achse dieser Welle ist die Achse des Außenrades und der Hülse versetzt, so daß sich eine exzentrische Abrollung des Innenrades mit seinen nach außen gerichteten Zähnen auf der nach innen gerichteten sanften, insbesondere zykloidischen, Zahnstruktur des Außenrades erfolgt und sich nach der Anzahl der Zähne bemessen axiale Dichtlinien bilden, die jeweils paarweise eine Förderkammer definieren. Diese Förderkammern erweitern sich bei einer Pumpenanordnung in Drehrichtung auf der Saugseite, nehmen dort Fluid auf und fördern es über eine gedachte, durch die Achse verlaufende Mittelebene herüber auf die Druckseite, auf der sich die soeben herübergetretene Förderkammer im Zuge der weiteren Drehung stetig verkleinert, bis sie praktisch zu Null wird und auf der gegenüberliegenden Seite der Mittelebene wieder zurück auf die Saugseite geführt wird. Hier beginnt die genannte Pumpenkammer sich wieder stetig mit der Drehbewegung zu öffnen, so daß sich der Zyklus schließt. Die für eine Förderkammer beschriebene Bewegung gilt simultan für alle bestehenden Förderkammern, die zu einem momentanen Zeitpunkt jeweils ein unterschiedliches Volumen zwischen einem jeweiligen Paar von Dichtlinien haben, so daß sich bei Betrieb der Pumpe ein höchst gleichmäßiger Förderstrom bei hoher Fähigkeit zur Miniaturisierung des gesamten Mikrosystemaufbaus ergibt.

Eine hohe Miniaturisierung erfordert es, daß diese z. B. als Pumpen gestalteten fluidischen Mikrosystems auch entsprechend gelagert oder angeordnet werden. So ist im beschriebenen Stand der Technik der WO 97/12147 eine Hülse als Lager gewählt, in welche Hülse auf beiden Stirnseiten des Innenrads und Außenrads Einsetzteile (dort 41, 42) eingesetzt werden, die zur Lagerung der Welle und zur Vorgabe der Einlaßniere und Auslaßniere (dort spezifisch in Fig. 8 erläutert, mit Bezug auf die Einlaßniere 41k und die Auslaßniere 42k) dienen. Die Einlaßniere ist um 180° gegenüber der Auslaßniere versetzt (gespiegelt), aber an zwei gegenüberliegenden Enden, so daß sich ein axialer Fluidstrom von der Einlaßniere über die sich stetig im Volumen verändernden Förderkammern gemäß obiger Darlegung zur Auslaßniere ergibt. Eine solche Pumpe kann aber ebenso mit einem U-förmigen Fluidstrom arbeiten, dann befinden sich die Einlaßniere und die Auslaßniere auf der selben Stirnseite der Pumpe, lediglich um 180° gegeneinander spiegelverkehrt versetzt (gespiegelt an der Mittelebene, die durch die Achse verläuft). Ein solches Mikrosystem soll erfindungsgemäß in ein Gehäuseaufbau eingefügt werden oder einfügbar sein, so daß es sicher und genau gelagert ist, gleichzeitig aber alle Anschlußmöglichkeiten gegeben sind, die den Fluideinlaß, den Fluidauslaß und die Ankopplung der mechanischen Antriebsquelle zur Drehung der Pumpenwelle (bei einer Innen- oder Außenradpumpe) oder die Abtriebswelle (bei fluidischem Motor) oder die meßtechnische Seite (bei einem fluidischen Sensor) für einen Volumenstrom ermöglichen.

Eine mögliche Gehäuseform zur Aufnahme einer solchen Mikropumpe ist beschrieben in einem Datenblatt "Pumpenkopf mzr®-4600" von Hydraulik Nord Parchim Mikrosysteme GmbH. Dieser Pumpenkopf zeigt eine Welle, die stirnseitig zur Ankopplung eines Motors hervorsteht. Fünf scheibenförmige Elemente bilden als Zylinderelemente den Gehäuseaufbau, beginnend mit einer Gehäuse- Wellendichtung, einer Ausgleichs-Nierenplatte und einer Rotoraufnahme-Platte, gefolgt von einer Fluidführung und einem Abschlußdeckel. Die Rotoraufnahme hat eine Dicke (oder Höhe bzw. Stärke, die in Achsrichtung verläuft), welche mit der axialen Abmessung von Außenrad und Innenrad gemäß obiger Darstellung übereinstimmt. In der Aufnahmeplatte ist eine Bohrung vorgesehen, die gegenüber der Achse der Welle zum Antrieb des Innenrades exzentrisch versetzt ist, so daß das Außenrad der Mikrozahnringpumpe in der Öffnung der Platte außermittig gelagert wird und die oben beschriebene Betriebsweise der sich stetig erweiternden und auf der gegenüberliegenden Seite stetig in ihrem Volumen reduzierende Förderkammern ergibt - wenn die Welle mit einem Drehantrieb angetrieben wird. Auf beiden Seiten des Außenrades und Innenrades, also jeweils stirnseitig direkt daran anliegend finden sich die Ausgleichs-Nierenplatte und die Fluidführungs-Platte, die zum Rotor gerichtet die oben beschriebene Eingangsniere und Ausgangsniere auf der Seite der Fluidzuführung und spiegelbildlich angeordnete Ausgleichsnieren zur Schaffung eines hydraulischen Gleichgewichts auf der gegenüberliegenden Seite besitzen. Damit ergibt sich ein U-förmiger Fluidstrom vom Einlaß über die Einlaßniere zu den rotierenden Pumpenkammern, hin zum Auslaß und zurück zu dem in dem Datenblatt mzr®-4600 radial herausgeführten Auslaß.

Der Gehäuseaufbau soll gemäß der Erfindung verbessert werden, so daß eine erhöhte Flexibilität des Gehäuseaufbaus möglich ist und nicht jedes der beschriebenen plattenförmigen Elemente für jede Anwendung jeweils gesondert gefertigt werden muß - als zugrundeliegende Problemstellung.

Erfindungsgemäß wird das dann erreicht, wenn zwischen der Aufnahmeplatte zur Aufnahme des Außenelementes des Mikrosystems und dem Anschlußblock für die Anbringung von Einlaß- und Auslaßanschlüssen zumindest ein, bevorzugt aber zwei oder mehrere plattenförmige Schichtstruktur-Elemente angeordnet werden (Anspruch 1, Anspruch 6, Anspruch 7, Anspruch 19, 21 oder 22), mit denen die Fluidführung in den Schichtstruktur- Elementen, also von dem Einlaß zum Mikrosystem in der Aufnahmeplatte und zurück zum Auslaß, verbessert werden kann und flexibler gestaltet werden kann. Das zumindest eine weitere plattenförmige Schichtstruktur-Element trägt eines, zwei oder mehrere Kanalsegmente, die entweder radial, umfänglich oder axial gerichtet sind. Es können nur axial gerichtete Kanalsegmente vorhanden sein, es können aber auch nur radial gerichtete Segmente vorhanden sein, ebenso wie eine Kombination aus beiden Kanalsegmenten die Fluidführung frei gestaltbar macht, ohne daß die Aufnahmeplatte geändert zu werden braucht und ohne daß der Anschlußblock mit seiner Fluidzuführung angepaßt werden muß. Die Anpassung erfolgt über die weiteren plattenförmigen Schichtstruktur-Elemente und kann somit eine höhere Flexibilität der bestehenden Standardteile für die Fluidzuführung oder die Aufnahmeplatte begründen.

Mit der Erfindung wird es möglich, bestimmte Präzisionsteile an den Stellen nur noch verwenden zu müssen, an denen sie benötigt werden, während andere Schichtstruktur-Elemente des Gehäuseaufbaus Standardbauteile sein können; so kann z. B. der Anschlußblock für die Anschlüsse der Schläuche ein Standardbauteil sein, das keine besondere Präzision benötigt, dagegen ist die Aufnahmeplatte für den Rotor als Präzisionsteil auszuführen und ebenso die ihr benachbarten plattenförmigen Schichtstruktur-Elemente, die als eines der weiteren plattenförmigen Schichtstruktur-Elemente und ein zusätzliches plattenförmiges Schichtstruktur-Element gebildet werden (Anspruch 1, Anspruch 8). In diesen beiden benachbarten Platten gegenüber der Aufnahmeplatte für z. B. die Mikropumpe liegen die Eingangs detailliert erläuterten Nieren, wobei Einlaßniere und Auslaßniere in der einen Platte und die Ausgleichsnieren in der anderen Platte spiegelbildlich angeordnet sind.

