EP1354135A2 - Miniature precision bearings for minisystems or microsystems and method for assembling such systems - Google Patents

Miniature precision bearings for minisystems or microsystems and method for assembling such systems

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EP1354135A2
EP1354135A2 EP02701261A EP02701261A EP1354135A2 EP 1354135 A2 EP1354135 A2 EP 1354135A2 EP 02701261 A EP02701261 A EP 02701261A EP 02701261 A EP02701261 A EP 02701261A EP 1354135 A2 EP1354135 A2 EP 1354135A2
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EP
European Patent Office
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bearing
stator
sleeve
rotor
microsystem
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EP02701261A
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Gerald Voegele
Thomas Weisener
Helmut Christmann
Armin Reichardt
Harald Helget
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HNP Mikrosysteme GmbH
Original Assignee
HNP Mikrosysteme GmbH
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    • B25B27/00Hand tools, specially adapted for fitting together or separating parts or objects whether or not involving some deformation, not otherwise provided for
    • B25B27/02Hand tools, specially adapted for fitting together or separating parts or objects whether or not involving some deformation, not otherwise provided for for connecting objects by press fit or detaching same
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    • F04C13/00Adaptations of machines or pumps for special use, e.g. for extremely high pressures
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    • Y10T29/49647Plain bearing
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    • Y10T29/49696Mounting

Definitions

  • the invention relates to a method for producing, adapting or adjusting a bearing point in a mini to microsystem, such a microsystem being described in WO 97/12147 (Fraunhofer-Gesellschaft) as, for example, a micropump or micromotor in order to convey a fluid or to be powered by a fluid.
  • the object of the invention is accordingly to propose a cost-effective solution to provide a microsystem of the type shown, for example, in FIG. 1 with bearings which have the required highest accuracy as well as long-term durability, in particular when operated with non-lubricating fluids.
  • a mechanically precise overall system consisting of simple precise bodies (sleeves) and an "inaccurately” manufactured housing (stator) is inexpensively constructed by connection technology (soldering, gluing, pressing), in particular in connection with two axially spaced bearings or bearing points and in an order of magnitude of the "rotors" to be stored in one
  • Diameter range under 15 mm whereby larger versions should not be excluded, but the smaller diameters are given increased attention.
  • Microsystems in which process variant the microsystem is described negatively in the sense that spaces and storage locations are created in which this microsystem can then be used positively. If the microsystem itself is affected, the finished state is described in which the manufacturing process can only be recognized indirectly, as can be seen from the following explanation in support of the claims.
  • a hard bearing material are compared with those of a "soft" stator material.
  • the terms are to be understood so that the hard bearing material is, for example, ceramic or hard metal, in order to ensure long-term durability and long-term accuracy of the at least one bearing point.
  • the softer stator materials that are easier to machine are meant, which are cheaper to obtain and can be machined more easily in terms of production technology. They take up the essentially small bearing components that provide the accuracy and abrasion resistance to solve the task (claim 20).
  • the stator has at least one section made of material that is easier to machine and that receives at least one bearing body made of the hard material.
  • the rotor is mounted in the bearing body, preferably a sleeve, either as a shaft or as an outer rotor or inner rotor.
  • This gap can be in the range between 20 ⁇ h ⁇ and 70 ⁇ h ⁇ , in particular below 100 ⁇ m.
  • a third variant lies in the combination of the two methods described above if two axially spaced bearings are provided. Then a curing of a filler material between the second bearing component and the stator can be used for pressing in during a mechanical pressing process with a mechanical, direct, fixed connection for holding the first bearing component. First, the first bearing is mechanically pressed in to push the soft material.
  • the second bearing is first loosely inserted into the stator, supported by the mechanically already fixed bearing, the center of which is axially spaced.
  • a subsequent position positioning of the second bearing with respect to the first bearing and thus also the absolute positioning of the second bearing with respect to the stator follows, and a hardening filler material ensures that hardening and fixing takes place between the second bearing and the stator.
  • the adhesive effect forms in a gap which is left between the second bearing and the stator, as described above.
  • the first bearing point which is mechanically positioned by displacing a surface section of the stator material, is preferably that of a shaft, the outer diameter of the sleeve forming the bearing point having a smaller diameter than the sleeve which forms the subsequently defined second bearing point, which is formed by hardening a Filler material is precisely positioned (claim 5, 31 or 32).
  • the displacement or the filling with a hardening material is the area that is to be described as an "incongruity" (cf. claim 27).
  • the mismatch becomes a fit during the manufacturing process. Either the mismatch is achieved by mechanically displacing part of the stator material (claim 24, 26), or the mismatch becomes a mechanically firm connection by creating a hardening intermediate material which, as filler material, achieves the mechanically firm connection.
  • the hardening of the filler material works without displacement, the bearing component being held in position during the hardening in order to allow the mechanically firm connection to become a positionally precise connection.
  • the at least one bearing body which was a bearing body made of another material separate from the stator before the end of production, is machined by mechanical finishing of the inner surface, for example grinding, honing or lapping (claim 6), so that a suitable bearing surface for the shaft or the outer rotor is created.
  • Particularly rotationally symmetrical bearing bodies are suitable for grinding operations, such as centerless grinding, and can be manufactured comparatively inexpensively with the necessary precision. Grinding also enables hard materials to be processed without restriction, which means that the choice of materials is not restricted.
  • the mechanical connection to the stator is carried out, the introduction of the bearing sleeves and their mutual alignment, in particular by Gluing or pressing in, is done with a separate device that defines the position and orientation of one, preferably two eccentric bearing points (claims 21, 22 and 23) and achieves the necessary tolerances with comparatively little effort.
  • the sleeves Before the solder or the adhesive substance has hardened, the sleeves can be adjusted relative to one another so that they first move and align in the gap filled with adhesive.
  • the position is stabilized with the holding device and secured during the progressive hardening of the solder or the adhesive.
  • the manufacturing process advantageously limits the variety of parts in a modular system with different rotor sizes of the gerotor pump, since the same bearing bodies can be used with different gears - defined by an eccentricity and the gearing parameters.
  • Tolerance of the position of the negative form in the housing generally does not correspond to the specified position of the corresponding bearing body, the material is displaced during the pressing-in process. In most cases, this process takes place asymmetrically and is made possible by the roughness or a defined low proportion of the surface of the negative mold.
  • the roughness of the surface to be produced is set in such a way that tips of the surface which carry the bearing body to be pressed in can be displaced relatively easily.
  • the surface is also made possible by a defined axial or radial structure (comparable to a wooden dowel).
  • the radial offset to be compensated for can be approximately 10 ⁇ m to 20 ⁇ m between the bearing body and the section of the stator that receives it.
  • the principle of the bearing can also be transferred to other mechanical systems with defined bearings, such as external gear pumps, etc., so that the invention does not necessarily only affect eccentric axes with two bearing points.
  • the rough specification of the position of the bearing body is inexpensive through metal-cutting processes (turning, milling or similar) or original (e.g. through injection molding), reshaping or specified in other manufacturing processes.
  • the recesses (the negative forms) have only limited exact dimensions, so they can have larger tolerances than directly inserted bearing points. Parts of manufacturing costs are already saved here in order to subsequently achieve the precise and precise position of the bearing bodies relative to one another with the aid of the assembly device, which places the hard bearing bodies in the comparatively soft stator with high precision and fixes them in relation to one another with micrometer accuracy in position and orientation.
  • a separately essential assembly device which is also described below, has a decisive influence in all assembly operations. With its micrometer-exact geometry, it defines the eccentric position of the two sleeve axes with respect to one another and stabilizes this position during the assembly process, either when pressing in, or during the holding time when the joining material hardens.
  • the execution of the storage corresponds to a so-called flying (one-sided) storage (claim 9).
  • the one-sided bearing point is closer to the drive than the part of the bearing used by the microsystem. With the one-sided bearing, the number of bearings requiring accuracy is reduced. Thus, by using a bearing sleeve that receives the rotor (outer rotor, inner rotor or shaft), the radial bearing of the rotating one
  • the bearing body serves to form the shaft bearing as an axial support for the outer rotor of the microsystem (claims 15 to 18).
  • the inner diameter of the bearing body for the shaft is smaller than the inner diameter of the bearing body for the outer rotor of the
  • the eccentric sleeves lie against one another along their entire circumference (on at least one inner surface) and are in particular attached to an axial end section, that is to say to an end face of the stator.
  • a coupling device is provided, which creates a connection to a motor device in the sense of a drive. If there is talk of a radially offset bearing and of an axially offset bearing, reference can be made to the respective centers.
  • the axes are offset from one another, which is what the parameter dr stands for.
  • An axial offset corresponds to a distance between the centers of the bearing points, the distance being denoted by dL.
  • the two bearing points themselves have a finite axial length, and they are closely adjacent, in particular immediately adjacent to one another (claim 15).
  • the dimension of the bearing points which is only limited in space, also allows the use of highly specialized and expensive materials for the bearing points, without making the entire system unnecessarily expensive.
  • a further adjustment possibility is provided in the axial direction if a finished first support point can already be assumed as the first bearing point (claims 31 to 33, claim 5).
  • the height (measured in the axial direction) of the bearing point for receiving the rotor, that is to say the second bearing point, can be set precisely in relation to the stator in terms of production technology so that a defined end play can be achieved.
  • the front play refers to the rotor used later, which is rotatably supported in the second bearing. With the forehead play, friction and fluid bearing can be specified.
  • the inner opening of the stator, into which the at least one bearing point, preferably two axially spaced bearing points, is inserted, has two sections (claim 12), each of which forms an inwardly facing surface.
  • These surfaces are the sections of the surface that are not yet suitable for storage, to which the bearing points are attached by adhesive, pressing or a combination of these joining techniques using the bearing sleeves that are more precise in terms of production technology.
  • These two surface sections of the raw bearing are already aligned eccentrically to one another in order to form a respective axis which have an axial spacing in the radial direction of "dr".
  • the inner receptacle thus has two functional sections, for accommodating two functionally different bearing points with a respective bearing body.
  • a compensating function by pressing or gluing then acts in a very small dimension range, an eccentricity being dependent on the toothing, for example 180 ⁇ m, in which example an adhesive gap has a size of at most 70 ⁇ m and a pressing then has an excess of about 10 ⁇ m.
  • Figure 1 illustrates the complete in original size with a scale of 1: 1
  • Microsystem 1 consisting of a fluid connection F, the actual fluid-permeated microcomponent M, e.g. as a pump with motor drive A, or as a fluid motor M with drive object A.
  • FIG. 1 a illustrates, in high magnification, an exploded view of FIG. 1 with all the components to be described in more detail below, the micro component M consisting of an inner rotor 3 and an outer rotor 2, which inner rotor is mounted on a shaft 40.
  • This microcomponent is explained in more detail in the WO document described at the outset and is therefore to be referred to below as a gerotor system or as an internally toothed toothed ring system with intermeshing teeth during the rotational movement.
  • Figure 2 is a sectional view along the major axis of Figure 1a and illustrates the assembly of the toothed ring system with all
  • FIG. 3 illustrates a section along the central axis of the system designated in the previous figures, only the stator 30 being shown schematically as a housing, to illustrate the sleeves 10, 11 used here as bearing points.
  • FIG. 3a illustrates the surfaces 30i and 10a of the bearing sleeve 10 and the stator 30 before and after the sleeve has been inserted.
  • FIG. 4 illustrates a support and positioning system 50 for the insertion of the sleeves 10, 11 from FIG. 3.
  • FIG. 5 shows a perspective view of FIG. 3 with the stator and at a distance therefrom, that is to say the first sleeve part 10 and the second sleeve part 11 before insertion Receiving the shaft 40 in the space W and the outer rotor of the microsystem in the rotor space R. Both parts are inserted in the direction s in the interior 31 of the stator provided for this purpose.
  • FIG. 6 illustrates an alternative adjustment and fastening of the sleeves 10, 11 from FIG. 5 compared to FIG. 3a.
  • FIG. 7 illustrates a top view in the axial direction of FIG. 3, still without the rotor and the shaft 40 inserted, to illustrate the axial bearing and support surface 10b.
  • the microsystem of Figure 1 in an original size shows the requirements for miniaturization as well as the need to manufacture bearings provided in this system with high precision and to ensure their durability and abrasion resistance.
  • FIGS. 1a and 2 are to be described together in order to obtain an insight into the microsystem illustrated in FIG. 1.
  • the largest section is occupied by a drive system A, which is coupled to the microcomponent via a flange area.
  • a shaft of the engine is over a
  • Coupling 23 is coupled to the shaft 40 of the microcomponent in a rotationally rigid or rotationally fixed manner.
  • the interior 32 provided for this purpose is delimited by a sleeve 21 which extends axially longer than the length of the coupling 23.
  • a first hat-shaped seal 24 with a collar-like thin flange section is provided, which seal 24 has an opening for the shaft 40 to pass through.
  • the seal is seated in an axial inner space 31, in which a first "warehouses sleeve 10 is placed, which also has an internal opening in which the shaft is suitably mounted for rotation 40th
  • first sleeve 10 there is a second sleeve 11, which is larger in terms of its outer diameter and has a larger inner opening for receiving the rotor or rotors 2, 3 of the microsystem M, one of which is placed on the shaft 40 in a rotationally fixed manner via a pin 40a is.
  • both internally toothed rotors also rotate, for which purpose the outer bearing of the outer toothed ring is provided on the second sleeve 11.
  • the second sleeve 11 has an axially significantly shorter extension, but a larger radial inner recess, while the first sleeve 10 has a small bore suitable for the shaft, but on an axially greater length.
  • microcomponent described is generally designated M, but consists of the two internally toothed rotors 2 and 3 shown in FIG. 1a.
  • stator 30 which can be viewed as a portion of the housing. It has an elongated flange portion 30b which extends over the Spacer sleeve 21 extends on the outside and engages at the edge on the drive A for fixing, and a section 30a located further up, in which the microsystem M and the shaft 40 are mounted.
  • the stator 30 is screwed directly to the motor.
  • small electric motors have a uniform thread or connection holes, via which motor gears are usually attached.
  • the inner opening of the second sleeve 11 for receiving the microsystem M is arranged in the stator on its end face.
  • the sleeve can be mounted flush with the end face of the stator 30.
  • a small overhang can preferably also be provided in order to achieve a better sealing effect on the rotors if the overlying section 29 29 ', which contains the fluid guide to the connections F, with a stronger pressure via a screw flange 28 to the stator 30 with intermediate Sealing ring 25 and a kidney plate 25a is pressed.
  • a left-hand thread which is arranged on the outside, is preferably provided between the screw flange 28 and the stator 30.
  • the screw connection is made with a special claw wrench that engages in a side hole.
  • the section 29 29 ' contains the fluidic control contours (inlet opening and outlet opening) and is aligned precisely (radially and circumferentially) with its lower section 29' via a cylindrical pin 22 for engagement in a fitting opening 22a in the stator 30 and possibly a collar on the stator 30 ,
  • a compensating ring 27 is provided in an annular manner between the tensioning arrangement 28 and the fluid guide section 29.
  • This compensating ring 27 is made of a soft material, for example aluminum, copper or plastic and ensures that the section 29 'lies flush and flush against the stator, which is also provided with an O-shaped seal 25 or an additional disk 25a with fluid-conducting kidneys, in particular also on the outward-facing end faces of the rotors, in order to achieve a better sealing effect here. Due to the higher surface pressure (the richer fit) of the fluid guide section 29 'against the second sleeve 11, the better sealing effect is achieved, which is favored by the soft compensating ring 27.
  • Fluid guide section F with those also to be viewed as a stator
  • stator 30 in section 30a for receiving the Microsystem with subsequent coupling area 23 of shaft 40 in section 30b.
  • the drive area A connects to this area.
  • stator 30 is constructed in such a way that the bearing is placed flush on the end face pointing away from the drive A, so that a placement of the fluid guide section 29, 29 'directly adjoins the fluidic microcomponent and with an intended fluid guide structure made of kidneys and Drilling a passage and the functional operation of the micro component M ensures.
  • FIG. 1 The overview given above is intended to increase the ability to understand how a microsystem according to FIG. 1 is constructed. Details are explained below, which describe in particular the attachment and installation of the first and second sleeves 10, 11 from FIG. 2, for which reference is made to FIG. 3.
  • FIG. 3 is a section through the axis of the system from FIG. 2, two axes 100 and 101 being offset relative to one another.
  • the axis offset is labeled dr.
  • the axis 100 is that axis of the first sleeve 10 which has a length L10.
  • the sleeve is made of a hard material, for example hard metal or ceramic. It is initially not inserted into the stator 30, which has an elongated opening 31 for its reception, the lower section of which has an inner surface 30i. This inner surface can be seen schematically in FIG. 3a (in the lower field). It has a high degree of roughness, which can arise in a cutting process. It does not have to be particularly precise and can even be made larger, as can be seen from FIG.
  • Stator 30 is provided as part of the opening 31, for receiving the second sleeve 1, which can also be made of a hard material such as ceramic or hard metal. It is also not used at first.
  • the use of hard materials compared to the "soft" materials of the stator 30 secures the bearing sleeves against abrasion. They are spatially of a small extent, so that expensive materials can also be used.
  • the Bearing sleeves are primarily designed as hollow cylinders and have a respective interior to accommodate the respective "rotor".
  • the first sleeve 10 has an inner space with an inner surface 10i, for receiving the shaft 40.
  • the inner space is designated W and has a longitudinal extension corresponding to the sleeve length L10.
  • the axially adjoining second sleeve 11 is provided for receiving and mounting the outer rotor 2.
  • it has a rotor holder R, whose diameter d11 i is larger than that diameter d1 Oi of the shaft space W.
  • the inner surface 11 ⁇ is designed in such a way that the rotor can be supported.
  • the inner surface 10i of the first sleeve part 10 is also designed so that the shaft 40 can be supported.
  • Both surfaces are highly precise and designed for their respective storage functions by grinding, eroding, honing or lapping.
  • the two sleeves 10, 11 are spatially aligned with one another by placeholders 53, 52, which ensures the high precision.
  • Both placeholders 52, 53 are spatially fixed relative to a support plate 51.
  • the placeholder 52 for the outer rotor receives the second sleeve 11, the placeholder filling the rotor geometry of the rotor space R.
  • the second placeholder 53 for the shaft 40 is axially longer. It takes over the filling of the shaft space W and places the first sleeve 10 spatially geometrically so that the two spaced axes 100, 101 are obtained for the eccentric mounting of the microsystem M consisting of two rotors.
  • a not shown pin on the support plate 51 allows their absolute
  • the insertion device 50 After the sleeves 10, 11 are placed on the insertion device 50 and their two placeholders 52, 53 which are radially offset by "dr", the insertion device with a mechanical arrangement (which is not shown) becomes geometrically and massively precise, even highly precise the intended opening 31 of the stator 30 axially inserted.
  • the resulting thrust path s or the thrust direction s is shown in FIGS. 5 and 3a. Due to the dimensioning and the The surface structure of the two sleeves 10, 11 and the inner surfaces 30i 'and 30i of the stator is subject to a change in at least the inner surfaces of the stator 30, which can be seen from FIG. 3a before the insertion and after the insertion of the sleeve part 10.
  • the rough surface of the inner surfaces which are not manufactured with high precision, is leveled or even removed or displaced, the soft material on the surface being changed, but at the same time applying mechanical forces, for the spatial geometric fixation of the pressed-in sleeves 10, 11, which serve as bearing pieces.
  • the inner surfaces 11i, 10i of the two sleeves are highly precise, and then geometrically precisely defined by insertion in order to fulfill their storage function.
  • the outer surfaces 10a and 11a of the two sleeves mechanically connect to the inner surfaces 30i 'and 30i of the stator when the insertion device 50 is inserted axially by pressure.
  • An alternative setting can be made by a hardening substance 12 if the inner surfaces 30P and / or 30i are designed somewhat larger in their spatial geometry than the outer surfaces 11a and / or 10a of the sleeves 10 and / or 11, as illustrated in FIG. 6 .
  • the insertion device then takes over the assignment of the eccentrically offset axes 100, 101 of the two sleeves and places them in the interior 31 with the two eccentric sections 30i, 30i 'of the stator 30 until an introduced hardening substance 12 fills the gap 13 in a fixed manner and the sleeves mechanically determined.
  • a solder or an adhesive can be used as the hardening substance; the first hardens by a drop in temperature, the second by a chemical reaction.
  • the insertion device has the task of taking over the mechanical assignment during the axial pressing.
  • a curable substance in gap 13 also as an irregular space
  • the second sleeve 11 is axially shorter and has an axial length L11.
  • the total stator length is L.
  • the sum of the two sleeve lengths L11 and L10 is still shorter than the stator length.
  • the distance between the centers of the two sleeves is dL, which represents an axial offset, but the end faces of the two sleeves 10, 11 lie against one another. This arrangement of the two end faces will be explained using FIG. 7.
  • FIG. 7 illustrates a top view in the axial direction 100, 101 from above (seen from FIG. 3 or FIG. 6), the interior spaces R and W being still open for the outer rotor and shaft, that is to say no shaft 40 and no rotor 2 or 3 of the microsystem M has yet been used is.
  • An end bearing surface 10b can be seen, which is also shown in FIG. 3 and in FIG. 6. It has a width b which is not constant over the circumference, which is caused by the offset dr or ⁇ r of the two axes 100, 101, and also by the choice of the two diameters of the sleeves, here the outer diameter d10a of the longer sleeve 10 and the inner diameter d11i of the shorter ones Sleeve 11.
  • the diameters or the associated radii as the respective half diameters, as well as the radial offset (eccentricity) are selected such that one of the hard bearing components 10, 11 forms an annular axial support surface 10c lying outside the surface 10b, which is also entirely circumferential is continuous and change on the "as hard Lagerb 'aute ⁇ 11 rests.
  • the outer diameter d10a of the sleeve 10 is so much larger than the inner diameter d11 i of the sleeve 11 that the soft material of the stator 30 as part of the support surface 10b for the rotor 2 from FIG and possibly also the inner rotor 3 from FIG. 1a - viewed in the axial direction - comes to the fore or comes to bear.
  • the rotor or the rotors - inserted into the rotor space R - are then axially securely supported, geometrically precise and there is a good seal on the surface 10b, while the ring section 10c, which supports the sleeves 10 and 11 to one another and aligns them orthogonally, is no longer visible from the outside.
  • the inner surfaces 11i and 10i form bearing surfaces for the shaft 40 and the outer rotor of the fluid microcomponent M to serve as a plain bearing.
  • the ring surfaces 10c and 10b together form the axially facing end face of the entire bearing component 10 which is provided for the shaft.
  • the inner section 10b serves to support and align the microsystem and the outer section 10c lying around it, which lies on the same plane, serves to align and support the second bearing component 11.
  • the top view in FIG. 7 also illustrates the gap 13 from FIG. 6, which is already filled here with an adhesive or a solder 12 around the inserted one Set sleeve 11 relative to the softer material of the stator 30.
  • the sleeve 11 has been aligned with the outer ring surface 10c of the lower sleeve 10 so that its axis 101 is also aligned exactly parallel to the axis 100.
  • the exact alignment results from a high-precision production of the end faces, which run exactly perpendicular to the axes and can thus indirectly influence the positioning and positional accuracy.
  • the sleeve 10 was manufactured with an outer diameter of 5 mm and had an inner diameter of 1.2 mm.
  • the outer rotor 2 had an outer dimension of 3.8 mm and is thus - also taking into account the selected eccentricity of the two axes 100, 101 within the outer dimension of 5.0 mm of the sleeve 10 supporting it axially to provide a pivot bearing.
  • the inner dimension d11i is also from this dimension to see the second sleeve 11, corresponding to the outer dimension of the rotor, in order to support it radially with an annular bearing. Both perpendicular bearings, the
  • the gap 13 shown in FIG. 7 in an oversize for clarification results from the difference between the radius of the inner surface 30i 'of the stator 30, see FIG. 3, and the outer dimension of the outer surface 11a of the hard bearing sleeve 11.
  • Its dimension is one Adhesion is preferably between 50 ⁇ m and 70 ⁇ m, which would not be recognizable to scale in the illustration according to FIG. 7 if it had not been shown on a substantially enlarged scale.
  • FIG. 5 shows a perspective view when the two bearing sleeves 10, 11 are inserted, used in the case of assembly and adjustment of the sleeves provided with an adhesive substance.
  • the adhesive substance 12 is introduced into the gap 13, which is between 20 ⁇ m and 70 ⁇ m, based on the respective inner diameter of the stator 30 on the surfaces 30i and 30i '.
  • the interior 31 for receiving the first sleeve 10 is longer than the bearing sleeve 10.
  • the corresponding difference - as can be seen in FIG. 2 - is taken up by the radial shaft seal 24, which is fixed against the motor A by the spacer sleeve 21.
  • the spatial geometrical assignment and absolute placement of the sleeves 10, 11 becomes at least for a period of curing of the adhesive substance or the solder until the mechanical solidification occurs.
  • FIG. 5 also shows the receptacle 22a into which the positioning pin 22 from FIG. 2 engages when the fluid guide section 28, 29, 29 'is put on.
  • a radially offset stepped bore 22b on the inside of the surface 30i 'and 30i of the stator 30 is predetermined. At a distance from the receptacle 22a, it offers the possibility of using the fluid in a small amount after inserting and attaching the bearing sleeves 10, 11 when operating the system M as a sliding bearing lubrication or in the ring flow.
  • the bore 22b has a minimum depth L10 + L11.
  • the stepped bore 22b which can also be seen in FIG. 1a, lies with a section of its drilling depth in the surface area 30i '(cf. FIG.
  • the bearing parts can be produced as sleeves in a rotationally symmetrical manner. They can also have a different geometry in the outer diameter, only their inner diameter and their inner surface must be aligned so that the rotors 40.2 (shafts and outer rotor of the microsystem) can be geometrically accurate and abrasion-resistant.
  • a less rigid mechanical connection can be provided during insertion by pressing in the sleeves 10, 11, determined by the corresponding adaptation of the Diameter geometries of the interior and outside diameter of the sleeves. After the press-in process has been carried out, alignment and then gluing can take place via an additional device, so that both methods can also be used in combination.
  • the combined type of insertion can also take place sequentially.
  • the first receptacle with the inner surface 30i in the first section of the opening 31 of the stator can be connected by a mechanical press-in process in which the sleeve 10 is positioned in the correct position, as shown in FIG. 3a.
  • the arrangement according to FIG. 4 can be used to position the second bearing point (here with the sleeve 11) in section L11, a gap 13 shown in FIG Circumference between the outer surface 11a and the inner surface 30i 'is filled with an adhesive substance 12.
  • the second sleeve can be positioned and glued relative to it and thus also relative to the stator.
  • a pressing process can also take place in the second process, which corresponds to the variant described above, only in chronological succession.
  • the device according to FIG. 4 can be used for all of these variants.
  • the combination of pressing and gluing has proven to be particularly precise.
  • the first sleeve 10 is pressed into the stator 30, the two opening sections 30i, 30P being provided as two eccentrically arranged sections of the total recess 31.
  • the second bearing point 11 is then formed, in which the bearing sleeve, which is manufactured with high precision, is inserted into the housing, whereby it lies flat on the first sleeve, specifically on the end face section 10c.
  • the position of the second sleeve relative to the first sleeve is then defined, for which the device according to FIG. 4 can be used.
  • An adhesive 12 is then allowed to pull into the gap 13 on the outer surface 11a of the second sleeve and cure in order to fix this bearing point, that is to say to firmly connect it to the stator 30.
  • the perpendicularity of the previous mechanical finishing of the sleeve 11 or the sleeve 10 can ensure that two auxiliary bearing points help with the positioning and fixing.
  • An axial support surface 10c and the circumferential inner surface 10i which can also influence the positional accuracy of the second sleeve 11 used indirectly via the device according to FIG.
  • the two sleeves 10 and 11 can also be interchanged in the order of attachment. First, the larger diameter sleeve 11, then - axially supported by the support surface section 10c - the longer sleeve 10 for the shaft 40. The second sleeve 10 is then inserted from the coupling space 32 into the lower receiving section of the recess 31.
  • the mechanically precise positioning in terms of spatially geometrical definition relates to two important dimensions.
  • the amount of the eccentricity vector "dr" as a radial offset.
  • the correct absolute positioning of the two bearing sleeves 10, 11 in the stator 30, that is to say their position in relation to the housing. This position is ensured by a pin which is inserted into the plate 51 of the device 50 from FIG. 4 and which engages in the housing instead of the pin 22a when mounting the bearing sleeves 10, 11.
  • This pin is not shown in FIG. 4, but it reveals itself from the context and the spatial / geometric arrangement of the receptacle 22a from FIG. 2, in which the pin 22 taking over the final assembly is shown. It takes over the extensive definition of the fluid guide section 28, 29, 29 'with respect to the " housing 30 " , which is referred to as the stator.

Abstract

The aim of the invention is to obtain a cost-effective solution for providing a microsystem with bearings, which have sufficiently high precision and long-term stress resistance. The invention proposes a method for manufacturing, adapting or adjusting a bearing portion in a fluidal microcomponent (M) comprising a stator (30) and a rotor (40,2). Said rotor is rotatably supported on the at least one bearing portion (L10,L11) relative to said stator. Said rotor (40,2) is rotatably supported by a sleeve (10, 11) inserted into said stator (30), for forming said bearing portion, the at least one sleeve being inserted in said stator as a bearing sleeve and comprising an inner surface and an outer surface (10i, 10a; 11i, 11a). Before being inserted in said stator, said bearing sleeve (10, 11) is a separate bearing component comprising an inner surface (10i, 11i) as an inner bearing surface, which is mechanically micro-finished before being inserted into said stator (30). The outer surface (10a, 11a) of said bearing component (10, 11) is mechanically permanently connected with said stator (30).

Description

Praezise Kleinstlagerung bei Mini- bis Mikrosystemen und Montageverfahren fuer solche SystemePrecise small storage in mini to microsystems and assembly processes for such systems
Die Erfindung befaßt sich mit einem Verfahren zum Herstellen, Anpassen oder Einstellen einer Lagerstelle in einem Mini- bis Mikrosystem, wobei ein solches Mikrosystem in der WO 97/12147 (Fraunhofer-Gesellschaft) als beispielsweise Mikropumpe oder Mikromotor beschrieben ist, um ein Fluid zu fördern oder von einem Fluid angetrieben zu werden.The invention relates to a method for producing, adapting or adjusting a bearing point in a mini to microsystem, such a microsystem being described in WO 97/12147 (Fraunhofer-Gesellschaft) as, for example, a micropump or micromotor in order to convey a fluid or to be powered by a fluid.
Aufgrund der geringen Nennmaße für die Mikrosysteme, wozu beispielsweise auf die maßstabgetreue Zeichnung der Figur 1 verwiesen sind, besteht eine erhöhte Anforderung an die Lagerung von Außenrädern, Innenrädern oder von Wellen, die gemeinsam als "Rotoren" bezeichnet werden sollen. Besonders beim Durchleiten (Fördern oder Antreiben) von nicht schmierenden Medien besteht die Notwendigkeit, sehr harte und gleichzeitig korrosionsbeständige Werkstoffe zu verwenden, z.B. Keramik oder Hartmetall. Der Einsatz dieser Werkstoffe ist bei allen tribologisch beanspruchten Fü ktiöήsbiüteileh des Mikrosystems sinnvoll, um den Einsatz von weichen oder korrosiven Werkstoffen mit einem stetigen oder stärkeren Verschleiß zu vermeiden. Gerade bei den kleinen und kleinsten Abmessungen im Millimeterbereich (Mini- bis Mikrosystem) führt Verschleiß im Lagerbereich schnell zum Versagen des gesamten Systems.Due to the small nominal dimensions for the microsystems, for which reference is made, for example, to the true-to-scale drawing of FIG. 1, there is an increased requirement for the mounting of outer wheels, inner wheels or of shafts, which are to be referred to collectively as “rotors”. Especially when passing (conveying or driving) non-lubricating media, there is a need to use very hard and at the same time corrosion-resistant materials, e.g. Ceramic or hard metal. The use of these materials makes sense for all tribologically stressed parts of the microsystem in order to avoid the use of soft or corrosive materials with constant or severe wear. Especially with the small and smallest dimensions in the millimeter range (mini to microsystem), wear in the storage area quickly leads to failure of the entire system.
Hinzu tritt die fertigungstechnische Seite, die bei derartig geringen Nennmaßen Schwierigkeiten mit sich bringt, die hochgenau erforderlichen Maße dauerhaft einzuhalten. Diese Maßgenauigkeiten liegen im Mikrometerbereich, wobei geforderte Genauigkeiten im Bereich von 1 bis 2 μm liegen. Gerade bei der Verwendung von exzentrisch arbeitenden Mikrosystemen, bestehend aus zwei miteinander kämmenden Rotoren, sog. innenverzahnte Mikropumpen nach dem Gerotor-Prinzip erfordern die hochgenaue Einhaltung des Exzentrizität, die durch zwei exzentrisch angeordnete Lagerstellen erreicht wird. Die so einen Radialversatz aufweisenden Lager haben dazuhin einen axialen Versatz, liegen aber axial dicht beieinander. Die Achsen der beiden Hülsen sind prinzipbedingt, also zueinander exzentrisch versetzt. Diese Exzentrizität erfordert eine Genauigkeit im Mikrometerbereich, was bei Verwendung spangebender Fertigungsverfahren mit üblichem Gehäuseaufbau aufwendig bis fertigungstechnisch unmöglich ist. Aufgabe der Erfindung ist demgemäß eine kostengünstige Lösung vorzuschlagen, um ein Mikrosystem der bspw. in Figur 1 abgebildeten Art mit Lagern zu versehen, welche die geforderte höchste Genauigkeit ebenso aufweisen, wie eine langfristige Beanspruchbarkeit, insbesondere bei Betrieb mit nicht schmierenden Fluiden.In addition, there is the manufacturing side, which, with such small nominal dimensions, brings with it difficulties in permanently adhering to the highly precise dimensions required. These dimensional accuracies are in the micrometer range, with the required accuracies in the range of 1 to 2 μm. Especially when using eccentric microsystems consisting of two intermeshing rotors, so-called internally toothed micropumps based on the gerotor principle, the high-precision maintenance of the eccentricity is achieved, which is achieved by two eccentrically arranged bearings. The bearings which have such a radial offset also have an axial offset, but are axially close to one another. The axes of the two sleeves are inherent to the principle, i.e. they are offset eccentrically. This eccentricity requires an accuracy in the micrometre range, which is complicated or technically impossible when using cutting manufacturing processes with conventional housing construction. The object of the invention is accordingly to propose a cost-effective solution to provide a microsystem of the type shown, for example, in FIG. 1 with bearings which have the required highest accuracy as well as long-term durability, in particular when operated with non-lubricating fluids.