Die Nieren sind eigentlich umfänglich gekrümmt sich erstreckende Kanalsegmente, die auch eine gleichmäßige Breite aufweisen können und in denen Fluid geführt wird. Gleichzeitig sind sie in der "Nierenplatte" auf der einen Seite und in der spiegelbildlichen "Nierenplatte" auf der anderen Seite der Aufnahmeplatte für das Mikrosystem axial durchgehend gestaltet, ihr Ende finden sie jeweils auf der Oberfläche der zugehörigen Platte bzw. mit der diese Platte dann abdeckenden weiteren Platte des Schichtstruktur-Aufbaus des Gehäuses (Anspruch 3).

So können zwei getrennte Kanäle gebildet werden, ein Kanalsystem zur Zufuhr von Fluid zum Mikrosystem und ein umfänglich versetzt gegenüber diesem in dem plattenförmigen Schichtstruktur-Element zusammengefügtes zweites Kanalsystem zur Ableitung des von dem Mikrosystem kommenden Fluids auf der Auslaßseite (z. B. die Druckseite der Mikropumpe). Die Mikropumpe ist als ein anschaulich anzusehendes Beispiel zu verstehen, in gleicher Weise ist der Gehäuseaufbau geeignet zum Einsatz von anderen Mikrosystemen, wie einem fluidisch betriebenen Mikromotor, dem ein Fluidstrom als Antrieb zugeführt wird, und an seiner Welle ein Abtrieb mit einer dem Fluidstrom entsprechenden Drehzahl abgibt. Ebenso ist ein fluidisch betriebener Sensor als Mikrosystem möglich, der in den Gehäuseaufbau eingefügt wird und der einen Fluidstrom mißt, wobei dann die Welle nicht vollständig aus dem Gehäuse herausgeführt werden muß, sondern nur als Wellenstummel zur Lagerung des Rotors vorgesehen ist, während die Abtastung der Drehzahl, die mit dem Fluidstrom korrespondiert, optisch, induktiv oder magnetisch erfolgen kann. Das vorgeschlagene Gehäuse ist demnach vielseitig einsetzbar für praktisch alle mit Fluiddurchsatz arbeitenden Mikrosysteme, von denen hier repräsentativ die Pumpe, der Motor und ein Sensor angesprochen werden.

Die axialen Kanalabschnitte in dem weiteren plattenförmigen Schichtstruktur-Element, das direkt an die Aufnahmeplatte für die Mikrosystem angrenzt, können besonders gestaltet sein (Ansprüche 5 und 16 bis 18). Ist ihre Länge kürzer als die Höhe (oder Dicke bzw. Stärke) dieses Schichtstruktur-Elementes, so wird die axial durchgehende Niere seitlich versetzt angekoppelt, wenn der Durchmesser des axialen Kanalsegmentes größer ist, als die maximale Nierenbreite an der Koppelstelle. Das gesamte Volumen des Fluids, das sich in der axial durchgehenden Niere sammelt, kann so leicht und ohne Strömungshindernisse abgeführt werden, wobei sich empfiehlt, den Strömungsquerschnitt der Bohrung so zu wählen, daß er im wesentlichen dem Querschnitt der Niere an dem Ort des Strömungsmaximums (Anspruch 17) entspricht, welcher Querschnitt im Betrieb von der durch die Kanalsegmente zu fördernde Flüssigkeit durchsetzt wird.

Der maximale Volumenstrom (Volumen pro Zeit) findet sich auf beiden Seiten (Saugseite/Druckseite) einer Pumpe oder eines Motors und ist im Zuge einer umfänglich verlaufenden Niere nicht konstant, was auf die Art und Weise der Änderung des Volumens einer jeweiligen Förderkammer während der Drehbewegung zurückzuführen ist. Die Anordnung des axialen Kanalsegmentes in dem weiteren plattenförmigen Schichtstruktur-Element (Anspruch 5) an einer umfänglichen Stelle oder Position der insbesondere in ihrer Breite stetig verändernden Niere bringt die Möglichkeit, den Zustrom und den Abstrom axial genau dorthin zu verlegen, wo der maximale Volumenstrom im Zuge der umfänglich sich erstreckenden Niere entsteht. Dieser maximale Volumenstrom ist bei einer axialen Aufsicht im ersten und zweiten Quadranten bei einer im Uhrzeigersinn sich drehenden Pumpe angesiedelt, dabei im ersten Quadranten in einem Winkel zwischen 75° und 85°, insbesondere etwa zwischen 80° und 85° und entsprechend spiegelsymmetrisch im zweiten Quadranten (Anspruch 17, 18).

Die Ausbildung einer radial orientierten, länglichen Durchgangsöffnung durch das weitere Schichtstruktur-Element zwischen Anschlußblock und dem ersten weiteren Schichtstruktur- Element, das die Nieren trägt, ergibt sich aus der Zusammenfassung eines axialen und eines im wesentlichen radialen Kanalsegmentes, wobei das radiale Kanalsegment eine in Axialrichtung orientierte Tiefe hat, die genau der axialen Erstreckung des zweiten (weiteren) Schichtstruktur-Elementes entspricht (Anspruch 20). Dieser Kanalabschnitt ist besonders einfach herstellbar und hat eine Verlagerungsfunktion für den Fluidstrom zur Folge, der von Bereichen nahe der Achse zu Bereichen nach radial weiter außen führt, wo ohne Probleme zwei nebeneinander angeordnete Anschlüsse in den Anschlußblock für Zustrom und Abstrom des Fluids gelegt werden können.

Mit der Erfindung können schräge Bohrungen oder Kanalsegmente, die windschief oder schräg gegenüber der Achse orientiert sind, in den Schichtstruktur-Elementen vermieden werden. Die Kanalsegmente gemäß der Erfindung verlaufen entweder radial, umfänglich oder axial, oder in einer beliebigen Zusammenstellung davon, so daß mit Zylinderkoordinaten beschrieben jeder Punkt im Gehäuseaufbau erreichbar ist, zusammengesetzt aus dem jeweils dafür benötigten axialen Kanalsegment, umfänglichen Kanalsegment oder radialen Kanalsegment. Durch Auswahl der spezifischen Platten, die entsprechende Kanalsegmente tragen, können Verbindungen zwischen Normteilen geschaffen werden, es muß nicht immer ein gesamtes Mikrosystem mit seinem Gehäuse entworfen und gefertigt werden, vielmehr nur noch die jeweils anders zu gestaltenden Schichten des Schichtstruktur-Aufbaus, unter Beibehaltung der übrigen Schichten.

Der gesamte Schichtstruktur-Aufbau des Gehäuses wird axial zusammengespannt durch Zentrierstifte und/oder Zylinderschrauben, die an einem Endstück eingefügt werden, an dem auch eine Montagemöglichkeit für die in dem Gehäuse aufgenommene Mikropumpe gegeben ist. Auf der anderen axialen Seite des Gehäuses sind die Anschlüsse für Zustrom und Abstrom des Fluids, sie können entweder radial oder axial gerichtet sein, abhängig von der Ausgestaltung des Anschlußblocks.

Die Erfindung

• - ermöglicht einen fluidischen Übergang der Anschlußtechnik mit verhältnismäßig großen Abmessungen auf den miniaturisierten strömungstechnischen Funktionsbereich des Mikrosystems, wie Mikropumpe;
• - ermöglicht miniaturisierte Herstellung von Mikrozahnringsystemen;
• - ermöglicht flexible Führung des Fluids in einer einfach herstellbaren Schichtstruktur (von Anschluß bis Rotor);
• - ermöglicht eine flexible Ausgestaltung des Gehäuseteils "Anschlussblock" zur Aufnahme unterschiedlicher und in Lage variierender Anschlussstücke bzw. Fluidanschlüsse;
• - ermöglicht die Darstellung der Strömungsquerschnitte in Strukturen mit 2¹/₂-dimensionaler Erstreckung, wie sie beispielsweise durch Liga, Drahterosion, Feinstanzen, Ätzen, Laser u. a. erstellt werden können;
• - ermöglicht Austausch von Verschleißteilen, wie Lager;
• - ermöglicht Stapelbearbeitung mehrerer Teile gleichzeitig;
• - ermöglicht die Verwendung eines identischen Halbzeuges (Ausgangsmaterials) für alle Funktionsbereiche;
• - ermöglicht die direkte Stapelung mehrerer Rotorsätze.