Gelöst wird diese fast unmögliche Aufgabe mit einem Mikrosystem nach Anspruch 20 oder einem Herstellverfahren, Anpaßverfahren oder Einstellverfahren nach Anspruch 1 , 35 oder 27, zur Herstellung zumindest einer Lagerstelle des genannten Mikrosystems.This almost impossible task is solved with a microsystem according to claim 20 or a manufacturing method, adjustment method or adjustment method according to claim 1, 35 or 27, for manufacturing at least one bearing point of said microsystem.
Gemäß der Erfindung wird ein mechanisch präzises Gesamtsystem aus einfachen präzisen Körpern (Hülsen) und einem "ungenau" gefertigten Gehäuse (Stator) durch Verbindungstechnik (Löten, Kleben, Einpressen) kostengünstig aufgebaut, insbesondere im Zusammenhang mit zwei axial beabstandeten Lagern bzw. Lagerstellen und in einer Größenordnung der zu lagernden "Rotoren" in einemAccording to the invention, a mechanically precise overall system consisting of simple precise bodies (sleeves) and an "inaccurately" manufactured housing (stator) is inexpensively constructed by connection technology (soldering, gluing, pressing), in particular in connection with two axially spaced bearings or bearing points and in an order of magnitude of the "rotors" to be stored in one
Durchmesserbereich unter 15 mm, wobei größere Ausführungen nicht ausgeschlossen werden sollen, die kleineren Durchmesser aber erhöhte Beachtung finden.Diameter range under 15 mm, whereby larger versions should not be excluded, but the smaller diameters are given increased attention.
Im Rahmen der Erläuterung der Erfindung wird sowohl auf das Mikrosystem Bezug genommen, wie auch auf das Verfahren zur Herstellung der Lagerstelle desIn the context of the explanation of the invention, reference is made both to the microsystem and to the method for producing the bearing of the
Mikrosystems, bei welcher Verfahrensvariante das Mikrosystem in dem Sinne negativ beschrieben wird, daß Räume und Lagerstellen geschaffen werden, in die diese Mikrosystem dann positiv eingesetzt werden kann. Ist das Mikrosystem selbst betroffen, ist der fertige Zustand beschrieben, bei dem das Herstellverfahren nur noch mittelbar erkennbar ist, wie aus der folgenden Erläuterung zur Stützung der Ansprüche erkennbar ist.Microsystems, in which process variant the microsystem is described negatively in the sense that spaces and storage locations are created in which this microsystem can then be used positively. If the microsystem itself is affected, the finished state is described in which the manufacturing process can only be recognized indirectly, as can be seen from the following explanation in support of the claims.
Vorauszuschicken ist für den Anspruch 1, 35 und 27, daß die Begriffe eines harten Lagerwerkstoffs mit demjenigen eines "weichen" Statorwerkstoffs verglichen werden. Die Begriffe sind so zu verstehen, daß der harte Lagerwerkstoff beispielsweise Keramik oder Hartmetall ist, zur Sicherstellung einer langfristigen Beanspruchbarkeit und einer langfristigen Genauigkeit der zumindest einen Lagerstelle. Gegenüber diesen harten Werkstoffen sind die leichter spangebend zu bearbeitenden weicheren Statorwerkstoffe gemeint, die preisgünstiger zu erhalten sind und leichter fertigungstechnisch bearbeitet werden können. Sie nehmen die im wesentlichen kleinen Lagerbauteile auf, die die Genauigkeit und Abriebfestigkeit zur Lösung der Aufgabe bereitstellen (Anspruch 20). Der Stator hat zumindest einen Abschnitt aus spangebend leichter zu bearbeitendem Werkstoff, der zumindest einen Lagerkörper aus dem harten Werkstoff aufnimmt. In dem Lagerkörper, bevorzugt einer Hülse, ist der Rotor entweder als Welle oder als Außenrotor oder Innenrotor gelagert.For claims 1, 35 and 27 it should be noted that the terms of a hard bearing material are compared with those of a "soft" stator material. The terms are to be understood so that the hard bearing material is, for example, ceramic or hard metal, in order to ensure long-term durability and long-term accuracy of the at least one bearing point. Compared to these hard materials, the softer stator materials that are easier to machine are meant, which are cheaper to obtain and can be machined more easily in terms of production technology. They take up the essentially small bearing components that provide the accuracy and abrasion resistance to solve the task (claim 20). The stator has at least one section made of material that is easier to machine and that receives at least one bearing body made of the hard material. The rotor is mounted in the bearing body, preferably a sleeve, either as a shaft or as an outer rotor or inner rotor.
Zwischen dem harten Werkstoff und dem Statorwerkstoff befindet sich ein die mechanisch feste Verbindung begründender Bereich, der auf drei Weisen erhalten werden kann. Wird mit einem mechanischen Preßvorgang ein Teil des Gehäusewerkstoffs im Lagerbereich verdrängt, so führt eine unmittelbare mechanisch feste Verbindung zum Halten des Lagerbauteils in dem Sinne, daß nach dem Einsetzen eine mechanisch fest Verbindung von Lagerbauteil zum Stator besteht und das Lagerbauteil präzise ausgerichtet ist (Anspruch 2). Eine alternative Variante zur Herstellung der mechanisch festen Verbindung besteht in der zeitlich vor sich gehenden Aushärtung eines Füllwerkstoffs, das in einen Spalt eingefügt wird, der zwischen dem Lagerbauteil und dem etwas größeren Innenmaß desBetween the hard material and the stator material there is an area which establishes the mechanically firm connection and which can be obtained in three ways. If part of the housing material is displaced in the bearing area with a mechanical pressing process, a direct mechanically firm connection leads to holding the bearing component in the sense that after insertion there is a mechanically firm connection between the bearing component and the stator and the bearing component is precisely aligned (claim 2 ). An alternative variant for producing the mechanically firm connection consists in the temporally occurring hardening of a filler material which is inserted into a gap which is between the bearing component and the somewhat larger internal dimension of the
Aufnahmeabschnitts des Stators besteht (Anspruch 3). Dieser Spalt kann im Bereich zwischen 20 μhϊ und 70 μhϊ, insbesondere unterhalb 100 μm liegen. Nach dem Aushärten liegt ein Verbund von Werkstoffen vor, der mechanisch stabil, langfristig belastbar und lagegenau hergestellt ist. Zudem ist die Realisierung der so gebildeten zumindest einen Lagerstelle kostengünstig. Eine dritte Variante liegt in der Kombination der beiden zuvor beschriebenen Verfahren, wenn zwei axial beabstandete Lager vorgesehen werden. Dann kann zu einem Einpressen bei einem mechanischen Preßvorgang mit mechanischer unmittelbarer fester Verbindung zum Halten des ersten Lagerbauteils eine Aushärtung eines Füllwerkstoffs zwischen dem zweiten Lagerbauteil und dem Stator hinzugezogen werden. Zunächst wird das erste Lager mechanisch den weichen Werkstoff verdrängend eingepreßt. Anschließend wird das zweite Lager zunächst lose in den Stator eingelegt, gestützt von dem mechanisch bereits festen Lager, dessen Mitte axial beabstandet ist. Eine anschließende Lagepositionierung des zweiten Lagers gegenüber dem ersten Lager und damit auch die absolute Positionierung des zweiten Lagers gegenüber dem Stator folgt und ein aushärtender Füllwerkstoff sorgt nach Einbringen zwischen dem zweiten Lager und dem Stator für das zeitlich vor sich gehende Aushärten und Fixieren. Die Adhäsionswirkung bildet sich dabei in einem Spalt, der zwischen dem zweiten Lager und dem Stator belassen wird, wie zuvor beschrieben. Bevorzugt ist die erste Lagerstelle die mechanisch durch Verdrängung eines Oberflächenabschnitts des Statorwerkstoffs positioniert wird, diejenige einer Welle, wobei der äußere Durchmesser der die Lagerstelle bildenden Hülse einen kleineren Durchmesser aufweist, als diejenige Hülse, welche die anschließend festgelegte zweite Lagerstelle bildet, die durch Aushärten eines Füllwerkstoffes lagegenau festgelegt wird (Anspruch 5, 31 oder 32).Receiving section of the stator (claim 3). This gap can be in the range between 20 μhϊ and 70 μhϊ, in particular below 100 μm. After curing, there is a composite of materials that is mechanically stable, durable in the long term and manufactured precisely. In addition, the realization of the at least one bearing point thus formed is inexpensive. A third variant lies in the combination of the two methods described above if two axially spaced bearings are provided. Then a curing of a filler material between the second bearing component and the stator can be used for pressing in during a mechanical pressing process with a mechanical, direct, fixed connection for holding the first bearing component. First, the first bearing is mechanically pressed in to push the soft material. Then the second bearing is first loosely inserted into the stator, supported by the mechanically already fixed bearing, the center of which is axially spaced. A subsequent position positioning of the second bearing with respect to the first bearing and thus also the absolute positioning of the second bearing with respect to the stator follows, and a hardening filler material ensures that hardening and fixing takes place between the second bearing and the stator. The adhesive effect forms in a gap which is left between the second bearing and the stator, as described above. The first bearing point, which is mechanically positioned by displacing a surface section of the stator material, is preferably that of a shaft, the outer diameter of the sleeve forming the bearing point having a smaller diameter than the sleeve which forms the subsequently defined second bearing point, which is formed by hardening a Filler material is precisely positioned (claim 5, 31 or 32).
Die Verdrängung oder die Auffüllung mit einem aushärtenden Werkstoff ist derjenige Bereich, der als "Unpassung" beschrieben werden soll (vgl. Anspruch 27). Die Unpassung wird beim Herstellvorgang zu einer Passung. Entweder wird die Unpassung durch eine mechanische Verdrängung eines Teils des Statorwerkstoffs erreicht (Anspruch 24,26), oder aber die Unpassung wird zu einer mechanisch festen Verbindung durch Schaffung eines aushärtenden Zwischenwerkstoffs, der als Füllwerkstoff die mechanisch feste Verbindung erreicht.The displacement or the filling with a hardening material is the area that is to be described as an "incongruity" (cf. claim 27). The mismatch becomes a fit during the manufacturing process. Either the mismatch is achieved by mechanically displacing part of the stator material (claim 24, 26), or the mismatch becomes a mechanically firm connection by creating a hardening intermediate material which, as filler material, achieves the mechanically firm connection.
Beim Eindrücken wird der Lagerkörper während des gesamten Preßvorganges h'öcRgenäu geführt, um eine lagegenaue Aufnahme im Stator sicherzustellen (Anspruch 7). Beim mechanischen Führen und bei dem Verdrängungsvorgang wird zumindest die Oberfläche des Statorabschnitts, der den Lagerbauteil aufnimmt, verändert, insbesondere mehr als die Oberfläche oder radiales Stück verdrängt (Anspruch 7, Anspruch 26).When pressing the bearing body during the entire pressing operation h 'öcRgenäu is guided to an accurate recording position in the stator to ensure (claim 7). During mechanical guiding and during the displacement process, at least the surface of the stator section that receives the bearing component is changed, in particular more than the surface or radial piece is displaced (claim 7, claim 26).
Ohne eine Verdrängung arbeitet die Aushärtung des Füllwerkstoffs (Anspruch 25, Anspruch 3 und 4), wobei das Lagerbauteil während der Aushärtung lagegenau gehalten wird, um die mechanisch feste Verbindung zu einer lage-genauen präzisen Verbindung werden zu lassen.The hardening of the filler material works without displacement, the bearing component being held in position during the hardening in order to allow the mechanically firm connection to become a positionally precise connection.
Der zumindest eine Lagerkörper, der vor Abschluß der Fertigung ein vom Stator gesonderter Lagerkörper aus einem anderen Werkstoff war, wird durch eine mechanische Feinbearbeitung der Innenfläche, beispielsweise ein Schleifen, Honen oder Läppen (Anspruch 6) so bearbeitet, daß eine geeignete Lagerfläche für die Welle oder den Außenrotor entsteht. Besonders rotationssymmetrische Lagerkörper sind für Schleifoperationen, wie Spitzenlosschleifen, geeignet und vergleichsweise kostengünstig in der notwendigen Präzision herzustellen. Das Schleifen ermöglicht zudem die Bearbeitung der harten Werkstoffe ohne Einschränkung, wodurch die Werkstoffauswahl nicht eingeschränkt ist. Nach der hochgenauen Herstellung der Lagerflächen wird die mechanische Verbindung mit dem Stator vorgenommen, wobei die Einführung der Lagerhülsen und ihre gegenseitige Ausrichtung, insbesondere durch Verkleben oder Einpressen, mit einer gesonderten Vorrichtung geschieht, welche die Lage und Orientierung der einen, bevorzugt zwei exzentrischen Lagerstellen (Anspruch 21 , 22 und 23) definiert und die notwendigen Toleranzen mit vergleichsweise geringem Aufwand erreicht.The at least one bearing body, which was a bearing body made of another material separate from the stator before the end of production, is machined by mechanical finishing of the inner surface, for example grinding, honing or lapping (claim 6), so that a suitable bearing surface for the shaft or the outer rotor is created. Particularly rotationally symmetrical bearing bodies are suitable for grinding operations, such as centerless grinding, and can be manufactured comparatively inexpensively with the necessary precision. Grinding also enables hard materials to be processed without restriction, which means that the choice of materials is not restricted. After the high-precision production of the bearing surfaces, the mechanical connection to the stator is carried out, the introduction of the bearing sleeves and their mutual alignment, in particular by Gluing or pressing in, is done with a separate device that defines the position and orientation of one, preferably two eccentric bearing points (claims 21, 22 and 23) and achieves the necessary tolerances with comparatively little effort.
Vor einem Aushärten des Lots oder der Klebesubstanz kann die durchgeführte Justage der Hülsen zueinander erfolgen, so daß diese sich zunächst in dem mit Klebestoff gefüllten Spalt schwimmend bewegen und ausrichten.Before the solder or the adhesive substance has hardened, the sleeves can be adjusted relative to one another so that they first move and align in the gap filled with adhesive.
Mit der Haltevorrichtung wird die Lage stabilisiert und während des fortschreitenden Aushärtens des Lots oder des Klebstoffs gesichert.The position is stabilized with the holding device and secured during the progressive hardening of the solder or the adhesive.
Das Herstellverfahren schränkt vorteilhaft die Teilevielfalt bei einem Baukastensystem mit unterschiedlichen Rotorgrößen der Zahnringpumpe ein, da bei unterschiedlichen Verzahnungen - definiert durch eine Exzentrizität und die Verzahnungsparameter - die gleichen Lagerkörper eingesetzt werden können.The manufacturing process advantageously limits the variety of parts in a modular system with different rotor sizes of the gerotor pump, since the same bearing bodies can be used with different gears - defined by an eccentricity and the gearing parameters.
Beim Einpressen wird mit einer leichten Preßpassung gearbeitet, bei der die Fertigungstoleranz eines "nicht ausreichend präzisen", beispielsweise spanend (unter Spanbildung) hergestellten Stators das Übermaß der Passung definiert. Da dieWhen pressing in, a slight interference fit is used, in which the manufacturing tolerance of a "not sufficiently precise" stator, for example machined (with chip formation), defines the excess of the fit. Since the
Toleranz der Lage der Negativform im Gehäuse in der Regel nicht der vorgegebenen Lage der entsprechenden Lagerkörper entspricht, wird beim Einpreßvorgang der Werkstoff verdrängt. Dieser Vorgang erfolgt in den meisten Fällen asymmetrisch und wird durch die Rauheit bzw. einen definiert geringen Traganteil der Oberfläche der Negativform möglich. Die Rauheit der herzustellenden Oberfläche ist so eingestellt, daß Spitzen der Oberfläche, die den einzupressenden Lagerkörper tragen, relativ leicht verdrängt werden können. Alternativ wird die Oberfläche auch durch eine definierte axiale oder radiale Struktur (vergleichbar einem Holzdübel) ermöglicht. Der auszugleichende Radialversatz kann zwischen Lagerkörper und dem ihn aufnehmenden Abschnitt des Stators etwa 10μm bis 20μm betragen.Tolerance of the position of the negative form in the housing generally does not correspond to the specified position of the corresponding bearing body, the material is displaced during the pressing-in process. In most cases, this process takes place asymmetrically and is made possible by the roughness or a defined low proportion of the surface of the negative mold. The roughness of the surface to be produced is set in such a way that tips of the surface which carry the bearing body to be pressed in can be displaced relatively easily. Alternatively, the surface is also made possible by a defined axial or radial structure (comparable to a wooden dowel). The radial offset to be compensated for can be approximately 10 μm to 20 μm between the bearing body and the section of the stator that receives it.
Das Prinzip der Lagerung kann auch auf weitere mechanische Systeme mit definierten Lagerungen, wie Außenzahnrad pumpen etc. übertragen werden, so daß nicht zwingend nur exzentrisch Achsen mit zwei Lagerstellen von der Erfindung betroffen sind.The principle of the bearing can also be transferred to other mechanical systems with defined bearings, such as external gear pumps, etc., so that the invention does not necessarily only affect eccentric axes with two bearing points.
Die grobe Vorgabe der Lage der Lagerkörper wird preisgünstig durch spangebende Verfahren (Drehen, Fräsen oder ähnlichem) oder urformend (z.B. durch Spritzguß), umformend oder in anderen Herstellverfahren vorgegeben. Die Ausnehmungen (die Negativformen) haben dabei nur begrenzt genaue Maße, können also größere Toleranzen aufweisen, als direkt eingebrachte Lagerstellen. Bereits hier werden Anteile von Fertigungskosten eingespart, um anschließend die präzise und genaue Lage der Lagerkörper zueinander mit Hilfe der Montagevorrichtung zu erreichen, die hochgenau die harten Lagerkörper in den vergleichsweise weichen Stator plaziert und gegeneinander in Lage und Ausrichtung mikrometergenau festlegt.The rough specification of the position of the bearing body is inexpensive through metal-cutting processes (turning, milling or similar) or original (e.g. through injection molding), reshaping or specified in other manufacturing processes. The recesses (the negative forms) have only limited exact dimensions, so they can have larger tolerances than directly inserted bearing points. Parts of manufacturing costs are already saved here in order to subsequently achieve the precise and precise position of the bearing bodies relative to one another with the aid of the assembly device, which places the hard bearing bodies in the comparatively soft stator with high precision and fixes them in relation to one another with micrometer accuracy in position and orientation.
Eine gesondert wesentliche Montagevorrichtung, die im weiteren auch beschrieben ist, hat bei allen Montageoperationen maßgebenden Einfluß. Sie definiert durch ihre mikrometerexakte Geometrie die exzentrische Lage der beiden Hülsenachsen zueinander und stabilisiert diese Lage während des Montageprozesses, entweder beim Einpressen, oder aber während der Haltezeit beim Aushärten des Fügewerkstoffs.A separately essential assembly device, which is also described below, has a decisive influence in all assembly operations. With its micrometer-exact geometry, it defines the eccentric position of the two sleeve axes with respect to one another and stabilizes this position during the assembly process, either when pressing in, or during the holding time when the joining material hardens.
Die Ausführung der Lagerung entspricht einer sog. fliegenden (einseitigen) Lagerung (Anspruch 9). Die einseitige Lagerstelle ist dabei näher dem Antrieb, als der angewandte Teil der Lagerung, der vom Mikrosystem eingenommen wird. Mit der einseitigen Lagerung wird die Anzahl der Genauigkeit erfordernden Lagerstellen reduziert. So kann durch die Verwendung einer den Rotor (Außenrotor, Innenrotor oder Welle) aufnehmenden Lagerhülse die radiale Lagerung des rotierendenThe execution of the storage corresponds to a so-called flying (one-sided) storage (claim 9). The one-sided bearing point is closer to the drive than the part of the bearing used by the microsystem. With the one-sided bearing, the number of bearings requiring accuracy is reduced. Thus, by using a bearing sleeve that receives the rotor (outer rotor, inner rotor or shaft), the radial bearing of the rotating one
Funktionselements sichergestellt werden. Werden zwei Lagerungen vorgesehen, die exzentrisch zueinander angeordnet sind, dient der Lagerkörper für die Bildung der Wellenlagerung als axiale Abstützung für den Außenrotor des Mikrosystems (Anspruch 15 bis 18). Dazu ist der Innendurchmesser des Lagerkörpers für die Welle kleiner als der Innendurchmesser des Lagerkörpers für den Außenrotor desFunctional elements are ensured. If two bearings are provided, which are arranged eccentrically to one another, the bearing body serves to form the shaft bearing as an axial support for the outer rotor of the microsystem (claims 15 to 18). For this purpose, the inner diameter of the bearing body for the shaft is smaller than the inner diameter of the bearing body for the outer rotor of the
Mikrosystems. Dadurch, daß auch der Außendurchmesser des Lagerkörpers für die Welle größer als der Innendurchmesser des Lagerkörpers für den Außenrotor ist, entsteht eine axiale Lagerfläche. Der Außenrotor (und auch der Innenrotor) liegen damit auf der axialen Stirnfläche des den kleinsten Innendurchmesser aufweisenden Lagerbauteils an. Es bildet sich zwischen den beiden Lagerbauteilen ein Streifen (Anspruch 17), der in umfänglicher Richtung keine konstante Breite aufgrund der Exzentrizität aufweist (Anspruch 18).Microsystem. Because the outer diameter of the bearing body for the shaft is also larger than the inner diameter of the bearing body for the outer rotor, an axial bearing surface is created. The outer rotor (and also the inner rotor) thus rest on the axial end face of the bearing component having the smallest inner diameter. A strip is formed between the two bearing components (claim 17), which has no constant width in the circumferential direction due to the eccentricity (claim 18).
Die exzentrischen Hülsen liegen entlang ihres gesamte Umfangs (an zumindest einer Innenfläche) aneinander an (Anspruch 16) und sind insbesondere an einem axialen Endabschnitt, also an einer Stirnfläche des Stators angebracht. Am anderen Ende des Stators ist eine Kupplungsvorrichtung vorgesehen, die zu einer Motoreinrichtung im Sinne eines Antriebs eine Verbindung schafft. Wenn von einer radial versetzten Lagerung und von einer axial versetzten Lagerung die Rede ist, kann auf die jeweiligen Mitten Bezug genommen werden. Bei der radialen Versetzung werden die Achsen zueinander versetzt, wozu der Parameter dr steht. Eine axiale Versetzung entspricht einem Abstand der Mitten der Lagerstellen, wobei der Abstand mit dL bezeichnet ist. Die beiden Lagerstellen selbst haben aber eine endliche axiale Länge, und sie sind eng benachbart, insbesondere unmittelbar angrenzend aneinander (Anspruch 15).The eccentric sleeves lie against one another along their entire circumference (on at least one inner surface) and are in particular attached to an axial end section, that is to say to an end face of the stator. At the other end of the stator, a coupling device is provided, which creates a connection to a motor device in the sense of a drive. If there is talk of a radially offset bearing and of an axially offset bearing, reference can be made to the respective centers. In the case of radial displacement, the axes are offset from one another, which is what the parameter dr stands for. An axial offset corresponds to a distance between the centers of the bearing points, the distance being denoted by dL. However, the two bearing points themselves have a finite axial length, and they are closely adjacent, in particular immediately adjacent to one another (claim 15).
Die nur räumlich begrenzte Abmessung der Lagerstellen erlaubt auch die Verwendung hochspezieller und teurer Werkstoffe für die Lagerstellen, ohne das Gesamtsystem unbotmäßig zu verteuern.The dimension of the bearing points, which is only limited in space, also allows the use of highly specialized and expensive materials for the bearing points, without making the entire system unnecessarily expensive.
Bei der mechanischen Feinbearbeitung, bezogen auf das gesonderte Lagerbauteil, das vor dem Einsetzen eine als innere Lagerfläche geeignete Oberfläche aufweist, kann auch eine Rechtwinkligkeit dieser inneren Lagerfläche gegenüber einer Stirnseite des Lagerbauteils beachtet werden. Eine Rechtwinkligkeit ist vorteilhaft für eine zusätzliche Hilfslägeπing im" Sinne einer mechanischen Stützstelle bei der Montage der Lagerstellen (Anspruch 14, 17 sowie 34).In the case of mechanical fine machining, based on the separate bearing component, which has a surface suitable as an inner bearing surface before insertion, a right angle of this inner bearing surface with respect to an end face of the bearing component can also be taken into account. A squareness is advantageous for an additional Hilfslägeπing in the "sense of a mechanical support point during assembly of the bearing points (claim 14, 17, and 34).
Eine weitere Justiermöglichkeit bietet sich in axialer Richtung dann, wenn von einer fertigen ersten Stützstelle als erste Lagerstelle schon ausgegangen werden kann (Anspruch 31 bis 33, Anspruch 5). Die Höhe (in Axialrichtung gemessen) der Lagerstelle für die Aufnahme des Rotors, also der zweiten Lagerstelle, kann dabei fertigungstechnisch exakt gegenüber dem Stator so eingestellt werden, daß ein definiertes Stirnspiel erreicht werden kann. Das Stirnspiel bezieht sich auf den später eingesetzten Rotor, der in der zweiten Lagerstelle drehgelagert wird. Mit dem Stirnspiel kann Reibung und fiuidische Lagerung vorgegeben werden. Die inneren Öffnung des Stators, in welche die zumindest eine Lagerstelle, vorzugsweise zwei axial beabstandeten Lagerstellen eingesetzt werden, weist zwei Abschnitte auf (Anspruch 12), welche jeweils eine nach innen weisende Oberfläche bilden. Diese Oberflächen sind die zur Lagerung noch nicht geeigneten Flächenabschnitte, an denen durch Kleben, Pressen oder eine Kombination dieser Verbindungstechniken die Lagerstellen durch die fertigungstechnisch genaueren Lagerhülsen angebracht werden. Diese beiden Oberflächenabschnitte des Rohlagers sind bereits exzentrisch zueinander ausgerichtet, um eine jeweilige Achse zu bilden, die einen Achsabstand in radialer Richtung von "dr" besitzen. Die innere Aufnahme hat damit zwei funktioneile Abschnitte, zur Aufnahme von zwei funktionell unterschiedlichen Lagerstellen mit jeweiligem Lagerkörper. Eine Ausgleichsfunktion durch Einpressen oder Kleben wirkt dann in einem nur sehr kleinen Maßbereich, wobei eine Exzentrizität verzahnungsabhängig ist, beispielsweise 180 μm, in welchem Beispiel ein Klebespalt eine Größenordnung von maximal 70 μm besitzt und eine Pressung dann etwa 10 μm Übermaß besitzt. A further adjustment possibility is provided in the axial direction if a finished first support point can already be assumed as the first bearing point (claims 31 to 33, claim 5). The height (measured in the axial direction) of the bearing point for receiving the rotor, that is to say the second bearing point, can be set precisely in relation to the stator in terms of production technology so that a defined end play can be achieved. The front play refers to the rotor used later, which is rotatably supported in the second bearing. With the forehead play, friction and fluid bearing can be specified. The inner opening of the stator, into which the at least one bearing point, preferably two axially spaced bearing points, is inserted, has two sections (claim 12), each of which forms an inwardly facing surface. These surfaces are the sections of the surface that are not yet suitable for storage, to which the bearing points are attached by adhesive, pressing or a combination of these joining techniques using the bearing sleeves that are more precise in terms of production technology. These two surface sections of the raw bearing are already aligned eccentrically to one another in order to form a respective axis which have an axial spacing in the radial direction of "dr". The inner receptacle thus has two functional sections, for accommodating two functionally different bearing points with a respective bearing body. A compensating function by pressing or gluing then acts in a very small dimension range, an eccentricity being dependent on the toothing, for example 180 μm, in which example an adhesive gap has a size of at most 70 μm and a pressing then has an excess of about 10 μm.
Ausführungsbeispiele erläutern und ergänzen die beanspruchte Erfindung.Exemplary embodiments explain and supplement the claimed invention.
Figur 1 veranschaulicht in Originalgröße mit einem Maßstab 1 :1 das vollständigeFigure 1 illustrates the complete in original size with a scale of 1: 1
Mikrosystem 1, bestehend aus einen Fluidanschluß F, der eigentlichen fluiddurchsetzten Mikrokomponente M, z.B. als Pumpe mit motorischem Antrieb A, oder als fluidischer Motor M mit Antriebsobjekt A.Microsystem 1, consisting of a fluid connection F, the actual fluid-permeated microcomponent M, e.g. as a pump with motor drive A, or as a fluid motor M with drive object A.
Figur 1a veranschaulicht in starker Vergrößerung eine Explosionsdarstellung der Figur 1 mit allen im folgenden näher zu beschreibenden Komponenten, wobei die Mikrokomponente M aus einem Innenrotor 3 und einem Außenrotor 2 besteht, welcher Innenrotor auf einer Welle 40 aufgesetzt ist. Diese Mikrokomponente ist in der eingangs beschriebenen WO-Schrift näher erläutert und soll daher im folgenden als Gerotor-System bzw. als innenverzahntes Zahnringsystem mit miteinander kämmenden Zähnen bei der Drehbewegung bezeichnet werden.FIG. 1 a illustrates, in high magnification, an exploded view of FIG. 1 with all the components to be described in more detail below, the micro component M consisting of an inner rotor 3 and an outer rotor 2, which inner rotor is mounted on a shaft 40. This microcomponent is explained in more detail in the WO document described at the outset and is therefore to be referred to below as a gerotor system or as an internally toothed toothed ring system with intermeshing teeth during the rotational movement.
Figur 2 ist eine Schnittdarstellung entlang der Hauptachse der Figur 1a und veranschaulicht den Zusammenbau des Zahnringsystems mit allenFigure 2 is a sectional view along the major axis of Figure 1a and illustrates the assembly of the toothed ring system with all
Komponenten.Components.
Figur 3 veranschaulicht einen Schnitt entlang der Mittelachse des in den vorigen Figuren bezeichneten Systems, wobei nur der Stator 30 als Gehäuse schematisch dargestellt ist, zur Veranschaulichung der hier eingesetzten Hülsen 10,11 als Lagerstellen.FIG. 3 illustrates a section along the central axis of the system designated in the previous figures, only the stator 30 being shown schematically as a housing, to illustrate the sleeves 10, 11 used here as bearing points.
Figur 3a veranschaulicht die Oberflächen 30i und 10a von Lagerhülse 10 und Stator 30 vor und nach dem Einsetzen der Hülse.FIG. 3a illustrates the surfaces 30i and 10a of the bearing sleeve 10 and the stator 30 before and after the sleeve has been inserted.
Figur 4 veranschaulicht ein Stütz- und Positioniersystem 50 für die Einbringung der Hülsen 10,11 von Figur 3. Figur 5 veranschaulicht perspektivisch die Figur 3 mit dem Stator und davon noch beabstandet, also vor dem Einsetzen das erste Hülsenteil 10 und das zweite Hülsenteil 11 zur Aufnahme der Welle 40 im Welienraum W und des Außenrotors des Mikrosystems im Rotorraum R. Beide Teile werden in Richtung s in den dafür vorgesehenen Innenraum 31 des Stators eingesetzt.FIG. 4 illustrates a support and positioning system 50 for the insertion of the sleeves 10, 11 from FIG. 3. FIG. 5 shows a perspective view of FIG. 3 with the stator and at a distance therefrom, that is to say the first sleeve part 10 and the second sleeve part 11 before insertion Receiving the shaft 40 in the space W and the outer rotor of the microsystem in the rotor space R. Both parts are inserted in the direction s in the interior 31 of the stator provided for this purpose.
Figur 6 veranschaulicht eine alternative Justage und Befestigung der Hülsen 10,11 von Figur 5, verglichen mit Figur 3a.FIG. 6 illustrates an alternative adjustment and fastening of the sleeves 10, 11 from FIG. 5 compared to FIG. 3a.
Figur 7 veranschaulicht eine Aufsicht in Achsrichtung auf die Figur 3, noch ohne eingesetzten Rotor und ohne eingesetzte Welle 40, zur Veranschaulichung der axialen Lager- und Stützfläche 10b. Das Mikrosystem von Figur 1 in einer Originalgröße zeigt die Anforderungen an die Miniaturisierung sowie die Notwendigkeit, in diesem System vorgesehene Lager mit hochgenauer Präzision zu fertigen und ihre Beständigkeit und Abriebfestigkeit sicherzustellen.FIG. 7 illustrates a top view in the axial direction of FIG. 3, still without the rotor and the shaft 40 inserted, to illustrate the axial bearing and support surface 10b. The microsystem of Figure 1 in an original size shows the requirements for miniaturization as well as the need to manufacture bearings provided in this system with high precision and to ensure their durability and abrasion resistance.
Die Figuren 1a und 2 sollen gemeinsam beschrieben werden, um einen Einblick in das in Figur 1 veranschaulichte Mikrosystem zu erhalten.FIGS. 1a and 2 are to be described together in order to obtain an insight into the microsystem illustrated in FIG. 1.