Eine besonders günstige Kopplungsvariante zur Anbringung des Gehäuseaufbaus an einer Antriebsquelle, wie einem geregelten oder ungeregelten Motor, findet über ein Kupplungsgehäuse statt, an dessen einer Seite der Gehäuseaufbau mit der Mikropumpe und an dessen anderer Seite der Antriebsmotor angebracht werden. Sowohl Antriebsmotor als auch der Gehäuseaufbau für die Mikropumpe haben dazu einen hervorstehenden Bund, die bevorzugt nicht gleich dimensioniert sind, um Verwechslung der verschiedenen Seiten zu vermeiden. Der Bund greift in eine genau auf den Bund angepaßte Ausnehmung ein, wobei die beiden Ausnehmungen in dem Kupplungsgehäuse axial genau aufeinander ausgerichtet sind. Werden Pumpe und Antriebsmotor von beiden axialen Seiten des Kupplungsgehäuses in die entsprechenden Ausnehmungen mit ihren jeweils genau passenden Bünden eingefügt, kann sichergestellt werden, daß die Wellen dann axial fluchten und über ein Zwischenstück axial fluchtend verbunden bleiben. Radialer Versatz der Wellen kann auf diese Weise sicher vermieden werden, die Montage wird begünstigt und beschleunigt. Dieses Kupplungsgehäuse kann von einer außen mehreckig, insbesondere vier- oder achteckig, gestalteten Hülse abgedeckt sein, aus der beidseitig an den Stirnseiten Motor und Pumpe hervorstehen. Auch für andere Kombinationen von fluidischen Mikrosystemen ist diese Kopplung einsetzbar.

Die Erfindung schafft somit Übersichtlichkeit, stellt einfach herzustellende Einzelteile zur Verfügung, erleichtert die Fertigung und erhöht die Flexibilität und Genauigkeit bei der Montage. Nur die notwendigen Schichtstruktur-Elemente müssen präzisionsgefertigt sein, während andere, unkritische Schichtstruktur-Elemente als Standardbauteile verbleiben können. Besonders soll hervorgehoben werden, daß die Schichtstruktur- Elemente, so sie plattenförmig ausgebildet sind, bevorzugt die gleiche Dicke (in Axialrichtung die gemessene Höhe) aufweisen können und sie demgemäß aus dem gleichen Plattenmaterial als Halbzeug herstellbar sind. Das gleiche Halbzeug dient als Ausgangsprodukt für mehrere axial hintereinander angeordnete Schichtstruktur-Elemente, die dann alle die gleichen Qualitätsmerkmale der Ausgangsplatte aufweisen (Anspruch 12). Unterschiedliche Planizität und Oberflächengüte der Ausgangsplatte überträgt sich damit direkt auf die daraus gefertigten Schichtstruktur-Elemente und kann vorgeben, welches Halbzeug für welche Präzisionsteile und welches andere Halbzeug für die Standardelemente der Schichtstruktur verwendet werden sollen. Damit können Fertigungskosten eingespart werden, weil eine Nachbearbeitung der Präzisionsteile entfallen kann und ein hohe Kosten aufwerfendes Halbzeug nicht für alle Schichtstruktur-Elemente Verwendung finden muß, welche vermiedenen Verfahrensweisen eine Verteuerung des hergestellten Gehäuseaufbaus zu Folge hätten. Zu der Kostensenkung bei der Herstellung gesellen sich Genauigkeit für die Fluidführung der Mikropumpe und die Abdichtung zwischen den einzelnen Schichtstruktur-Elementen sowie die Genauigkeit der Fluidführung in den Eingangsnieren, Ausgangsnieren und Ausgleichsnieren, die die Leistung und den Wirkungsgrad der Mikropumpe bestimmen.

Die oben verwendeten Begriffe der Erstreckung in axialer Richtung, radialer Richtung und Umfangsrichtung sind an Zylinderkoordinaten orientiert, jedoch ist nicht zwingend ein plattenförmiger Schichtstruktur-Aufbau zylindrisch in seiner Außenform, vielmehr ist ebenso eine mehreckige, wie viereckige, sechseckige oder achteckige Außengestalt, sowie unrunde, wie ovale Formen von der Erfindung umschrieben. Die Verwendung des technischen Begriffes der "umfänglichen" Erstreckung dient der Erleichterung des Verständnisses, aber nicht der Beschränkung der Möglichkeit der Realisierung der Erfindung. In gleicher Weise werden die Begriffe "Scheibe" und "Platte" so verwendet, daß sie eine flache Gestalt ohne spezifisch festgelegte Außenabmessung oder Außengestalt beschreibt, obwohl es vorteilhaft ist, eine zylindrische Gestalt zu wählen, die sich an der zylindrischen Gestalt des Außenrades der Mikropumpe orientiert, zwingend notwendig ist es indes nicht.

Ausführungsbeispiele erläutern und ergänzen die Erfindung.

Fig. 1 veranschaulicht in Explosionsdarstellung eine Ausführungsform der Erfindung mit einer zentral in dem Gehäuse gelagerten Mikropumpe MP, die von mehreren scheibenförmigen Schichtstruktur-Elementen, die hier als Zylinderscheiben dargestellt sind, aufgenommen wird.

Fig. 2 veranschaulicht einen montierten Zustand des Ausführungsbeispiels von Fig. 1, wobei die Montageschrauben 13 und Zentrierstifte 14 durch den Schichtstruktur-Aufbau gelegt sind und angezogen sind und ein Viertelschnitt einen Einblick in die Schichtstruktur und das Mikrosystem MP ermöglicht.

Fig. 2a veranschaulicht in gleicher Darstellung wie Fig. 2 das Ausführungsbeispiel, wobei die Mikropumpe im Zentrum des Gehäuseaufbaus besser erkennbar ist.

Fig. 3 ist eine schematische Darstellung der Aneinanderreihung von Kanalsegmenten zur Bildung eines Kanalsystems 1, hier nur für den Zulauf auf der Saugseite der Mikropumpe MP, dargestellt durch die aufzunehmende Flüssigkeit F.

Fig. 4 veranschaulicht in drei Einzelbildern eine Aufsicht sowie einen Schnitt A-A und B-B. Auch hier ist die Fluidführung durch Aneinanderreihung der Kanalsegmente gemäß Fig. 3 zu erkennen, nur in dem Schnitt A-A auf beiden Seiten der Mittelebene B-B.

Fig. 5 veranschaulicht ein hier zylindrisch ausgebildetes Schichtstruktur-Element 31, das die nierenförmigen Kanalsegmente sowie axiale Bohrungen trägt.

Fig. 5a, Fig. 5b veranschaulichen Ausschnittsvergrößerungen aus Fig. 5, betreffend die Gestalt und Anordnung sowie Ausrichtung der Nieren und axialen Bohrungen.

Fig. 6 veranschaulicht eine Aufnahmeplatte 30 für die Aufnahme der Mikropumpe in einer exzentrisch im Zentrumsbereich vorgesehenen zylindrischen Öffnung 30a.

Fig. 7 veranschaulicht in Aufsicht und in zwei Schnittdarstellungen aus den Ebenen A-A und B-B ein Beispiel eines "zusätzlichen" plattenförmigen Schichtstruktur-Elementes 32, das auf der anderen Seite der in Fig. 6 dargestellten Aufnahmeplatte 30 für die Mikropumpe angeordnet ist, während auf der einen Seite das in Fig. 5 dargestellte Beispiel eines "weiteren" plattenförmigen Schichtstruktur- Elementes 31 anzuordnen ist.