Den größten Abschnitt nimmt ein Antriebssystem A ein, das über einen Flanschbereich mit der Mikrokomponente gekoppelt ist. Eine Welle des Motors wird über eineThe largest section is occupied by a drive system A, which is coupled to the microcomponent via a flange area. A shaft of the engine is over a
Kupplung 23 an die Welle 40 der Mikrokomponente drehstarr oder drehfest gekoppelt. Der dafür vorgesehene Innenraum 32 wird von einer Hülse 21 begrenzt, die sich axial länger erstreckt, als die Kupplung 23 an Länge aufweist. Im Bereich der Welle 40 ist eine erste hutförmige Dichtung 24 mit kragenförmig abstehendem dünnen Flanschabschnitt vorgesehen, welche Dichtung 24 eine Öffnung zum Durchgriff der Welle 40 aufweist. Die Dichtung sitzt in einem axialen Innenraum 31, in dem auch eine erste" Lägerhülse 10 plaziert ist, die ebenfalls eine Innenöffnung aufweist, in der die Welle 40 für ihre Drehung geeignet gelagert ist.Coupling 23 is coupled to the shaft 40 of the microcomponent in a rotationally rigid or rotationally fixed manner. The interior 32 provided for this purpose is delimited by a sleeve 21 which extends axially longer than the length of the coupling 23. In the area of the shaft 40, a first hat-shaped seal 24 with a collar-like thin flange section is provided, which seal 24 has an opening for the shaft 40 to pass through. The seal is seated in an axial inner space 31, in which a first "warehouses sleeve 10 is placed, which also has an internal opening in which the shaft is suitably mounted for rotation 40th
Oberhalb der ersten Hülse 10 ist eine zweite, vom Außendurchmesser her größere Hülse 11 vorgesehen, die eine größere Innenöffnung aufweist, zur Aufnahme des Rotors oder der Rotoren 2, 3 des Mikrosystems M, von denen einer auf der Welle 40 über einen Stift 40a drehfest plaziert ist.Above the first sleeve 10 there is a second sleeve 11, which is larger in terms of its outer diameter and has a larger inner opening for receiving the rotor or rotors 2, 3 of the microsystem M, one of which is placed on the shaft 40 in a rotationally fixed manner via a pin 40a is.
Bei einer Drehung der Welle drehen beide innenverzahnten Rotoren ebenfalls mit, wofür die äußere Lagerung des äußeren Zahnrings an der zweiten Hülse 11 vorgesehen ist.When the shaft rotates, both internally toothed rotors also rotate, for which purpose the outer bearing of the outer toothed ring is provided on the second sleeve 11.
Die zweite Hülse 11 hat eine axial deutlich kürzere Erstreckung, aber eine größere radiale Innenausnehmung, während die erste Hülse 10 eine für die Welle geeignete kleine Bohrung aufweist, aber auf einer axial größeren Länge.The second sleeve 11 has an axially significantly shorter extension, but a larger radial inner recess, while the first sleeve 10 has a small bore suitable for the shaft, but on an axially greater length.
Die beschriebene Mikrokomponente ist generell mit M bezeichnet, besteht aber aus den beiden in Figur 1a dargestellten innenverzahnten Rotoren 2 und 3.The microcomponent described is generally designated M, but consists of the two internally toothed rotors 2 and 3 shown in FIG. 1a.
Die genannten Hülsen 10, 11, die Dichtung 24 und die Welle 40 werden in einem Stator 30 aufgenommen, der als ein Abschnitt des Gehäuses angesehen werden kann. Er hat einen sich lang erstreckenden Flanschabschnitt 30b, der sich über die Distanzhülse 21 außen erstreckt und randseitig am Antrieb A zur Fixierung eingreift, und einen weiter oben liegenden Abschnitt 30a, in dem die Lagerung des Mikrosytems M und der Welle 40 erfolgt. Der Stator 30 ist mit dem Motor direkt verschraubt. Elektrische Kleinmotoren besitzen hierfür ein einheitliches Gewinde bzw. Anschlußlöcher, über die sonst üblicherweise Motorgetriebe befestigt werden.Said sleeves 10, 11, seal 24 and shaft 40 are received in a stator 30, which can be viewed as a portion of the housing. It has an elongated flange portion 30b which extends over the Spacer sleeve 21 extends on the outside and engages at the edge on the drive A for fixing, and a section 30a located further up, in which the microsystem M and the shaft 40 are mounted. The stator 30 is screwed directly to the motor. For this purpose, small electric motors have a uniform thread or connection holes, via which motor gears are usually attached.
Die Innenöffnung der zweiten Hülse 11 zur Aufnahme des Mikrosystems M ist im Stator an dessen Stirnseite angeordnet. Die Hülse kann bündig zur Stirnseite des Stators 30 montiert werden. Vorzugsweise kann auch ein geringer Überstand vorgesehen werden, um eine bessere Dichtwirkung an den Rotoren zu erzielen, wenn der darüberliegende Abschnitt 29 29', der die Fluidführung zu den Anschlüssen F enthält, mit einem stärkeren Druck über einen Schraubflansch 28 an den Stator 30 mit zwischenliegendem Dichtungsring 25 und einer Nierenplatte 25a angedrückt wird. Hierzu ist zwischen dem Schraubflansch 28 und dem Stator 30 vorzugsweise ein Linksgewinde vorgesehen, das außenseitig angeordnet ist. Die Verschraubung wird mit einem speziellen Klauenschlüssel vorgenommen, der in eine seitliche Bohrung eingreift. Hierdurc käήή ein unbefugtes Öffnen verhindert werden. Der Abschnitt 29 29' enthält die fluidischen Ansteuerungskonturen (Einlaßöffnung und Außlassöffnung) und wird mit seinem unteren Abschnitt 29' über einen Zylinderstift 22 zum Eingriff in eine Passöffnung 22a im Stator 30 sowie ggf. einen Bund am Stator 30 exakt (radial und umfänglich) ausgerichtet.The inner opening of the second sleeve 11 for receiving the microsystem M is arranged in the stator on its end face. The sleeve can be mounted flush with the end face of the stator 30. A small overhang can preferably also be provided in order to achieve a better sealing effect on the rotors if the overlying section 29 29 ', which contains the fluid guide to the connections F, with a stronger pressure via a screw flange 28 to the stator 30 with intermediate Sealing ring 25 and a kidney plate 25a is pressed. For this purpose, a left-hand thread, which is arranged on the outside, is preferably provided between the screw flange 28 and the stator 30. The screw connection is made with a special claw wrench that engages in a side hole. This could prevent unauthorized opening. The section 29 29 'contains the fluidic control contours (inlet opening and outlet opening) and is aligned precisely (radially and circumferentially) with its lower section 29' via a cylindrical pin 22 for engagement in a fitting opening 22a in the stator 30 and possibly a collar on the stator 30 ,
Die beschriebene bündige Anlage des unteren Abschnitts 29' des Fluidführungsabschnitts 29, 29' mit seiner zum Antrieb ausgerichteten Oberfläche an den Rotoren des Fluidsystems M wird verbessert, wenn ein Ausgleichsring 27 zwischen der Spannanordnung 28 und dem Fluidführungsabschnitt 29 ringförmig vorgesehen ist. Dieser Ausgleichsring 27 ist aus einem weichen Material, beispielsweise Aluminium, Kupfer oder Kunststoff und sorgt dafür, daß der Abschnitt 29' planparallel und bündig an dem ebenfalls mit einer O-förmigen Dichtung 25 oder einer Zusatzscheibe 25a mit fluid-führenden Nieren versehenen Stator anliegt, insbesondere auch an den nach außen weisenden Stirnflächen der Rotoren, um hier eine bessere Dichtwirkung zu erzielen. Durch die höhere Flächenpressung (das sattere Anliegen) des Fluidführungsabschnitts 29' gegen die zweite Hülse 11, wird die bessere Dichtwirkung erzielt, die durch den weichen Ausgleichsring 27 begünstigt wird.The described flush contact of the lower section 29 'of the fluid guide section 29, 29' with its drive-oriented surface on the rotors of the fluid system M is improved if a compensating ring 27 is provided in an annular manner between the tensioning arrangement 28 and the fluid guide section 29. This compensating ring 27 is made of a soft material, for example aluminum, copper or plastic and ensures that the section 29 'lies flush and flush against the stator, which is also provided with an O-shaped seal 25 or an additional disk 25a with fluid-conducting kidneys, in particular also on the outward-facing end faces of the rotors, in order to achieve a better sealing effect here. Due to the higher surface pressure (the richer fit) of the fluid guide section 29 'against the second sleeve 11, the better sealing effect is achieved, which is favored by the soft compensating ring 27.
Aus der vorgenannten Beschreibung sind drei konstruktive Abschnitte zu erkennen. DerThree constructive sections can be seen from the above description. The
Fluidführungsabschnitt F mit den ebenfalls als Stator anzusehendenFluid guide section F with those also to be viewed as a stator
Komponenten 28,29,29'. Der eigentliche Stator 30 im Abschnitt 30a zur Aufnahme des Mikrosystems mit anschließendem Kupplungsbereich 23 der Welle 40 im Abschnitt 30b. An diesen Bereich schließt sich der Antriebsbereϊch A an.Components 28, 29, 29 '. The actual stator 30 in section 30a for receiving the Microsystem with subsequent coupling area 23 of shaft 40 in section 30b. The drive area A connects to this area.
Hervorzuheben ist, daß im Stator eine von der Montage her vorgesehene Trennung des Fluidführungsabschnitts 28,29,29',F von dem Mikrosystem erfolgt und diese Trennung an der der Lagerungsseite abgewandten Stirnseite der Rotoren des Mikrosystems befindlich ist. Mit anderen Worten ist der Stator 30 so aufgebaut, daß die Lagerung bündig an der vom Antrieb A wegweisenden Stirnseite plaziert ist, so daß ein Aufsetzen des Fluidführungsabschnitts 29,29' unmittelbar an die fluidische Mikrokomponent angrenzt und mit einer vorgesehenen Fluidführungs-Struktur aus Nieren und Bohrungen ein Durchleiten und das funktioneile Betreiben der Mikrokomponente M sicherstellt.It should be emphasized that a separation of the fluid guide section 28, 29, 29 ', F from the microsystem is provided in the stator, and this separation is located on the end face of the rotors of the microsystem facing away from the bearing side. In other words, the stator 30 is constructed in such a way that the bearing is placed flush on the end face pointing away from the drive A, so that a placement of the fluid guide section 29, 29 'directly adjoins the fluidic microcomponent and with an intended fluid guide structure made of kidneys and Drilling a passage and the functional operation of the micro component M ensures.
Die oben gegebene Übersicht soll das Einfühlungsvermögen erhöhen, wie ein Mikrosystem nach Figur 1 konstruktiv aufgebaut wird. Im folgenden werden Details erläutert, die insbesondere die Anbringung und Montage der ersten und zweiten Hülse 10,11 aus Figur 2 beschreiben, wozu auf Figur 3 verwiesen wird.The overview given above is intended to increase the ability to understand how a microsystem according to FIG. 1 is constructed. Details are explained below, which describe in particular the attachment and installation of the first and second sleeves 10, 11 from FIG. 2, for which reference is made to FIG. 3.
Figur 3 ist ein Schnitt durch die Achse des Systems von Figur 2, wobei zwei gegeneinander versetzte Achsen 100 und 101 ersichtlich sind. Die Achsversetzung ist mit dr bezeichnet. Die Achse 100 ist diejenige Achse der ersten Hülse 10, die eine Länge L10 aufweist. Die Hülse ist aus einem harten Werkstoff gefertigt, beispielsweise Hartmetall oder Keramik. Sie ist zunächst nicht in den Stator 30 eingesetzt, der für ihre Aufnahme eine langgestreckte Öffnung 31 aufweist, deren untere Abschnitt eine innere Oberfläche 30i besitzt. Diese innere Oberfläche ist schematisch an Figur 3a (im unteren Halbbild) zu ersehen. Sie weist eine große Rauheit auf, die bei einem spangebenden Verfahren entstehen kann. Sie muß keine besondere Genauigkeit besitzen und kann sogar größer ausgestaltet sein, wie aus Figur 6 erkennbar ist.FIG. 3 is a section through the axis of the system from FIG. 2, two axes 100 and 101 being offset relative to one another. The axis offset is labeled dr. The axis 100 is that axis of the first sleeve 10 which has a length L10. The sleeve is made of a hard material, for example hard metal or ceramic. It is initially not inserted into the stator 30, which has an elongated opening 31 for its reception, the lower section of which has an inner surface 30i. This inner surface can be seen schematically in FIG. 3a (in the lower field). It has a high degree of roughness, which can arise in a cutting process. It does not have to be particularly precise and can even be made larger, as can be seen from FIG.
In gleicher Weise ist ein weiterer, axial oberhalb liegender Aufnahmeabschnitt imIn the same way, another, axially above receiving section is in the
Stator 30 als Teil der Öffnung 31 vorgesehen, zur Aufnahme der zweiten Hülse 1 , die auch aus einem harten Werkstoff, wie Keramik oder Hartmetall gefertigt sein kann. Auch sie ist zunächst nicht eingesetzt.Stator 30 is provided as part of the opening 31, for receiving the second sleeve 1, which can also be made of a hard material such as ceramic or hard metal. It is also not used at first.
Die Verwendung von harten Werkstoffen, gegenüber den "weichen" Werkstoffen des Stators 30 sichert die Lagerhülsen gegen Abrieb. Sie sind dabei räumlich von einer geringen Erstreckung, so daß auch teure Werkstoffe Verwendung finden können. Die Lagerhülsen sind vornehmlich als Hohlzylinder ausgestaltet und weisen einen jeweiligen Innenraum auf, zur Aufnahme des jeweiligen "Rotors".The use of hard materials compared to the "soft" materials of the stator 30 secures the bearing sleeves against abrasion. They are spatially of a small extent, so that expensive materials can also be used. The Bearing sleeves are primarily designed as hollow cylinders and have a respective interior to accommodate the respective "rotor".
Die erste Hülse 10 hat einen Innenraum mit einer inneren Oberfläche 10i, zur Aufnahme der Welle 40. Der innere Raum ist mit W bezeichnet und hat eine Längserstreckung entsprechend der Hülsenlänge L10.The first sleeve 10 has an inner space with an inner surface 10i, for receiving the shaft 40. The inner space is designated W and has a longitudinal extension corresponding to the sleeve length L10.
Die axial sich daran anschließende zweite Hülse 11 ist zur Aufnahme und Lagerung des äußeren Rotors 2 vorgesehen. Sie besitzt dafür eine Rotoraufnahme R, deren Durchmesser d11 i größer ist, als derjenige Durchmesser d1 Oi des Wellenraums W. Die innere Oberfläche 11 ϊ ist so gestaltet, daß eine Lagerung des Rotors möglich ist. Die innere Oberfläche 10i des ersten Hülsenteils 10 ist ebenfalls so gestaltet, daß eine Lagerung der Welle 40 möglich ist.The axially adjoining second sleeve 11 is provided for receiving and mounting the outer rotor 2. For this purpose, it has a rotor holder R, whose diameter d11 i is larger than that diameter d1 Oi of the shaft space W. The inner surface 11 ϊ is designed in such a way that the rotor can be supported. The inner surface 10i of the first sleeve part 10 is also designed so that the shaft 40 can be supported.
Beide Oberfläche sind hochgenau und für ihre jeweilige Lagerfunktion durch Schleifen, Erodieren, Honen oder Läppen ausgebildet.Both surfaces are highly precise and designed for their respective storage functions by grinding, eroding, honing or lapping.
Das Einsetzen der beiden Lagerhülsen in den entsprechenden Axialabschnitt der Öffnung 31 des Stators 30 mit der inneren Oberfläche 30i bzw. der radial größeren inneren Oberfläche 30i' wird mit der Einsetzvorrichtung von Figur 4 vorgenommen.The insertion of the two bearing sleeves into the corresponding axial section of the opening 31 of the stator 30 with the inner surface 30i or the radially larger inner surface 30i 'is carried out with the insertion device from FIG.
Hier werden die beiden Hülsen 10,11 durch Platzhalter 53,52 räumlich geometrisch zueinander ausgerichtet, was die hohe Präzision sicherstellt. Beide Platzhalter 52,53 sind gegenüber einer Tragplatte 51 räumlich fixiert. Der Platzhalter 52 für den Außenrotor nimmt die zweite Hülse 11 auf, wobei der Platzhalter die Rotorgeometrie des Rotorraumes R ausfüllt. Der zweite Platzhalter 53 für die Welle 40 ist axial länger. Er übernimmt die Ausfüllung des Wellenraumes W und plaziert die erste Hülse 10 räumlich geometrisch so, daß die zwei beabstandeten Achsen 100,101 für die exzentrische Lagerung des aus zwei Rotoren bestehenden Mikrosystems M erhalten wird. Ein nicht dargestellter Stift an der Tragplatte 51 erlaubt ihre absoluteHere, the two sleeves 10, 11 are spatially aligned with one another by placeholders 53, 52, which ensures the high precision. Both placeholders 52, 53 are spatially fixed relative to a support plate 51. The placeholder 52 for the outer rotor receives the second sleeve 11, the placeholder filling the rotor geometry of the rotor space R. The second placeholder 53 for the shaft 40 is axially longer. It takes over the filling of the shaft space W and places the first sleeve 10 spatially geometrically so that the two spaced axes 100, 101 are obtained for the eccentric mounting of the microsystem M consisting of two rotors. A not shown pin on the support plate 51 allows their absolute
Lagefestlegung gegenüber dem Stator 30, zum Eingriff in die Ausnehmung 22a.Positioning relative to the stator 30, for engagement in the recess 22a.