Fig. 8 zeigt ein weiteres Plattenelement 20 in Aufsicht und Schnitt, in dem fluidführende radiale und axiale Segmente 20a, 20r angeordnet sind.

Fig. 9 veranschaulicht ein Montagebeispiel der Pumpe über einen Kupplungsteil 80 zum Motor M.

Es soll darauf hingewiesen werden, daß die Begriffe des zusätzlichen Schichtstruktur-Elementes und, des weiteren (ersten und zweiten weiteren) Schichtstruktur-Elementes einheitlich verwendet werden. Ausgangspunkt und vom Wessen her die Konzeption festlegendes Schichtstruktur-Element ist clie Aufnahmeplatte für das Mikrosystem als innere Platte und ein Anschlußblock 11 auf der einen Seite und ein plattenförmiger Sockel 12 auf der anderen Seite. Anschlußblock und plattenförmiger Sockel müssen nicht direkt plattenförmig sein, sie können auch individuell in axialer Richtung länger ausgebildet werden, so daß ein- oder beidseitige Blockstrukturen entstehen.

Zwischen der Aufnahmeplatte 30 in Fig. 1 und dem Anschlußblock 11 finden sich zwei "weitere" Plattenstrukturen 20, 31. Zwischen der Aufnahmeplatte 30 und dem plattenförmigen Sockel 12 in der Fig. 1 finden sich zwei "zusätzliche" plattenförmige Elemente 32, 40, die jeweils eigenständige Funktionen realisieren. Die "weiteren" Platten sollen dabei einheitlich zu der Seite hin orientiert sein, auf welcher der Anschlußblock 11 liegt; die "zusätzlichen" Platten sollen einheitlich terminologisch auf diejenige Seite hin orientiert sein, die zu dem plattenförmigen Sockel 12 zeigt.

Das Mikrosystem, das im folgenden im Beispiel als Mikropumpe MP bezeichnet wird, hat einen in Fig. 1 schematisch ersichtlichen Aufbau aus Außenrotor A und Innenrotor I, der kämmend von innen mit seinen nach außen ragenden Zähnen in den ebenfalls drehbar in der mittleren Platte 30 in dessen Ausnehmung 30a gelagerten Außenrotor A eingreift. Die Drehbewegung auf den Innenrotor I wird über eine Welle 50 übertragen, die mittels eines kurzen, axial gerichteten Stiftes 53 drehstarr mit dem Innenrotor I im Sinne einer Welle/Nabe-Verbindung gekoppelt ist. Diese Mikropumpe wird näher erläutert in der eingangs beschriebenen WO-Schrift, wobei dort Außenrotor 30 und Innenrotor 20 durchgehend so bezeichnet sind, wie hier Außenrotor A und Innenrotor I. Dieses System ist ein Beispiel für die Einbringung beliebiger Mikrosysteme im Innern des in Fig. 2a und Fig. 2 ersichtlichen Gehäuseaufbaus aus mehreren Schichtstruktur- Elementen 11, 20, 31, 30, 32, 40, 12. Andere Beispiele für Mikrosysteme sind Mikromotoren, die konstruktiv gleich aufgebaut sind, wie die Mikropumpe gemäß Fig. 1. Ebenfalls möglich ist der Einsatz eines kämmenden Sensors oder eines Drehschiebers im Innern des Gehäuses an der Stelle der Ausnehmung 30a. Auch eine Außenzahnradpumpe ist einsetzbar, die entweder über eine Welle oder direkt lose in einer entsprechend gestalteten langovalen Ausnehmung angeordnet ist, in der zwei miteinander kämmende Außenräder als ein erstes und ein zweites Funktionsteil eines fluidisch betriebenen Mikrosystems gelagert sind.

Am deutlichsten wird das Ausführungsbeispiel der Erfindung bei einer Betrachtung der Fig. 1, 2, 2a und 3 in gemeinsamem Blickfeld. Die Explosionszeichnung gemäß Fig. 1 zeigt zwei zur Erläuterung zuerst herausgegriffene Schichtstrukturen, den Anschlußblock 11 und den Sockel 12, der näherungsweise plattenförmig ausgebildet ist. Zwischen beiden befindet sich in der Mitte die schon erwähnte Aufnahmeplatte 30 mit der an das Mikrosystem angepaßten Ausnehmung 30a, die hier für eine exzentrische Lagerung des Außenrotors A gegenüber der Gehäuseachse 100, die von der Welle 50 gebildet wird, vorbereitet ist. Zwischen der Aufnahmeplatte 30 und dem Anschlußstück 11 für die Fluidzuführungen, meistens Kunststoffschläuche 60 mit entsprechenden Paßstücken zur Fixierung in Aufnahmeöffnungen 11a' sind zwei weitere plattenförmige Scheiben 20 und 31 vorgesehen, die auch eine jeweils zentrale Öffnung zur Aufnahme der Welle 50 besitzen. Auf der Seite zwischen der Aufnahmeplatte 30 und dem Anschlußsockel 12, der die Fixiereinrichtungen 13, 14 für das axiale Zusammenspannen und Festlegen der Schichtstruktur- Elemente trägt, sind zwei zusätzliche plattenförmige Schichtstruktur-Elemente 32, 40 vorgesehen, die ebenfalls eine zentrale Öffnung zur Aufnahme der Welle haben. Die Welle ragt auf der Seite aus dem zusammengespannten Gehäuse gemäß Fig. 2a (das spiegelbildlich gegenüber der Fig. 1 dargestellt ist) heraus, an der der plattenförmige Sockel 12 vorgesehen ist, um dort einen Antrieb an dem herausragenden Wellenstummel anzuflanschen, was über die dort dargestellte hutförmige Erhebung 71 gemäß der später erläuterten Fig. 9 geschieht.

Die einzelnen Funktionsträger der Fig. 1 sind in Fig. 2a zusammengespannt ersichtlich. Dort ist die Mikropumpe MP nur noch schematisch zu erkennen, ebenso wie in Fig. 2, allerdings ist der Schichtstruktur-Aufbau mit der Fluidführung von den Schläuchen 60 zum Mikrosystem deutlich zu erkennen, der in einer Schnittdarstellung schematisch in Fig. 3 stark vergrößert herausgezeichnet ist.

Fig. 3 zeigt dieselben Schichtstruktur-Elemente, die in Fig. 1 erläutert worden sind. Ein Kanal 1 verläuft über Kanalsegmente 11a, 20a, 20r, 31a und 41k zur Mikropumpe MP, und auf der in Fig. 3 nicht dargestellten spiegelbildlichen Seite gegenüber der Achse 100 von der Mikropumpe MP wieder zurück zum Auslaß des Gehäuses.

Der Aufnahmesockel 11 dient der Aufnahme der Fluidzuführung und der Fixierung der Schläuche. Die Schläuche werden mit Hülsen und Spannelementen, meist Ferrulen, in der zylindrischen Aufnahmebohrung 11a' fixiert und stirnseitig abgedichtet. Von der im Durchmesser sehr viel stärkeren Aufnahmebohrung geht eine im Durchmesser um ein Vielfaches geringere Verbindungsbohrung 11a zum stirnseitigen Ende des Aufnahmeblocks 11. Fig. 3 zeigt diese Fluidführung im Schema.

An den Aufnahmeblock 11 schließt sich ein fluidlenkender und -führender weiterer plattenförmiger Schichtstruktur-Bauteil an, der gemäß Fig. 3 und Fig. 2 ein zunächst axial verlaufendes Kanalsegment 20a besitzt. Dieses axiale Kanalsegment 20a geht über in ein radial gerichtetes Kanalsegment 20r, um anschließend erneut in eine axiale Richtung zu verlaufen, was sich dann von selbst ergibt, wenn das radiale Segment direkt auf der vom Einlaß abgewandten Stirnseite des weiteren Schichtbauteils 20 eingebracht ist. Mit der axialen, radialen und erneut axialen Führung wird das Fluid umgelenkt und erlaubt ein näheres Heranführen des Fluids in Richtung zur Welle, wo die Mikropumpe MP zur Aufnahme des Fluids in der Ausnehmung 30a eingesetzt ist. Das plattenförmige Schichtbauteil 20 kann die Axial/Radial-Kanalführung auch dadurch realisieren, daß ein Langloch durchgehend eingebracht wird, das sowohl die axiale Komponente wie auch die radial gerichtete Fluidlenkung übernimmt. Es verbleibt dann kein in Fig. 3 noch eingezeichneter Reststeg 21, der sich dann ergibt, wenn das radiale Kanalsegment 20r nicht so tief ist wie das weitere Plattensegment 20 in Axialrichtung hoch ist.

Auf der von der Fluid-Zufuhrseite abgewandten Stirnseite des weiteren plattenförmigen Elementes 20 liegt ein noch weiteres plattenförmiges Element 31, das eine "Nierenplatte" darstellt, in der das Fluid sowohl axial geführt, wie auch umfänglich in einer Niere verteilt auf einen umfänglichen Bereich des Außen- und Innenrotors A/I des Mikrosystems geführt wird. Diese Niere 41k und die axiale Bohrung 31k wird später an den Fig. 6 und 7 genauer erläutert, wo auch Ausschnittsvergrößerungen zur Orientierung, Größe und Gestalt dieser Nieren 41k sowie des axialen Kanalsegmentes 31k dargestellt werden.

Auf der von der Zufuhrseite abgewandten Oberfläche der zweiten weiteren Platte 31 liegt die schon erläuterte Aufnahmeplatte 30 mit einer inneren Öffnung 30a, die exzentrisch gegenüber der Achse 100 gelegen ist. Hier wird die Mikropumpe MP mit ihrem Außenrotor A drehfähig aufgenommen, und das Fluid F erreicht über die umfängliche Niere 41k mehrere Förderkammern der miteinander kämmenden Räder A, I auf der Saugseite.

Zur Schaffung eines hydraulischen Gleichgewichtes sind gleich orientierte und ausgestaltete Nieren 42k in einer zusätzlichen Platte 32 angeordnet, die gegenüber den zuerst beschriebenen Nieren 41k ausgerichtet sind. Diese zweite "Nierenplatte" 32 schließt direkt an die Aufnahmeplatte 30 für das Mikrosystem MP an. Die zweite Nierenplatte trägt somit mit den Ausgleichsnieren 42k umfänglich orientierte Kanalsegmente. Fluid wird in axialer Richtung in diesen Kanalsegmenten nicht abgefördert. Vielmehr kehrt der Fluidstrom nach Verlagerung der Förderkammern der Mikropumpe MP auf die Druckseite auf diejenige andere Seite der Mittelebene des Gehäuseaufbaus zurück, die in Fig. 3 nicht dargestellt ist, aber spiegelbildlich leicht vorstellbar ist, um in gleicher Weise das Fluid F von der Mikropumpe MP zum Auslaß und dem zugehörigen Schlauch 60 zu führen. Auch hier wird das Fluid in der ersten weiteren Schichtplatte 20 in radialer Richtung stark verlagert, so daß es von der Welle weg nach außen so geführt wird, daß die Anschlüsse in dem Anschlußblock 11 ohne räumliche Schwierigkeiten fixiert werden können.

Das Schichtbauteil 40, das sich an die zweite Nierenplatte 32 direkt anschließt, trägt keine Kanäle, dient vielmehr der Lagerung der Welle mit einer Wellendichtung 53, die in Fig. 1 ersichtlich ist.

An die zweite zusätzliche Platte 40 schließt sich der schon beschriebene Montageblock 12 an, der das Gesamtgehäuse sowohl in axialer Richtung spannen kann, wie auch Montagemöglichkeiten gemäß Fig. 2 in Form eines zylindrischen Bundes 71 bietet, um einen Motor an eine Pumpe anzuflanschen und bei umgekehrtem Betrieb mit einem fluidischen Mikromotor in dem Gehäuseaufbau auch eine entsprechende Pumpe auf der anderen Seite antreiben zu können.

Die Lagerung der Welle wird auch an den Fig. 1, 2 und 2a deutlich. Die drehstarre Verriegelung ergibt sich durch einen Stift 53, der in eine entsprechende Ausnehmung des Innenrotors 1 bei der Montage eingreift. Die Welle 50 wird zur präzisen Ausrichtung nur in zwei mittleren Ausnehmung der Platten 31 und 32 geführt, die direkt benachbart der Aufnahmeplatte 30 liegen. Die weiteren und zusätzlichen Platten außerhalb dieser nahe der Platte 30 angeordneten und Lagerfunktion übernehmenden Plattenelemente zeigen ein größeres Spiel hinsichtlich der Öffnung für die Welle. In dem Anschlußblock 11 ist eine axiale Wellensicherung vorgesehen, die ein axiales Verrücken der Welle 50 verhindert. Auf der anderen Seite der Aufnahmeplatte 30 ist eine Wellendichtung 52 vorgesehen, die das Innere der Pumpe gegen die Umgebung abdichtet und ein hydraulisches Gleichgewicht für die Welle ermöglicht. Die Welle erfährt so keine axial gerichteten Kräfte und ist im hydrostatischen Gleichgewicht.

Die inneren geschichteten Montageplatten 31, 30 und 32 sind präzisionsgefertigt, sie weisen hohe Oberflächengüte und hohe Genauigkeit auf, was sowohl die Wellenlagerung 50 als auch die Rotorlagerung A betrifft. Die weiter außen liegenden Platten der Schichtstruktur brauchen nicht die hohe Präzision aufzuweisen, die die inneren Elemente haben. Sie sind vielmehr als Standardbauteile verwendbar und können aus weniger hochwertigen Halbzeugen gefertigt sein. Bevorzugt werden dabei zwei verschiedene Halbzeuge zur Fertigung der plattenförmigen Schichtstrukturen der Fig. 1 verwendet; solche höhere Qualität hinsichtlich Oberflächengüte, Planizität und Ebenheit für die Präzisionsplatten und solche mit gerade noch ausreichender Oberflächengüte für die übrigen plattenförmigen Elemente der gesamten Schichtstruktur. Die Fertigung ist so vorteilhaft vereinfacht und kostenreduziert.

Die übrigen Figuren stehen im engen Zusammenhang mit den zuvor erläuterten konstruktiven Gegebenheiten, so werden in den folgenden Figuren die einzelnen Schichten des gesamten Schichtstruktur-Aufbaus erläutert.

Fig. 4 verdeutlicht mit gleichen Bezugszeichen die in Fig. 1 erläuterten Elemente in einem axialen Schnitt A-A und einem um 90° dagegen versetzten axialen Schnitt B-B sowie einer Aufsicht von derjenigen axialen Seite, aus der die Welle 50 hervorsteht.

Die Stifte 14 halten den Aufbau zentrisch und gegeneinander ausgerichtet. Im Winkel von jeweils 90° sind Bohrungen für Zylinderschrauben 13 vorgesehen, zum Zusammenspannen der mit den Stiften 14 ausgerichtete Schichtanordnung.

In dem Schnitt A-A sind beide umfänglich versetzt in den Schichtstruktur-Elementen vorgesehenen Kanalsysteme 1, 2 erkennbar. Sie müssen nicht gegenüber der Achse symmetrisch sein, sie können aber gemäß der Aufsicht in der Fig. 4 um 180° gegeneinander verdreht sein. Auf der Anschlußseite im Anschlußblock 11 soll ein hinreichend bemessener Abstand zwischen den im Durchmesser großen Sacklochbohrungen 11a' bestehen, um die Schläuche und ihre fixierenden Hülsen aufzunehmen, während im Mikrosysteme MP der Fluidstrom möglichst nahe an der Welle 50 benötigt wird. Die radiale Erstreckung des Mikrosystems ist nur gering, und die Verlagerung von dem nahe bei der Achse 50 liegenden Fluiderzeuger oder Fluidverbraucher oder Fluidsensor, je nach Anwendungsart, zum Anschlußblock übernimmt die weitere Platte 20 mit den im wesentlichen radial nach außen verlegten Kanalsegmenten, die selbst nicht die Nieren für die Einlaß- und Auslaßströmung des Mikrosystems besitzt, sondern nur der Fluidführung und der Fluidumlenkung, insbesondere in radialer Richtung dient.