Nachdem die Hülsen 10,11 auf die Einsetzvorrichtung 50 und ihre beiden um "dr" radial versetzten Platzhalter 52,53 aufgesetzt sind, wird die Einsetzvorrichtung mit einer mechanischen Anordnung (die nicht dargestellt ist) geometrisch und von den Massen her präzise, sogar hochpräzise in die vorgesehene Öffnung 31 des Stators 30 axial eingeschoben. Der hierbei entstehende Schubweg s bzw. die Schubrichtung s ist in den Figuren 5 und 3a gezeigt. Aufgrund der Maßdimensionierung und der Oberflächenstruktur der beiden Hülsen 10,11 sowie der inneren Oberflächen 30i' und 30i des Stators findet eine Veränderung zumindest der Innenflächen des Stators 30 statt, was aus Figur 3a vor dem Einsetzen und nach dem Einsetzen des Hülsenteils 10 ersehen werden kann. Die rauhe Oberfläche der nicht hochpräzis gefertigten Innenflächen wird eingeebnet oder sogar abgetragen bzw. verdrängt, wobei der weiche Werkstoff an der Oberfläche verändert wird, gleichzeitig aber mechanische Kräfte aufbringt, zur räumlich geometrischen Fixierung der eingedrückten Hülsen 10,11 , die als Lagerstücke dienen.After the sleeves 10, 11 are placed on the insertion device 50 and their two placeholders 52, 53 which are radially offset by "dr", the insertion device with a mechanical arrangement (which is not shown) becomes geometrically and massively precise, even highly precise the intended opening 31 of the stator 30 axially inserted. The resulting thrust path s or the thrust direction s is shown in FIGS. 5 and 3a. Due to the dimensioning and the The surface structure of the two sleeves 10, 11 and the inner surfaces 30i 'and 30i of the stator is subject to a change in at least the inner surfaces of the stator 30, which can be seen from FIG. 3a before the insertion and after the insertion of the sleeve part 10. The rough surface of the inner surfaces, which are not manufactured with high precision, is leveled or even removed or displaced, the soft material on the surface being changed, but at the same time applying mechanical forces, for the spatial geometric fixation of the pressed-in sleeves 10, 11, which serve as bearing pieces.
Die inneren Oberflächen 11i, 10i der beiden Hülsen sind hochpräzise, durch Einsetzen dann auch geometrisch genau festgelegt, um ihrer Lagerfunktion gerecht zu werden.The inner surfaces 11i, 10i of the two sleeves are highly precise, and then geometrically precisely defined by insertion in order to fulfill their storage function.
Die äußeren Oberflächen 10a und 11a der beiden Hülsen gehen mit den inneren Oberflächen 30i' und 30i des Stators eine mechanische Verbindung ein, wenn die Einsetzvorrichtung 50 durch Druck axial eingeschoben wird.The outer surfaces 10a and 11a of the two sleeves mechanically connect to the inner surfaces 30i 'and 30i of the stator when the insertion device 50 is inserted axially by pressure.
Eine alternative Festlegung kann durch eine aushärtende Substanz 12 erfolgen, wenn die inneren Oberflächen 30P und/oder 30i in ihrer räumlichen Geometrie etwas größer ausgestaltet sind, als die äußeren Oberflächen 11a und/oder 10a der Hülsen 10 und/oder 11 , wie Figur 6 veranschaulicht. Die Einsetzvorrichtung übernimmt dann die Zuordnung der exzentrisch versetzten Achsen 100,101 der beiden Hülsen und plaziert diese so lange in dem Innenraum 31 mit den zwei exzentrischen Abschnitten 30i, 30i' des Stators 30, bis eine eingebrachte aushärtende Substanz 12 den Spalt 13 fixierend ausfüllt und die Hülsen mechanisch festlegt.An alternative setting can be made by a hardening substance 12 if the inner surfaces 30P and / or 30i are designed somewhat larger in their spatial geometry than the outer surfaces 11a and / or 10a of the sleeves 10 and / or 11, as illustrated in FIG. 6 , The insertion device then takes over the assignment of the eccentrically offset axes 100, 101 of the two sleeves and places them in the interior 31 with the two eccentric sections 30i, 30i 'of the stator 30 until an introduced hardening substance 12 fills the gap 13 in a fixed manner and the sleeves mechanically determined.
Als aushärtende Substanz kann ein Lot oder ein Kleber Verwendung finden; erstes härtet durch Absinken der Temperatur, zweites durch eine chemische Reaktion aus.A solder or an adhesive can be used as the hardening substance; the first hardens by a drop in temperature, the second by a chemical reaction.
Die Einsetzvorrichtung hat dabei einmal die Aufgabe, die mechanische Zuordnung während des axialen Einpressens zu übernehmen. Bei der Variante der Festlegung mit einer aushärtbaren Substanz im Spalt 13 (auch als unregelmäßiger Zwischenraum), der eine Größe von zwischen 20μm und 70μm besitzt, übernimmt sie die geometrische Festlegung der Hülsen während des Aushärtens, braucht also beim Einsetzen in Richtung s keine zusätzliche mechanische Kraft aufzubringen.The insertion device has the task of taking over the mechanical assignment during the axial pressing. In the variant of fixing with a curable substance in gap 13 (also as an irregular space), which has a size of between 20 μm and 70 μm, it takes over the geometrical fixing of the sleeves during curing, so it does not need any additional mechanical means when inserted in direction s To muster strength.
Die zweite Hülse 11 ist axial kürzer und weist eine axiale Länge L11 auf. Die gesamte Statorlänge ist L. Nachdem der Stator 30 die axiale Länge L aufweist, ist die Summe der beiden Hülsenlängen L11 und L10 noch immer kürzer als die Statorlänge. Der Abstand der Mitten der beiden Hülsen ist dL, was einen axialen Versatz darstellt, wobei aber die Stirnflächen der beiden Hülsen 10,11 aneinander anliegen. Diese Anlage der beiden Stirnflächen soll anhand der Figur 7 erläutert werden.The second sleeve 11 is axially shorter and has an axial length L11. The total stator length is L. After the stator 30 has the axial length L, the sum of the two sleeve lengths L11 and L10 is still shorter than the stator length. The The distance between the centers of the two sleeves is dL, which represents an axial offset, but the end faces of the two sleeves 10, 11 lie against one another. This arrangement of the two end faces will be explained using FIG. 7.
Figur 7 veranschaulicht eine Aufsicht in Achsrichtung 100,101 von oben (gesehen aus Figur 3 oder Figur 6), wobei die Innenräume R und W für Außenrotor und Welle noch offen sind, also noch keine Welle 40 und noch kein Rotor 2 oder 3 des Mikrosystems M eingesetzt ist. Es ist dabei eine stirnseitige Lagerfläche 10b ersichtlich, die auch in Figur 3 sowie in Figur 6 eingezeichnet ist. Sie besitzt eine Breite b, die umfänglich nicht konstant ist, was durch die Versetzung dr oder Δr der beiden Achsen 100,101 zustandekommt, und auch durch die Wahl der beiden Durchmesser der Hülsen, hier des Außendurchmessers d10a der längeren Hülse 10 und des Innendurchmessers d11i der kürzeren Hülse 11. Die Durchmesser bzw. die zugehörigen Radien als jeweilige hälftige Durchmesser, sowie der radiale Versatz (Exzentrizität) sind so gewählt, daß einer der harten Lagerbauteile 10,11 eine außerhalb der Fläche 10b liegende ringförmige axiale Stützfläche 10c bildet, die auch umfänglich gänzlich durchgehend ist und auf der" as ändere harte Lagerb'auteϊϊ 11 aufliegt.FIG. 7 illustrates a top view in the axial direction 100, 101 from above (seen from FIG. 3 or FIG. 6), the interior spaces R and W being still open for the outer rotor and shaft, that is to say no shaft 40 and no rotor 2 or 3 of the microsystem M has yet been used is. An end bearing surface 10b can be seen, which is also shown in FIG. 3 and in FIG. 6. It has a width b which is not constant over the circumference, which is caused by the offset dr or Δr of the two axes 100, 101, and also by the choice of the two diameters of the sleeves, here the outer diameter d10a of the longer sleeve 10 and the inner diameter d11i of the shorter ones Sleeve 11. The diameters or the associated radii as the respective half diameters, as well as the radial offset (eccentricity) are selected such that one of the hard bearing components 10, 11 forms an annular axial support surface 10c lying outside the surface 10b, which is also entirely circumferential is continuous and change on the "as hard Lagerb 'auteϊϊ 11 rests.
Bei Beachtung des radialen Versatzes dr ist der Außendurchmesser d10a von der Hülse 10 um soviel größer, als der Innendurchmesser d11 i der Hülse 11 , daß an keiner umfänglichen Stelle der weiche Werkstoff des Stators 30 als Teil der Stützfläche 10b für den Rotor 2 aus Figur 1a und ggf. auch den Innenrotor 3 aus Figur 1a - betrachtet in axialer Richtung - zum Vorschein oder Tragen kommt. Der Rotor oder die Rotoren werden — eingesetzt in den Rotorenraum R — dann axial sicher gestützt, geometrisch präzise festgelegt und es ergibt sich eine gute Dichtung an der Fläche 10b, während der Ringabschnitt 10c, der die Hülsen 10 und 11 zueinander stützt und orthogonal ausrichtet, nicht mehr von außen sichtbar ist.If the radial offset dr is observed, the outer diameter d10a of the sleeve 10 is so much larger than the inner diameter d11 i of the sleeve 11 that the soft material of the stator 30 as part of the support surface 10b for the rotor 2 from FIG and possibly also the inner rotor 3 from FIG. 1a - viewed in the axial direction - comes to the fore or comes to bear. The rotor or the rotors - inserted into the rotor space R - are then axially securely supported, geometrically precise and there is a good seal on the surface 10b, while the ring section 10c, which supports the sleeves 10 and 11 to one another and aligns them orthogonally, is no longer visible from the outside.
Die inneren Oberflächen 11i und 10i bilden Lagerflächen für die Welle 40 und den Außenrotor derfluidischen Mikrokomponente M, um als Gleitlager zu dienen. Die Ringflächen 10c und 10b zusammen bilden die axial weisende Stirnfläche des gesamten Lagerbauteils 10, das für die Welle vorgesehen ist. Der innere Abschnitt 10b dient dem Stützen und Ausrichten des Mikrosystems und der darum herumliegende äußere Abschnitt 10c, der auf derselben Ebene liegt, dient dem Ausrichten und Stützen des zweiten Lagerbauteils 11.The inner surfaces 11i and 10i form bearing surfaces for the shaft 40 and the outer rotor of the fluid microcomponent M to serve as a plain bearing. The ring surfaces 10c and 10b together form the axially facing end face of the entire bearing component 10 which is provided for the shaft. The inner section 10b serves to support and align the microsystem and the outer section 10c lying around it, which lies on the same plane, serves to align and support the second bearing component 11.
Die Aufsicht in der Figur 7 veranschaulicht dabei auch den Spalt 13 aus Figur 6, der hier bereits mit einem Klebstoff oder einem Lot 12 aufgefüllt ist, um die eingesetzte Hülse 11 gegenüber dem weicheren Werkstoff des Stators 30 festzulegen. Bevor das Lot oder der Klebstoff aushärtet wurde die Hülse 11 an der äußeren Ringfläche 10c der unteren Hülse 10 durch Anliegen ausgerichtet, so daß auch ihre Achse 101 genau parallel zu der Achse 100 ausgerichtet ist. Die genaue Ausrichtung ergibt sich aus einer hochgenauen Fertigung der Stirnflächen, die genau senkrecht zu den Achsen veriaufen und damit mittelbar auf die Positionierung und Lagegenauigkeit Einfluß nehmen können. In einem Ausführungsbeispiel von spezifischen Maßen, die aber nicht einschränkend zu verstehen sind, wurde die Hülse 10 mit einem Außendurchmesser von 5mm gefertigt und besaß einen Innendurchmesser von 1 ,2mm. Der Außenrotor 2 besaß ein Außenmaß von 3,8mm und liegt damit - auch unter Berücksichtigung der gewählten Exzentrizität der beiden Achsen 100,101 innerhalb des Außenmaßes von 5,0mm der ihn axial zur Bereitstellung eines Drehlagers stützenden Hülse 10. Aus diesem Maß ist auch das Innenmaß d11i der zweiten Hülse 11 zu ersehen, entsprechend dem Außenmaß des Rotors, um ihn radial mit einem Ringlager auch insoweit zu stützen. Beide senkrecht zueinander stehenden Lager, dieThe top view in FIG. 7 also illustrates the gap 13 from FIG. 6, which is already filled here with an adhesive or a solder 12 around the inserted one Set sleeve 11 relative to the softer material of the stator 30. Before the solder or the adhesive hardens, the sleeve 11 has been aligned with the outer ring surface 10c of the lower sleeve 10 so that its axis 101 is also aligned exactly parallel to the axis 100. The exact alignment results from a high-precision production of the end faces, which run exactly perpendicular to the axes and can thus indirectly influence the positioning and positional accuracy. In one exemplary embodiment of specific dimensions, which are not to be understood as restrictive, the sleeve 10 was manufactured with an outer diameter of 5 mm and had an inner diameter of 1.2 mm. The outer rotor 2 had an outer dimension of 3.8 mm and is thus - also taking into account the selected eccentricity of the two axes 100, 101 within the outer dimension of 5.0 mm of the sleeve 10 supporting it axially to provide a pivot bearing. The inner dimension d11i is also from this dimension to see the second sleeve 11, corresponding to the outer dimension of the rotor, in order to support it radially with an annular bearing. Both perpendicular bearings, the
Innenwandfläche 11i und die axial weisende Stützfläche der Hülse 10 sorgen für eine genaue Ausrichtung "und präzise Lagerung des Rotörbauteils 2.Inner wall surface 11i and the axially facing bearing surface of the sleeve 10 to ensure a precise alignment "and precise positioning of the Rotörbauteils. 2
Der in Figur 7 in einem Übermaß zur Verdeutlichung dargestellte Spalt 13 ergibt sich aus dem Differenzmaß zwischen dem Radius der inneren Fläche 30i' des Stators 30, siehe dazu Figur 3, und dem Außenmaß der Außenfläche 11a der harten Lagerhülse 11. Sein Maß liegt für eine Verklebung bevorzugt zwischen 50μm und 70μm, was maßstabgerecht bei der Darstellung nach Figur 7 nicht erkennbar wäre, wenn es nicht wesentlich vergrößert dargestellt worden wäre.The gap 13 shown in FIG. 7 in an oversize for clarification results from the difference between the radius of the inner surface 30i 'of the stator 30, see FIG. 3, and the outer dimension of the outer surface 11a of the hard bearing sleeve 11. Its dimension is one Adhesion is preferably between 50 μm and 70 μm, which would not be recognizable to scale in the illustration according to FIG. 7 if it had not been shown on a substantially enlarged scale.
Aus Figur 5 ist eine perspektivische Ansicht beim Einsetzen der beiden Lagerhülsen 10,11 ersichtlich, verwendet bei einer mit einer Klebesubstanz vorgesehenen Montage und Justage der Hülsen. Die Klebesubstanz 12 ist in den Spalt 13 eingebracht, der zwischen 20μm und 70μm beträgt, bezogen auf den jeweiligen Innendurchmesser des Stators 30 an den Oberflächen 30i und 30i'. Der Innenraum 31 zur Aufnahme der ersten Hülse 10 ist länger, als die Lagerhülse 10. Die entsprechende Differenz ist - wie aus Figur 2 ersichtlich - von der Radialwellen- Dichtung 24, die gegen den Motor A durch die Distanzhülse 21 festgelegt ist, eingenommen. Ein Einsetzweg s der beiden Lagerhülsen 10,11, gestützt von der Einsetzvorrichtung 50 nach Figur 4 führt zur genauen Plazierung. Nach dem Einfüllen der Klebesubstanz 12, die auch vor dem Einsetzen schon an den Innenflächen entsprechend Figur 5 plaziert sein kann, wird die räumlich geometrische Zuordnung und absolute Plazierung der Hülsen 10,11 zumindest für eine Dauer des Aushärtens der Klebesubstanz oder des Lotes beibehalten, bis die mechanische Verfestigung eintritt.FIG. 5 shows a perspective view when the two bearing sleeves 10, 11 are inserted, used in the case of assembly and adjustment of the sleeves provided with an adhesive substance. The adhesive substance 12 is introduced into the gap 13, which is between 20 μm and 70 μm, based on the respective inner diameter of the stator 30 on the surfaces 30i and 30i '. The interior 31 for receiving the first sleeve 10 is longer than the bearing sleeve 10. The corresponding difference - as can be seen in FIG. 2 - is taken up by the radial shaft seal 24, which is fixed against the motor A by the spacer sleeve 21. An insertion path s of the two bearing sleeves 10, 11, supported by the insertion device 50 according to FIG. 4, leads to the exact placement. After filling in the adhesive substance 12, which can also be placed on the inner surfaces according to FIG. 5 even before insertion, the spatial geometrical assignment and absolute placement of the sleeves 10, 11 becomes at least for a period of curing of the adhesive substance or the solder until the mechanical solidification occurs.