Sowohl in Aufsicht (an den gestrichelten Linien) als auch in der Schnittansicht B-B ist die radiale Fluidumlenkung mit dem Kanalsegment 20r ersichtlich. Sie liegt zwischen einem Axialstück 20a, das direkt an den im Durchmesser geringen Kanalfortsatz 11a anschließt, der von der Aufnahme 11a' ausgeht. Das radiale Kanalsegment 20r mündet in der nächsten Schichtplatte 31 in einer axialen Bohrung, die gegenüber der dann folgenden Niere versetzt ist, was anhand der Fig. 5 erläutert werden soll. Zuvor soll noch auf die deutliche Darstellung der drehfesten Verriegelung durch den Stift 53 in der Schnittansicht B-B hingewiesen werden, aus der auch sowohl die Wellendichtung 52 wie auch die axiale Wellensicherung 51 in der plattenförmigen Schichtstruktur erkennbar sind; für das mit der Wellensicherung versehene Ende weist der Anschlußblock 11 eine zentrische Einsenkung auf. Alle Platten sind jeweils mit O-Ringen 55 gegenüber der jeweils nächstfolgenden Platte abgedichtet, wozu jeweils eine Ringnut auf der Stirnseite zumindest einer der aneinanderliegenden Platten vorgesehen ist.

Die Darstellung in Fig. 5 zeigt sowohl eine Aufsicht als auch zwei Schnittansichten A-A und B-B. Ausschnittsvergrößerungen des Zentrumsbereiches der Fig. 5 sind in der Fig. 5a und dazu ein Schnitt entlang Z-Z in der Fig. 5b gezeigt.

In Fig. 5 ist die erste Nierenplatte 31 erläutert, die zwischen der ersten weiteren Platte 20 und der zur Orientierung als Zentrum der Erläuterung verwendeten Aufnahmeplatte 30 angeordnet ist. Die "weitere" Platte 31 liegt direkt an der Aufnahmeplatte 30 für das Mikrosystem an. In Fig. 5a, 5b werden die Lage, Orientierung und Größe der Nieren 41k, 41k' sowie der axialen Zuströmbohrungen 31k, 31k' deutlich, die an einer vorgegebenen Stelle längs der umfänglichen Erstreckung der Nieren in diese in Radialrichtung versetzt münden.

Fig. 5 zeigt die zwei sich um etwas weniger als 180° spiegelsymmetrisch gegenüber der Mittelebene B-B erstreckenden Nieren 41k, 41k'. In dem in Aufsicht ersten und zweiten Quadranten (gegen den Uhrzeigersinn orientiert) liegen die Zuströmbohrung 31k und die nach U-förmiger Umlenkung durch das Mikrosystem - das hier nicht gezeigt ist - den Abfluß besorgende Bohrung 31k'.

Die Vergrößerung in Fig. 5b zeigt, daß clie mittlere Ausnehmung zur Aufnahme der Welle 50 dient. Die Nieren 41k und 41k' werden in Drehrichtung gesehen (Uhrzeigersinn angenommen), auf der Saugseite - für die Pumpe - in radialer Richtung breiter, um auf der Druckseite - bei der Pumpe - in Drehrichtung von einer größeren Breite auf die geringe Breite sich zurück zu reduzieren. Die Nieren sind in Axialrichtung so tief gestaltet, daß sie die gesamte Platte 31 durchsetzen, also axiale Kanäle bilden, gleichzeitig bilden sie umfänglich orientierte Kanäle. In Axialrichtung wird der Querschnitt für Zufluß und Abfluß noch dadurch vergrößert, daß eine zusätzliche Bohrung 31k, 31k' mit einem größeren Durchmesser angeordnet wird, als die Niere an der Stelle an radialer Breite besitzt, an der die Bohrung sie anschneidet. Die beiden Fahrstrahlen C und C' zeigen die Winkelorientierung jeweils gegenüber der Mittelebene B-B; sie liegt im Bereich zwischen 75° und 85° im ersten und zweiten Quadranten.

An den beschriebenen Ankopplungsbereichen zu den Nieren liegen die Bereiche des größten Volumenstroms beim Betrieb des Mikrosystems, sowohl bei Zufluß als auch beim Abfluß, was sich aus der Art der Vergrößerung und Reduzierung der Volumenkammern bei der Drehung ergibt. Genau hier, wo der größte Volumenstrom im Betrieb entsteht, liegen die zusätzlich den Abströmquerschnitt und Zuströmquerschnitt vergrößernden axialen Bohrungen, die nicht ganz durchgehend durch die Platte 31 verlaufen, sondern als angesetzte Sacklochbohrungen vorgesehen sind.

Herstellungstechnisch wird zuerst die Sacklochbohrung 31k oder 31k' eingebracht und anschließend mit einem Erodierverfahren die Form der Niere 41k, 41k' hinzugefügt, so daß sich der kombinatorische axial erweiterte Zuströmweg mit dem umfänglich orientierten Nierenvolumen ergibt. Fig. 5b zeigt diese Orientierung deutlich, entlang des Schnittes Z-Z, der in Fig. 5a dargestellt ist.

Eine zusätzliche Platte 32, die auf der anderen Seite der in Fig. 6 dargestellten Aufnahmeplatte 30 mit exzentrischer Öffnung 30a angeordnet ist, zeigt Fig. 7. Hier sind - zum direkten Vergleich mit der Fig. 5 in Aufsicht noch die Achsen A-A und B-B um 90° zu verdrehen, so daß die Nieren direkt übereinander liegen. Hier handelt es sich um die Ausgleichsnieren 42k' und 42k. Diese Ausgleichsnieren liegen direkt gegenüber den Zuström- und Abströmnieren 41k und 41k'. Sie haben gleiche Form, gleiche umfängliche Erstreckung und gehen auch ganz in axialer Richtung durch die zusätzliche Platte 32 hindurch, womit sie sowohl ein axiales Kanalsegment als auch ein umfängliches Kanalsegment bilden. Das axiale Kanalsegment endet aber an der Oberfläche der zusätzlichen Platte 32.

Die erste weitere Platte 20, die anhand der Fig. 4 schon eingehend erläutert war, ist zur zusätzlichen Veranschaulichung in Fig. 8 in Aufsicht und in einer Schnittdarstellung A-A gezeigt. Die Schnittdarstellung veranschaulicht den Strömungsweg des Fluids F mit der gestrichelt eingezeichneten U-förmigen Umlenkung des Mikrosystems. Jedes der fluidlenkenden zusammengesetzten Kanalsegmente setzt sich zumindest aus einem axialen Segment 20a und einem radialen Segment 20r zusammen. Die radialen Segmente können noch geringfügig in Umfangsrichtung geneigt sein, wie aus der Aufsicht ersichtlich ist. In besonders fertigungstechnisch günstiger Weise können die radialen Segmente gänzlich ausgefräste oder durch Drahterosion gefertigte längliche Öffnungen sein, die dann sowohl eine axiale Zuströmung 20a als auch eine dem Langloch folgende radiale Fluidumlenkung realisieren.