Ersichtlich ist an Figur 5 auch die Aufnahme 22a, in die der Positionierstift 22 von Figur 2 beim Aufsetzen des Fluidführungsabschnitts 28,29,29' eingreift. Eine radial dagegen versetzte Stufenbohrung 22b jeweils an der Innenseite der Oberfläche 30i' und 30i des Stators 30 ist vorgegeben. Sie bietet umfänglich beabstandet von der Aufnahme 22a eine Möglichkeit, das Fluid in einer kleinen Menge nach dem Einsetzen und Anbringen der Lagerhülsen 10,11 beim Betrieb des Systems M als Gleitlagerschmierung oder im Ringfluß zu verwenden. Die Bohrung 22b hat eine Mindesttiefe L10 + L11. Die Stufenbohrung 22b, die auch aus Figur 1a ersichtlich ist, liegt mit einem Abschnitt ihrer Bohrungstiefe im Oberflächenbereich 30i' (vgl. dazu Figur 3) und mit einem weiteren Abschnitt im Oberflächenbereich 30i. Mit ihr wird der Ringfluß für das Fluid erreicht, welches das Wellenlager durchströmt. Durch die Stufenbohrung wird eine Ableitung des zwischen Dichtung und Wellenlager befindlichen Fluids zur Saugseite eines Mikrosystems erreicht, das in diesem Beispiel äls'Pümpe ausgebildet ist" Das" Fluid aus der insoweit als Kanal für das Ffuiά '< arbeitenden Stufenbohrung 22b wird im Fluidführungsabschnitt 28,29,29', hier im zum Mikrosystem gewandten Abschnitt 29' durch Überdeckung des Kanals wieder aufgenommen und in das Mikrosystem 2,3 zurückgeführt.FIG. 5 also shows the receptacle 22a into which the positioning pin 22 from FIG. 2 engages when the fluid guide section 28, 29, 29 'is put on. A radially offset stepped bore 22b on the inside of the surface 30i 'and 30i of the stator 30 is predetermined. At a distance from the receptacle 22a, it offers the possibility of using the fluid in a small amount after inserting and attaching the bearing sleeves 10, 11 when operating the system M as a sliding bearing lubrication or in the ring flow. The bore 22b has a minimum depth L10 + L11. The stepped bore 22b, which can also be seen in FIG. 1a, lies with a section of its drilling depth in the surface area 30i '(cf. FIG. 3) and with a further section in the surface area 30i. It is used to achieve the ring flow for the fluid that flows through the shaft bearing. By the stepped bore a derivation of the fluid between the seal and shaft bearing is reached to the suction side of a microsystem, which 'is formed Pümpe "The" fluid from the so far as a channel for the Ffuiά' in this example AELS <working stepped bore 22b in the fluid guide section 28, 29, 29 ', here in section 29' facing the microsystem, is resumed by covering the channel and returned to the microsystem 2, 3.
Es sollte erwähnt sein, daß die räumlich geometrisch hochgenaue Lagerung nur einseitig erfolgt, hinsichtlich der Welle W aber auch eine zweite Lagerung in dem Fluidführungsteil 29 vorgesehen sein kann, die aber keine solche Präzision aufweisen muß, wie die erste Lagerung in der Hülse 10, die zudem auf einer axial größeren Länge L10 wirksam ist.It should be mentioned that the spatially geometrically high-precision mounting takes place only on one side, but with regard to the shaft W, a second mounting can also be provided in the fluid guide part 29, which, however, does not have to have the same precision as the first mounting in the sleeve 10 is also effective on an axially greater length L10.
Die Lagerteile können als Hülsen rotationssymmetrisch einfach hergestellt sein. Sie können auch eine im Außendurchmesser anderweitige Geometrie aufweisen, nur ihr Innendurchmesser und ihre innere Oberfläche muß so ausgerichtet sein, daß die Rotoren 40,2 (Wellen und Außenrotor des Mikrosystems) geometrisch genau und abriebfest gelagert werden können.The bearing parts can be produced as sleeves in a rotationally symmetrical manner. They can also have a different geometry in the outer diameter, only their inner diameter and their inner surface must be aligned so that the rotors 40.2 (shafts and outer rotor of the microsystem) can be geometrically accurate and abrasion-resistant.
Die beschriebenen Arten des Einsetzens und Positionierens können auch kombiniert werden.The described types of insertion and positioning can also be combined.
Es kann eine weniger feste mechanische Verbindung beim Einsetzen durch Eindrücken der Hülsen 10,11 vorgesehen sein, bestimmt durch die entsprechende Anpassung der Durchmessergeometrien von Innenraum und Außendurchmesser der Hülsen. Nach erfolgtem Einpreßvorgang kann über eine zusätzliche Vorrichtung eine Ausrichtung und anschließend eine Verklebung erfolgen, so daß beide Verfahren auch kombiniert verwendet werden können.A less rigid mechanical connection can be provided during insertion by pressing in the sleeves 10, 11, determined by the corresponding adaptation of the Diameter geometries of the interior and outside diameter of the sleeves. After the press-in process has been carried out, alignment and then gluing can take place via an additional device, so that both methods can also be used in combination.
Die kombinierte Art des Einsetzens kann auch zeitlich nacheinander erfolgen. Die erste Aufnahme mit der inneren Oberfläche 30i im ersten Abschnitt der Öffnung 31 des Stators kann mit einem mechanischen Einpreßvorgang verbunden werden, bei dem die Hülse 10 lagegenau positioniert wird, wie Figur 3a zeigt. Gegenüber der so festgelegten ersten Hülse, die dann als ein Hilfslager oder eine Hilfseinrichtung dienen kann, kann mit der Anordnung nach Figur 4 die zweite Lagerstelle (hier mit der Hülse 11 ) im Abschnitt L11 positioniert werden, wobei ein in Figur 6 gezeigter Spalt 13 am Umfang zwischen der äußeren Oberfläche 11a und der inneren Oberfläche 30i' mit einer Klebesubstanz 12 gefüllt wird. Bei einem festen Sitz der ersten Hülse 0 kann die zweite Hülse relativ dazu und somit auch relativ zum Stator positioniert und eingeklebt werden. Alternativ zum Einkleben kann auch beim zweiten Vorgang ein Preßvorgang stattfinden, Was der zuvor beschriebenen Variante entspricht, nur zeitlich nacheinander. Die Vorrichtung nach Figur 4 kann für alle diese Varianten Anwendung finden.The combined type of insertion can also take place sequentially. The first receptacle with the inner surface 30i in the first section of the opening 31 of the stator can be connected by a mechanical press-in process in which the sleeve 10 is positioned in the correct position, as shown in FIG. 3a. Compared to the first sleeve defined in this way, which can then serve as an auxiliary bearing or an auxiliary device, the arrangement according to FIG. 4 can be used to position the second bearing point (here with the sleeve 11) in section L11, a gap 13 shown in FIG Circumference between the outer surface 11a and the inner surface 30i 'is filled with an adhesive substance 12. If the first sleeve 0 is firmly seated, the second sleeve can be positioned and glued relative to it and thus also relative to the stator. As an alternative to gluing in, a pressing process can also take place in the second process, which corresponds to the variant described above, only in chronological succession. The device according to FIG. 4 can be used for all of these variants.
Die Kombination eines Pressens und eines Klebens hat sich als besonders genau herausgestellt. Zunächst wird die erste Hülse 10 in den Stator 30 eingepreßt, wobei die beiden Öffnungsabschnitte 30i, 30P als zwei exzentrisch zueinander angeordnete Abschnitte der Gesamtausnehmung 31 vorgesehen sind. Nach dem Einpressen wird anschließend die zweite Lagerstelle 11 gebildet, in dem die hochgenau gefertigte Lagerhülse in das Gehäuse eingesetzt wird, wobei sie plan auf der ersten Hülse aufliegt, und zwar an dem Stimflächenabschnitt 10c. Es wird anschließend die Position der zweiten Hülse gegenüber der ersten Hülse definiert, wozu die Vorrichtung nach Figur 4 Verwendung finden kann. Anschließend läßt man einen Klebstoff 12 in den Spalt 13 an der äußeren Oberfläche 11a der zweiten Hülse einziehen und aushärten, um diese Lagerstelle festzulegen, also fest mit dem Stator 30 zu verbinden.The combination of pressing and gluing has proven to be particularly precise. First, the first sleeve 10 is pressed into the stator 30, the two opening sections 30i, 30P being provided as two eccentrically arranged sections of the total recess 31. After the pressing-in, the second bearing point 11 is then formed, in which the bearing sleeve, which is manufactured with high precision, is inserted into the housing, whereby it lies flat on the first sleeve, specifically on the end face section 10c. The position of the second sleeve relative to the first sleeve is then defined, for which the device according to FIG. 4 can be used. An adhesive 12 is then allowed to pull into the gap 13 on the outer surface 11a of the second sleeve and cure in order to fix this bearing point, that is to say to firmly connect it to the stator 30.
Die Rechtwinkligkeit der vorhergehenden mechanischen Feinbearbeitung der Hülse 11 bzw. auch der Hülse 10 kann dafür sorgen, daß zwei Hilfslagerstellen bei der Positionierung und Festlegung helfen. Eine axiale Stützfläche 10c und die umfängliche innere Oberfläche 10i, die mittelbar über die Vorrichtung nach Figur 4 auch Einfluß auf die Lagegenauigkeit der zweiten eingesetzten Hülse 11 nehmen kann. Die beiden Hülsen 10 und 11 können in der Reihenfolge des Anbringens auch vertauscht werden. Zunächst die im Durchmesser größere Hülse 11 , dann - axial gestützt über den Stützflächenabschnitt 10c - die längere Hülse 10 für die Welle 40. Die zweite Hülse 10 wird dann von dem Kupplungsraum 32 her in den unteren Aufnahmeabschnitt der Ausnehmung 31 eingesetzt.The perpendicularity of the previous mechanical finishing of the sleeve 11 or the sleeve 10 can ensure that two auxiliary bearing points help with the positioning and fixing. An axial support surface 10c and the circumferential inner surface 10i, which can also influence the positional accuracy of the second sleeve 11 used indirectly via the device according to FIG. The two sleeves 10 and 11 can also be interchanged in the order of attachment. First, the larger diameter sleeve 11, then - axially supported by the support surface section 10c - the longer sleeve 10 for the shaft 40. The second sleeve 10 is then inserted from the coupling space 32 into the lower receiving section of the recess 31.
Es soll angemerkt sein, daß die mechanisch genaue Positionierung im Sinne von räumlich geometrischer Festlegung zwei maßgebliche Maße betrifft. Einmal den Betrag des Exzentrizitätsvektors "dr" als radialen Versatz. Zum anderen die korrekte absolute Positionierung der beiden Lagerhülsen 10,11 im Stator 30, also ihre Position/Lage zum Gehäuse. Diese Lage wird über einen Stift, der in die Platte 51 der Vorrichtung 50 von Figur 4 eingesetzt ist und anstelle des Stiftes 22a bei der Montage der Lagerhülsen 10,11 in das Gehäuse eingreift, sichergestellt. Dieser Stift ist in Figur 4 nicht dargestellt, er erschließt sich aber aus dem Zusammenhang und der räumlich/geometrischen Anordnung der Aufnahme 22a von Figur 2, in welcher der die Fertigmontage übernehmende Stift 22 eingezeichnet ist. Er übernimmt die umfängliche Festlegung des Fluidführungsabschnitts 28,29,29' gegenüber dem" Gehäuse 30", das als Stator bezeichnet ist. It should be noted that the mechanically precise positioning in terms of spatially geometrical definition relates to two important dimensions. First, the amount of the eccentricity vector "dr" as a radial offset. On the other hand, the correct absolute positioning of the two bearing sleeves 10, 11 in the stator 30, that is to say their position in relation to the housing. This position is ensured by a pin which is inserted into the plate 51 of the device 50 from FIG. 4 and which engages in the housing instead of the pin 22a when mounting the bearing sleeves 10, 11. This pin is not shown in FIG. 4, but it reveals itself from the context and the spatial / geometric arrangement of the receptacle 22a from FIG. 2, in which the pin 22 taking over the final assembly is shown. It takes over the extensive definition of the fluid guide section 28, 29, 29 'with respect to the " housing 30 " , which is referred to as the stator.

Claims

Ansprüche: Expectations:
1. Verfahren zum Herstellen, Anpassen und/oder Einstellen zumindest einer Lagerstelle in einer fluidischen Mini- bis Mikrokomponente (M), welche Komponente einen Stator (30) und zumindest einen Rotor (40,2) aufweist, wobei der Rotor an der zumindest einen Lagerstelle (L10.L11 ) gegenüber dem Stator drehbar gelagert ist (im folgenden "drehgelagert"); dadurch gekennzeichnet, daß1. A method for producing, adapting and / or adjusting at least one bearing point in a fluidic mini to micro component (M), which component has a stator (30) and at least one rotor (40, 2), the rotor on the at least one Bearing (L10.L11) is rotatably mounted with respect to the stator (hereinafter "rotatably"); characterized in that
(a) der Rotor (40,2) über eine in den Stator (30) eingesetzte Hülse (10,11) zur Bildung der Lagerstelle drehgelagert wird, wozu die zumindest eine Hülse als Lagerhülse in den Stator eingesetzt wird und eine innere sowie eine äußere Oberfläche (10i,10a; 11i,11a) aufweist;(a) the rotor (40, 2) is rotatably supported via a sleeve (10, 11) inserted into the stator (30) to form the bearing point, for which purpose the at least one sleeve is used as a bearing sleeve in the stator and an inner and an outer one Surface (10i, 10a; 11i, 11a);
(b) die Lagerhülse (10,11) vor dem Einsetzen in den Stator ein gesondertes Lagerbauteil ist, das als eine innere Lagerfläche die innere Oberfläche (10i,11i) aufweist und zumindest auf dieser Fläche vor dem Einsetzen in den Stator (30) mechanisch fein-bearbeitet wird; (c) die äußere Oberfläche (10a,11a) des Lagerbauteils (10,11) mit dem(b) the bearing sleeve (10, 11) is a separate bearing component before insertion into the stator, which has the inner surface (10i, 11i) as an inner bearing surface and mechanically at least on this surface before insertion into the stator (30) is fine-machined; (c) the outer surface (10a, 11a) of the bearing component (10,11) with the
Stator (30) in eine mechanisch feste Verbindung gebracht wird.Stator (30) is brought into a mechanically firm connection.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei die äußere Fläche (10a, 11a) des Lagerbauteils (10,11) durch ein Einpressen in eine von ihrem Innenmaß kleinere Aufnahme (30i,30i') des Stators eingesetzt wird, wodurch eine insbesondere radiale Verdrängung eines Oberflächenanteils des weicheren Werkstoffs des2. The method according to claim 1, wherein the outer surface (10a, 11a) of the bearing component (10, 11) is inserted by being pressed into a receptacle (30i, 30i ') of its inner dimension smaller, whereby a particularly radial displacement of a Surface proportion of the softer material of the
Stators durch die Lagerhülse (10,11) erfolgt, zur mechanisch festen Verbindung mit dem Stator (30).Stator takes place through the bearing sleeve (10, 11) for mechanically fixed connection to the stator (30).
3. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei die äußere Fläche (10a, 11a) des Lagerbauteils (11,10) in eine in ihrem Innenmaß größere Aufnahme des Stators (30) eingesetzt wird und ein dazwischen befindlicher Spalt (13) oder unregelmäßiger Zwischenraum einen aushärtbaren Füllstoff (12) aufweist, der nach dem Einfüllen aushärtet, zur mechanisch festen Verbindung des Lagerbauteils (10,11) mit dem Stator (30).3. The method according to claim 1, wherein the outer surface (10a, 11a) of the bearing component (11, 10) is inserted into a receptacle of the stator (30) which is larger in terms of its internal dimension, and an interposed gap (13) or irregular intermediate space is a hardenable one Has filler (12), which hardens after filling, for mechanically firm connection of the bearing component (10, 11) to the stator (30).
4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Aushärtung durch eine Abkühlung, insbesondere bei einem Lot als Füllstoff, erfolgt oder durch eine chemische4. The method according to claim 3, wherein the curing takes place by cooling, in particular with a solder as filler, or by a chemical
Reaktion erfolgt, insbesondere bei einer Klebesubstanz als Füllstoff (12).Reaction takes place, especially with an adhesive substance as filler (12).
5. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei zumindest zwei axial beabstandete Lagerstellen (L10.L11 ; 10,11) im Stator (30) vorgesehen werden und eine der Lagerstellen von einer ersten Hülse (10) und die andere der Lagerstellen von einer weiteren Hülse (11 ) gebildet wird, insbesondere die erste Hülse nach5. The method according to claim 1, wherein at least two axially spaced bearings (L10.L11; 10, 11) are provided in the stator (30) and one of the bearings from a first sleeve (10) and the other of the bearings from a further sleeve ( 11) is formed, in particular the first sleeve
Anspruch 2 und die zweite Hülse nach Anspruch 3 gegenüber dem Stator (30) und relativ zueinander festgelegt werden. Claim 2 and the second sleeve according to claim 3 relative to the stator (30) and relative to each other.
6. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei die mechanische Feinbearbeitung der Innenfläche (10i,11i) des Lagerbauteils ein Schleifen, Honen oder Läppen ist.6. The method according to claim 1, wherein the mechanical finishing of the inner surface (10i, 11i) of the bearing component is a grinding, honing or lapping.
7. Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Lagerbauteil bei dem gesamten Einsetzvorgang durch eine mechanische Berührung so geführt und gehalten wird (50), daß eine lagegenaue Aufnahme des Lagerbauteils beim Einpressen in den7. The method according to claim 2, wherein the bearing component is guided and held during the entire insertion process by mechanical contact (50) in such a way that an accurate position of the bearing component when pressed into the
Stator (30) erhalten wird.Stator (30) is obtained.