Der Aufbau der zuvor anschaulich erläutert worden ist, ist in Gesamtzusammenstellung schematisch in der Fig. 9 als Gehäuseaufbau G erkennbar, zu dem Anschlüsse 60, 61 führen. Die Welle 50 steht hervor in Richtung eines anzuflanschenden Motors M, der seinerseits einen Wellenzapfen 59 besitzt. Die Kopplung dieser beiden Wellenzapfen, ohne radialen Versatz und axial genau fluchtend, verläuft über ein Kupplungsstück 80, das auf beiden Stirnseiten eine jeweils genau vorgegebene Bohrung 81, 82 besitzt, die zumeist als runde Öffnung präzisionsgefertigt ist. Ein jeweiliges Bundstück 71, 72 ist an der Stirnseite des Gehäuses G für das Mikrosystem und an der Stirnseite des Motors M so angeordnet, daß sie genau in die Bohrungen 81, 82 passen. Die zylindrischen Öffnungen 81, 82 sind zueinander genau ausgerichtet, und werden die beiden funktionstragenden Elemente M, G in diese Öffnungen eingesetzt, so fluchten die Achsen 59, 50. Vor dem Einsetzen erfolgt das Ansetzen eines Wellenverbinders 58, der zunächst lose auf das Wellenende 50 aufgesteckt wird, um dann gemeinsam mit diesem in die Aufnahme 81 eingeschoben zu werden, bis der Bund 71 am Gehäuseaufbau G eng anliegend in der Aufnahme 81 zu liegen kommt. Von der anderen Seite wird der Motor M aufgesteckt, bei dem der Bund 72 in gleicher Weise in die Öffnung 82 eingepaßt wird. Dann wird an dem Wellenverbinder 58 eine jeweilige Fixierung der Wellen 50 und 59 vorgenommen, so daß die Antriebsverbindung zentrisch ausgerichtet, ohne Radialversatz feststeht. Eine zusätzliche Abdeckung H kann als Manschette mit einer ggf. gefasten Mehrkant-Außenstruktur über das Kupplungsstück 80 geschoben werden, so daß sich ein Aufbau ergibt, der mittig einen nach außen mehrkantig erscheinenden Verbinder, links ein erstes Funktionselement G und rechts ein zweites Funktionselement M aufweist. Motor M und Pumpengehäuse G können ebenso vertauscht werden, wie auch zwei Gehäuseaufbauten G aneinandergeflanscht werden können, wobei einer einen fluidischen Motor und der andere eine fluidische Pumpe aufnimmt. Eine Kaskadierung ist möglich.

In Fig. 9 ist der Gehäuseaufbau G mit einer Außenfläche versehen, die zylindrisch erscheint. Ebenso ist hier eine Mehrkant-Außenfläche möglich, die auch in Achsrichtung im wesentlichen gleichmäßig verlaufende Seitenflächen besitzt, um in Achsrichtung gerichtet keine Stufen zu haben.

Zur Sicherung gegen Vertauschen können die in der Fig. 9 erläuterten zylindrischen Bohrungen 81, 82 einen unterschiedlichen Durchmesser besitzen, angepaßt an die jeweiligen Bünde 72, 71 der für sie bestimmten Funktionsteile G, M.

Zum Kupplungsstück 80 sei noch erwähnt, daß es zwischen den Stirnflächen einen hohlen Durchgang besitzt, der zusätzlich seitlich durch zwei Ausnehmungen 83, 84, die sekanten-förmig und spiegelbildlich verlaufen, von außen zugänglich ist.

Zur Fertigungstechnik sei erwähnt, daß die plattenförmige Schichtstruktur in der Fig. 2 nicht nur gleich starke (gleich dicke) Platten zeigt, es aber vorteilhaft wäre, alle Platten aus derselben Schichtstärke zu fertigen. An der Fig. 3 kann schematisch ersehen werden, daß der Kanal, der durch diese, im wesentlichen gleich starken Platten verläuft, entlang seiner Erstreckung im wesentlichen denselben Querschnitt aufweist, um Totvolumina zu vermeiden.

Claims (22)

1. Gehäuseaufbau zur inneren Aufnahme und Lagerung einer fluidfördernden (F) Mikropumpe, insbesondere einer Mikrozahnringpumpe (MP; A, I), mit einem nach innen gezahnten Außenrad (A) und einem damit kämmenden, nach außen gezahnten Innenrad (I), das mit einer langgestreckten axialen Welle (50) im drehfesten Eingriff (53) steht,
wobei der Gehäuseaufbau

• a) eine axial durchgehende Öffnung zur Aufnahme der Welle (50) der Mikropumpe aufweist, welche Öffnung eine Gehäuseachse (100) definiert;
• b) aus mehreren - zumindest drei sich senkrecht zur Gehäuseachse (100) erstreckenden - Schichtstruktur- Elementen (20; 30; 31; 32; 40; 11; 12) besteht, von denen
  • a) eines als Aufnahmeplatte (30) mit einer axial gerichteten Ausnehmung (30a) ausgebildet ist, zur drehfähigen Aufnahme des Außenrades (A);
  • b) eines als Anschlußblock (11) für eine Anbringung von Einlaß- und Auslaßanschlüssen (60) ausgebildet ist, zur Zuführung und Abführung des Fluids (F);
  • c) eines als Sockelblock (12) zur Aufnahme von axial gerichteten Montage- oder Spannelementen (13, 14) für die anderen Schichtstruktur-Elemente ausgebildet ist;
• c) ein weiteres plattenförmiges Schichtstruktur-Element (31; 20) zwischen dem Anschlußblock (11) und der Aufnahmeplatte (30) aufweist, das axial gerichtete Kanalsegmente (20a; 31k, 31k'), umfänglich orientierte Kanalsegmente (41k, 41k') oder radial gerichtete Kanalsegmente (20r) oder eine beliebige Kombination davon (20a, 20r) trägt, zur Durchleitung von Fluid (F) aus den Anschlüssen des Anschlußblocks (11) zur Ausnehmung (30a) der Aufnahmeplatte (30) für die Mikropumpe.

2. Gehäuseaufbau nach Anspruch 1, bei dem die axial, umfänglich und/oder radial gerichteten Kanalsegmente einen durchgehenden ersten Kanal vom Einlaßanschluss zur Ausnehmung (30a) für die Mikropumpe (MP) bilden, um Fluid der Mikropumpe zuzuführen, und ein weiterer Kanal in den Schichtstruktur-Elementen umfänglich versetzt eingebracht ist, zur Abfuhr von Fluid (F) von der Ausnehmung (30a) zum Auslaßanschluß (60).

3. Gehäuseaufbau nach Anspruch 1, bei dem umfänglich orientierte Kanalsegmente (41k, 41k') in dem weiteren plattenförmigen Schichtstruktur-Element (31) als Nieren ausgebildet sind, die zur Oberfläche der benachbarten Schichtstruktur-Elemente hin axial offen sind, um direkt an eine Stirnseite des Außenrades und Innenrades (A, I) der Mikropumpe anzugrenzen, die in der Ausnehmung (30a) der Aufnahmeplatte (30) gelagert ist.

4. Gehäuseaufbau nach Anspruch 1, bei dem die Ausnehmung als zylindrische Öffnung (30a) gegenüber der Gehäuseachse (100) exzentrisch in der Aufnahmeplatte (30) angeordnet ist, zur exzentrischen Lagerung des Außenrades (A) gegenüber dem Innenrad (I), das drehfest im Eingriff mit der in der Gehäuseachse (100) angeordneten Welle (50) steht.

5. Gehäuseaufbau auch nach Anspruch 3, bei dem das weitere plattenförmige Schichtstruktur-Element (31) eine Dicke aufweist und zumindest ein axiales Kanalsegment (31k, 31k') vorgesehen ist, das gegenüber der jeweiligen Niere (41k, 41k') radial versetzt ist und eine Länge besitzt, die kleiner ist als die Dicke des weiteren plattenförmigen Elementes (31).

6. Gehäuseaufbau nach Anspruch 1, bei dem zwei (weitere) plattenförmige Schichtstruktur-Elemente (31, 20) zwischen der Aufnahmeplatte (30) und dem Anschlußblock (11) angeordnet sind.

7. Gehäuseaufbau nach Anspruch 6, bei dem das zweite weitere plattenförmige Schichtstruktur-Element (20) radial gerichtete Kanalsegmente (20r) aufweist, um den Fluidstrom (F) von der axial durchlaufenden Öffnung zur Aufnahme der Welle (50) (Wellenöffnung) weg nach radial außen zu verlegen.

8. Gehäuseaufbau nach Anspruch 1, bei dem ein zusätzliches plattenförmiges Schichtstruktur-Element (32) zwischen der Aufnahmeplatte (30) und dem Sockelblock (12) angeordnet ist, das axial gerichtete Kanalsegmente oder umfänglich orientierte Kanalsegmente (42k, 42k') oder beides aufweist.

9. Gehäuseaufbau nach Anspruch 8, bei dem die Kanalsegmente als Nieren (42k, 42k') in radialer und umfänglicher Richtung ausgebildet sind, und axial durch das zusätzliche Element (32) durchgehend verlaufen.