8. Verfahren nach Anspruch 3, wobei das Lagerbauteil (10,11 ) während des Aushärtens lagegenau gehalten wird, um eine lagegenaue Ausrichtung des gehaltenen Lagerbauteils im Stator (30) nach dem Aushärten zu erhalten. 8. The method according to claim 3, wherein the bearing component (10, 11) is held in position during the hardening in order to obtain a positionally accurate alignment of the held bearing component in the stator (30) after the hardening.
9. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei die Lagerstelle eine einseitige Lagerung ist, insbesondere im Stator (30) als ein Gehäuse so angeordnet ist, daß sie näher zum Antrieb ist, als das Mikrosystem (M).9. The method according to claim 1, wherein the bearing is a one-sided bearing, in particular in the stator (30) is arranged as a housing so that it is closer to the drive than the microsystem (M).
10. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das zumindest eine Lagerbauteil (10,11) zylindrisch ausgebildet ist, insbesondere auch außen zylindrisch ausgebildet ist. 11 , Verfahren -nach einem der vorigen-Ansprüehe, wobei ein erster und ein-zweiter- Lagerkörper (10,10. The method according to claim 1, wherein the at least one bearing component (10, 11) is cylindrical, in particular is also cylindrical on the outside. 11, Method according to one of the preceding claims, wherein a first and a second bearing body (10,
11) als eine jeweilige Hülse ausgebildet sind und jeweils eine Achse (100,101) definieren, wobei die beiden Hülsen in einem Gehäuse (30,31) als Stator mit exzentrischen bzw. radial gegeneinander versetzten (dr) Achsen sowie axial versetzt angebracht werden, um in einem axialen Abstand (dL) bzw. an nicht gleichen axialen Stellen (L11 ,L10) eine Lagerung der Welle (40) und eine11) are designed as a respective sleeve and each define an axis (100, 101), the two sleeves being mounted in a housing (30, 31) as a stator with eccentric or radially offset (dr) axes and axially offset in order to an axial distance (dL) or at different axial locations (L11, L10) a bearing of the shaft (40) and a
Lagerung des Außenrotors (2) als zwei Rotoren zu erhalten.Obtaining the outer rotor (2) as two rotors.
12. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei zwei Lagerbauteile in zwei axial beabstandeten Abschnitten (30i,30i') einer inneren Öffnung (31) des Stators im Stator (30) eingesetzt werden, und wobei die zwei Abschnitte der Öffnung (31) exzentrisch zueinander ausgebildet sind, um jeweils einen von zwei Rotoren einer der beiden Lagerbauteile zur Drehlagerung zuzuordnen.12. The method of claim 1, wherein two bearing components are used in two axially spaced sections (30i, 30i ') of an inner opening (31) of the stator in the stator (30), and wherein the two sections of the opening (31) are formed eccentrically to each other are to assign one of two rotors to one of the two bearing components for the rotary bearing.
13. Verfahren nach Anspruch 5 oder 12, wobei das erste Lagerbauteil (10) zur Lagerung der Welle (40) und das zweite Lagerbauteil (11) zur Lagerung des Rotors (2) vorgesehen ist. 13. The method according to claim 5 or 12, wherein the first bearing component (10) for mounting the shaft (40) and the second bearing component (11) is provided for mounting the rotor (2).
14. Verfahren nach Anspruch 12, wobei das erste Lagerbauteil (10) einen Außendurchmesser der äußeren Oberfläche (10a) mit dem ersten Durchmesser (d10a) aufweist und der zweite Lagerbauteil einen Innendurchmesser einer inneren Lagerfläche (11 i) mit dem Innendurchmesser (d11i) aufweist, und wobei der Innendurchmesser kleiner als der Außendurchmesser ist,14. The method according to claim 12, wherein the first bearing component (10) has an outer diameter of the outer surface (10a) with the first diameter (d10a) and the second bearing component has an inner diameter of an inner bearing surface (11 i) with the inner diameter (d11i) , and wherein the inside diameter is smaller than the outside diameter,
— für eine axiale Stützfläche (1 Oc) zwischen den Lagerstücken (10, 11 ) im Differenzbereich;- For an axial support surface (1 Oc) between the bearing pieces (10, 11) in the difference range;
— für eine axiale Lagerfläche (b,10b) innerhalb des Innendurchmessers.- for an axial bearing surface (b, 10b) within the inner diameter.
15. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei das zumindest eine Lagerbauteil ein beliebig geformter Lagerkörper ist, mit einer zur Lagerung geeigneten15. The method according to claim 1, wherein the at least one bearing component is an arbitrarily shaped bearing body, with a suitable for storage
Innenfläche (11i,10i).Inner surface (11i, 10i).
16. Verfahren nach Anspruch 11 , wobei der radiale Versatz (dr) und der16. The method of claim 11, wherein the radial offset (dr) and the
Innendurchmesser sowie der Außendurchmesser (d10a,d11i) so aufeinander abgestimmt sind, daß "beide Lägerkδfpe stirnseiffg an eTnem S üfz chenrihg (10c) umfänglich durchgehend aneinander anliegen.The inside diameter and the outside diameter (d10a, d11i) are matched to one another so that " both Lägerkδfpe lie face to face on a SÜfz chenrihg (10c) over the entire circumference.
17. Verfahren nach Anspruch 11 oder 14, wobei der radiale Versatz (dr), der genannte Innendurchmesser und der genannte Außendurchmesser der jeweiligen Hülse so aufeinander abgestimmt sind, daß sich ein umfänglich erstreckender Stirn- oder Streifenbereich (10c,10b,b) bildet, zur axialen Stützung bei der Festlegung des zweiten Lagerkörpers oder zur betrieblichen Lagerung (b) zumindest eines drehbaren Teiles des Mikrosystems (M), insbesondere des17. The method according to claim 11 or 14, wherein the radial offset (dr), said inner diameter and said outer diameter of the respective sleeve are matched to one another in such a way that a circumferentially extending end or strip region (10c, 10b, b) is formed, for axial support when fixing the second bearing body or for operational storage (b) of at least one rotatable part of the microsystem (M), in particular the
Außenrotors oder Innenrotors.Outer rotor or inner rotor.
18. Verfahren nach Anspruch 17, wobei der Streifenbereich als Stirnfläche (1 Ob) keine konstante Breite (b) entlang seiner umfänglichen Erstreckung aufweist.18. The method according to claim 17, wherein the strip area as the end face (1 Ob) has no constant width (b) along its circumferential extent.
19. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüchen, wobei der harte Werkstoff gehärteter Stahl, Keramik oder Hartmetall ist. 19. The method according to any one of the preceding claims, wherein the hard material is hardened steel, ceramic or hard metal.
20. Mikrosystem mit Fluiddurchsatz, welches Mikrosystem einen ersten Abschnitt zum Einlaß oder Auslaß von Fluid (F) aufweist und in einem zweiten Abschnitt mit zumindest einer Lagerstelle (10,11) versehen ist, wobei20. Microsystem with fluid throughput, which microsystem has a first section for the inlet or outlet of fluid (F) and is provided in a second section with at least one bearing point (10, 11), wherein
(a) ein Rotor (40,2) gegenüber einem Stator (30) über zumindest einen s Lagerkörper (10,11 ) drehgelagert ist, welcher Lagerkörper aus einem harten(a) a rotor (40, 2) is rotatably supported relative to a stator (30) via at least one bearing body (10, 11), which bearing body consists of a hard
Werkstoff vorgefertigt ist;Material is prefabricated;
(b) der Stator (30) einen den Lagerkörper (10,11) aufnehmenden inneren Oberflächenabschnitt (30i,30i') aufweist, der aus einem gegenüber dem Lagerkörper weicheren Werkstoff besteht. o 21. Mikrosystem nach Anspruch 20, wobei zwei Lagerkörper (10,11) aus dem harten Werkstoff ausgebildet und im Stator angeordnet sind.(b) the stator (30) has an inner surface section (30i, 30i ') which receives the bearing body (10, 11) and which consists of a material which is softer than the bearing body. 21. The microsystem according to claim 20, wherein two bearing bodies (10, 11) are formed from the hard material and are arranged in the stator.
22. Mikrosystem nach Anspruch 20 oder 21 , wobei zwei radial gegeneinander versetzte Lagerkörper so in dem Stator angeordnet sind, daß eine jeweilige Mittelachse (100,101) eines jeweiligen Lagerkörpers (10,11) einen radialen s Abstand voneinander besitzen (dr).22. Microsystem according to claim 20 or 21, wherein two radially offset bearing bodies are arranged in the stator such that a respective central axis (100, 101) of a respective bearing body (10, 11) have a radial distance s from one another (dr).
23. Mikrosystem nach Anspruch 20, rrilt zwei axial versetzten (dL), aber eng benachbarten Lagerstellen als gesonderte Lagerkörper (10,11 ) im Stator (30).23. Microsystem according to claim 20, rrilt two axially offset (dL) but closely adjacent bearing points as separate bearing bodies (10, 11) in the stator (30).
24. Mikrosystem nach Anspruch 20, wobei der Stator (30) eine für den Lagerkörper (10,11) zunächst nicht passende Aufnahme (30i\ 30i) als inneren 0 Abschnitt aufweist.24. The microsystem according to claim 20, wherein the stator (30) has a receptacle (30i \ 30i) which is initially not suitable for the bearing body (10, 11) as the inner section.
25. Mikrosystem nach Anspruch 24, wobei der zunächst nicht passende Abschnitt und der zumindest eine Lagerkörper (10,11) bei einem Einsetzen des Lagerkörpers in den nicht passenden Abschnitt einen Spalt mit einer Stärke größer Null ausbilden und in den Spalt (13) ein aushärtender Fügewerkstoff eingebracht wird, zur 5 Fixierung des Lagerkörpers gegenüber dem Stator nach einem Aushärten des25. Microsystem according to claim 24, wherein the initially mismatched section and the at least one bearing body (10, 11) form a gap with a thickness greater than zero when the bearing body is inserted into the mismatched section and a hardening gap (13) Joining material is introduced to fix the bearing body in relation to the stator after the
Fügewerkstoffs (12).Joining material (12).
26. Mikrosystem nach Anspruch 20, wobei der zunächst nicht passende Abschnitt ein Untermaß der Aufnahme (30i',30i) des Stators ist, in den ein gegenüber der Aufnahme ein radial größerer Lagerkörper (10,11) mechanisch eingepresst wird, 0 wobei der vom Werkstoff her härtere Lagerkörper einen Teil des26. Microsystem according to claim 20, wherein the section which does not initially fit is an undersize of the receptacle (30i ', 30i) of the stator, into which a bearing body (10, 11) which is radially larger than the receptacle is mechanically pressed, 0 of which of Part of the harder bearing body material
Aufnahmeabschnitts des Stators (30) verdrängt, zumindest aber in seiner Oberflächenstruktur verändert. Displaced receiving portion of the stator (30), but at least changed in its surface structure.
27. Verfahren zum Herstellen, Anpassen und/oder Einstellen zumindest einer27. Method of manufacturing, adapting and / or adjusting at least one
Lagerstelle in einem fluidischen Mini- bis Mikrosystem (M), welches System einen Stator (30) und zumindest einen Rotor (40,2) aufweist, wobei der Rotor an der zumindest einen Lagerstelle (L10,L11) gegenüber dem Stator drehbar gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, daßBearing point in a fluidic mini to microsystem (M), which system has a stator (30) and at least one rotor (40, 2), the rotor being rotatably mounted on the at least one bearing point (L10, L11) with respect to the stator, characterized in that
(a) der Stator vor dem Einsetzen von zumindest einem gesonderten(a) the stator before inserting at least one separate one
Lagerkörper einen zur Lagerung nicht geeigneten Abschnitt (30i,30P) aus einem gegenüber dem Lagerkörper (10,11 ) weicheren Werkstoff aufweist (als Unpassung); (b) die Unpassung durch Einsetzen, insbesondere Eindrücken oder Einkleben, des Lagerkörpers aus einem gegenüber dem Werkstoff des Stators härteren Werkstoff zu einer mechanischen Montage und Justagestelle wird, um die vom Lagerkörper definierte innere Oberfläche (11 i,10i) als Lagerfläche für die Drehlagerung des Rotors (40,2) räumlich-geometrisch hochgenau festzulegen.Bearing body has a section (30i, 30P) which is not suitable for storage and is made of a material which is softer than the bearing body (10,11) (as an incongruity); (b) the mismatch by inserting, in particular pressing or gluing, the bearing body out of a material that is harder than the material of the stator becomes a mechanical assembly and adjustment point around the inner surface (11 i, 10i) defined by the bearing body as a bearing surface for the rotary bearing of the rotor (40.2) to define spatially and geometrically with high precision.
28. Verfahren nach Anspruch 27, wobei das Eindrücken unter Verdrängen, zumindest aber Verformen einer inneren Oberfläche (30i) des Lagerkörpers erfolgt.28. The method according to claim 27, wherein the indentation takes place while displacing, but at least deforming an inner surface (30i) of the bearing body.
29. Verfahren nach Anspruch 27 oder 28, wobei ein aushärtender Werkstoff (12) in einem Spalt oder im Anschluß an die mechanische Verdrängung in noch verbleibende Zwischenräume eingebracht wird, um eine mechanische Fixierung und räumlich/geometrische Positionierung des Lagerkörpers als Lagerstelle nach dem Aushärten des Füllwerkstoffs (12) zu erhalten.29. The method according to claim 27 or 28, wherein a hardening material (12) is introduced into a gap or following the mechanical displacement in remaining gaps in order to mechanical fixation and spatial / geometric positioning of the bearing body as a bearing after the curing Obtain filler material (12).
30. Verfahren oder System nach einem der obigen Ansprüche, wobei das Lagerbauteil (10,11) einen Außendurchmesser von weniger als 15mm, insbesondere weniger als 10mm, und/oder einen Innendurchmesser von weniger als 5mm, insbesondere weniger als 2mm, aufweist, zur Lagerung des Außenrotors (2), insbesondere der Welle (40).30. The method or system according to one of the above claims, wherein the bearing component (10, 11) has an outer diameter of less than 15 mm, in particular less than 10 mm, and / or an inner diameter of less than 5 mm, in particular less than 2 mm, for storage of the outer rotor (2), in particular the shaft (40).
31. Verfahren nach Anspruch 27, wobei zwei Lagerstellen (L10.L11), zeitlich nacheinander festgelegt werden, eine durch Einpressen (10a,10i) und eine weitere durch Löten, Einkleben (11a,11i) oder Einpressen.31. The method according to claim 27, wherein two bearing points (L10.L11) are determined one after the other in time, one by pressing (10a, 10i) and another by soldering, gluing (11a, 11i) or pressing.
32. Verfahren nach Anspruch 3 , wobei zunächst eine Einpressung und danach eine Einklebung erfolgt. 32. The method according to claim 3, wherein first a press-in and then a gluing takes place.
33. Verfahren nach Anspruch 31 oder 32, wobei die eingepresste erste Lagerstelle als eine relativ zum Stator (30) estgelegte Hilfslagerstelle verwendet wird, um die zweite Lagerstelle (L11) räumlich/geometrisch zu positionieren, bevor sie durch den aushärtenden Werkstoff (12) festgelegt wird.33. The method according to claim 31 or 32, wherein the pressed-in first bearing point is used as an auxiliary bearing point set relative to the stator (30) in order to spatially / geometrically position the second bearing point (L11) before it is fixed by the hardening material (12) becomes.
34. Verfahren nach Anspruch 31 oder 33, wobei das Positionieren der zweiten Lagerstelle (11;11a,11i) in axialer (10b) und/oder radialer (10i, 11 i) Richtung erfolgt, gestützt von der ersten Lagerstelle ( 0) aus.34. The method according to claim 31 or 33, wherein the positioning of the second bearing point (11; 11a, 11i) in the axial (10b) and / or radial (10i, 11 i) direction takes place, supported by the first bearing point (0).
35. Verfahren zum Herstellen einer ersten und einer zweiten Lagerstelle für zwei rotierende Körper (2,40) und Bilden eines Gesamtsystems aus Stator und relativ dazu drehbaren Rotoren, wobei das mechanisch präzise Gesamtsystem aus zwei Lagerstellen (L10,L11) und korrespondierend zwei Rotoren (2,40) entsteht — aus einfachen aber mechanisch/geometrisch präzisen Körpern (10,11 ), und einem zur Lagerung ungenauen Stator (30) sowie einer die präzisen Körper zueinander und zum Stator festlegenden Verbindungstechnik; — aus einem sich anschliessendem Einfügen und Lagern der zwei35.Method for producing a first and a second bearing point for two rotating bodies (2, 40) and forming an overall system comprising a stator and rotors rotatable relative thereto, the mechanically precise overall system comprising two bearing points (L10, L11) and correspondingly two rotors ( 2.40) arises - from simple but mechanically / geometrically precise bodies (10, 11), and a stator (30) which is inaccurate for storage, and a connection technique which defines the precise bodies to one another and to the stator; - from a subsequent insertion and storage of the two
Rotoren (2,40) in dem durch die Verbindungstechnik und die präzisen Körper (10,11 ) zur Lagerung geeigneten Stator (30;10,11 ).Rotors (2.40) in the stator (30; 10.11) which is suitable for storage due to the connection technology and the precise bodies (10.11).
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