10. Gehäuseaufbau nach Anspruch 1, bei dem zwischen der Aufnahmeplatte (30) für die Mikropumpe und dem Sockelblock (12) zur Aufnahme der Montage- oder Spannelemente zumindest ein zusätzliches plattenförmiges Schichtstruktur-Element (40, 32) angeordnet ist und zwischen der Aufnahmeplatte (30) und dem Anschlußblock (11) zur Anbringung von Einlaß- und Auslaßanschlüssen zumindest zwei plattenförmige Schichtstruktur-Elemente (20, 31) angeordnet sind, welche Elemente durch die Montage oder Spannelemente (13) in axialer Richtung zusammenspannbar und gegeneinander fixierbar sind.

11. Gehäuseaufbau nach Anspruch 1, bei dem der Gehäuseaufbau eine äußere umfänglich orientierte Oberfläche besitzt, die in Axialrichtung ausgerichtet im wesentlichen gleichmäßig verläuft, insbesondere die äußere Oberfläche zylindrisch ausgebildet ist.

12. Gehäuseaufbau nach einem der vorigen Ansprüche, bei dem zumindest zwei plattenförmige Schichtstruktur-Elemente aus derselben Ausgangsplatte hergestellt sind, die über die ganze Oberfläche eine für die Planizität und Oberflächengüte der Schichtstruktur-Elemente (30, 31, 32) nahe der Mikropumpe erforderliche Oberflächenstruktur besitzt.

13. Gehäuseaufbau nach Anspruch 12, bei dem alle plattenförmigen Schichtstruktur-Elemente (30, 31, 32, 40, 20) die gleiche Dicke (axiale Höhe) besitzen.

14. Gehäuseaufbau nach Anspruch 2, bei dem der Zufuhrkanal und der Abfuhrkanal einen über seine Länge zwischen Anschlußblock (11) und Aufnahmeplatte (30) weitgehend konstanten Querschnitt aufweist.

15. Gehäuseaufbau nach Anspruch 1, bei dem die axial durchgehende Öffnung zur Aufnahme der Welle (50) nur in den plattenförmigen Schichtstruktur-Elementen (31, 32) die Welle (50) lagert, die beiderseits direkt auf der Aufnahmeplatte (30) für das Außenrad (A) der Mikropumpe (MP) gelegen sind.

16. Gehäuseaufbau nach Anspruch 5, bei dem das axiale Kanalsegment (31k, 31k') einen Durchmesser aufweist, der größer als die Breite der Niere an der umfänglichen Stelle ist, an der das axiale Kanalsegment auf die Niere (41k, 41k') trifft.

17. Gehäuseaufbau auch nach Anspruch 5, bei der umfänglich zwei Nieren (41k, 41k') gegenüber einer Mittelebene (B-B) des Gehäuseaufbaus spiegelsymmetrisch angeordnet sind, die Breite jeder Niere sich umfänglich stetig verändert und das jeweilige axiale Kanalsegment (31k, 31k') an der umfänglichen Stelle auf die jeweilige Niere trifft, an der der Volumenstrom des im Betrieb gebildeten Fluidstroms am größten ist.

18. Gehäuseaufbau nach Anspruch 17, bei dem das axiale Kanalsegment (31k, 31k') mit einem Fahrstrahl (C, C') zu seiner Mittelachse gegenüber der Mittelebene auf einer oder beiden Seiten um zwischen im wesentlichen 75° bis 85° verdreht angeordnet ist.

19. Gehäuseaufbau zur inneren Aufnahme und Lagerung einer fluidfördernden (F) Mikropumpe, insbesondere einer Mikrozahnringpumpe (MP; A, I), die ein nach innen gezahntes Außenrad (A) und ein damit kämmendes, nach außen gezahntes Innenrad (I) aufweist, das mit einer langgestreckten axialen Welle (50) im drehfesten Eingriff (53) steht, wobei der Gehäuseaufbau

• a) eine axial durchgehende Öffnung zur Aufnahme der Welle (50) der Mikropumpe aufweist, welche Öffnung eine Gehäuseachse (100) definiert;
• b) aus mehreren sich senkrecht zur Gehäuseachse (100) erstreckenden Schichtstruktur-Elementen (20; 30; 31; 32; 40; 11; 12) besteht;
• c) wobei ein den Fluidstrom koppelndes plattenförmiges Schichtstruktur-Element (31; 20) zwischen einem Anschlußblock (11) für eine Anbringung von Einlaß- und Auslaßanschlüssen (60) und einer Aufnahmeplatte (30) zur Aufnahme des Außenrades (A) angeordnet ist, welches Schichtstruktur-Element zumindest ein axial gerichtetes (20a; 31k, 31k'), umfänglich orientiertes (41k, 41k') oder radial gerichtetes Kanalsegment (20r) oder eine Kombination von zwei Segmenten davon (20a, 20r) trägt, zur Durchleitung von Fluid (F) aus den Anschlüssen des Anschlußblocks (11) zur Ausnehmung (30a) der Aufnahmeplatte (30).

20. Gehäuseaufbau nach Anspruch 1 oder Anspruch 19, bei dem eine Kombination aus einem im wesentlichen radial orientierten Kanalsegment und einem axialen Kanalsegment zusammen eine im wesentlichen radial (20a, 20r) orientierte längliche Öffnung bildet, deren axiale Höhe mit der Schichtdicke des plattenförmigen Schichtstruktur- Elementes (20) übereinstimmt.

21. Gehäuseaufbau zur inneren Aufnahme und Lagerung eines fluiddurchsetzendes Mikrosystems (MP; A, I), wie Mikrozahnringpumpe, Mikrofluidsensor oder Mikrozahnringmotor, das ein erstes Funktionselement (A) und ein damit in Eingriff stehendes zweites Funktionselement (I) aufweist, wobei der Gehäuseaufbau

• a) aus mehreren - zumindest zwei sich senkrecht zu einer Gehäuseachse (100) erstreckenden - Schichtstruktur- Elementen (20; 30; 31; 32; 40; 11; 12) besteht, von denen
  • a) eines als Aufnahmeplatte (30) mit einer axial gerichteten Ausnehmung (30a) ausgebildet ist, zur Aufnahme des ersten und zweiten Funktionselementes (A) des fluidischen Mikrosystems;
  • b) eines als Anschlußblock (11) für eine Anbringung von Einlaß- und Auslaßanschlüssen (60) ausgebildet ist, zur Zuführung und Abführung von Fluid (F) zum und vom Mikrosystem;
• b) wobei ein weiteres plattenförmiges Schichtstruktur- Element (31; 20) zwischen dem Anschlußblock (11) und der Aufnahmeplatte (30) angeordnet ist, das ein axial gerichtetes Kanalsegment (20a; 31k, 31k'), ein umfänglich orientiertes Kanalsegment (41k, 41k') oder ein radial gerichtetes Kanalsegment (20r) oder eine Kombination von zumindest zwei solcher Kanalsegmente (20a, 20r) trägt, zur Durchleitung des Fluids (F) aus den Anschlüssen des Anschlußblocks (11) zum Mikrosystem in der Ausnehmung (30a) der Aufnahmeplatte (30) und zurück.

22. Gehäuseaufbau zur inneren Aufnahme und Lagerung eines mit Fluid (F) durchsetzten Mikrosystems (MP; A, I), wie Mikrozahnringpumpe, Mikrofluidsensor oder Mikrozahnringmotor, das ein erstes Funktionselement (A) und ein damit in Eingriff stehendes zweites Funktionselement (I) aufweist, wobei der Gehäuseaufbau aus mehreren sich senkrecht zu einer Gehäuseachse (100) erstreckenden Schichtstruktur-Elementen (20; 30; 31; 32; 40; 11; 12) besteht, gekennzeichnet durch ein plattenförmiges Schichtstruktur-Element (31; 20) zwischen einem Anschlußblock (11) und einer Aufnahmeplatte (30) für das Mikrosystem (MP; A, I), welches Element ein axial gerichtetes Kanalsegment (20a; 31k, 31k'), ein umfänglich orientiertes Kanalsegment (41k, 41k') oder ein radial gerichtetes Kanalsegment (20r) oder eine Kombination von zumindest zwei solcher Kanalsegmente (20a, 20r) trägt, zur lenkenden Durchleitung des Fluids (F) aus Anschlüssen des Anschlußblocks (11) zum Mikrosystem (MP; A, I) und zurück.