WO2000017523A1 - Gehäuseaufbau zur aufnahme einer mikrozahnringpumpe - Google Patents

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WO2000017523A1
WO2000017523A1 PCT/EP1999/006959 EP9906959W WO0017523A1 WO 2000017523 A1 WO2000017523 A1 WO 2000017523A1 EP 9906959 W EP9906959 W EP 9906959W WO 0017523 A1 WO0017523 A1 WO 0017523A1
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WO
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plate
layer structure
fluid
housing
housing structure
Prior art date
Application number
PCT/EP1999/006959
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English (en)
French (fr)
Inventor
Sven Erdmann
Gerald Voegele
Thomas Weisener
Original Assignee
Hnp Mikrosysteme Gmbh
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Publication date
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Priority to DE59909817T priority patent/DE59909817D1/de
Priority to EP99948800A priority patent/EP1115979B1/de
Priority to US09/787,699 priority patent/US6520757B1/en
Priority to AT99948800T priority patent/ATE269944T1/de
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Priority to US10/345,048 priority patent/US20030124012A1/en

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C2/00—Rotary-piston machines or pumps
    • F04C2/08—Rotary-piston machines or pumps of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing
    • F04C2/082—Details specially related to intermeshing engagement type machines or pumps
    • F04C2/086—Carter
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C13/00—Adaptations of machines or pumps for special use, e.g. for extremely high pressures
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C2240/00—Components
    • F04C2240/70—Use of multiplicity of similar components; Modular construction

Definitions

  • the invention relates to a housing structure for receiving and storing e.g. a fluid-promoting micropump that works on the principle described in WO-A 97/12147;
  • a fluid-promoting micropump that works on the principle described in WO-A 97/12147;
  • This document is explicitly referred to when operating this type of pump or a corresponding fluidic motor type, in particular page 1 (paragraph 2), page 5 (paragraph 4) and page 6 (last paragraph) and page 7 (first paragraph).
  • An inner wheel and an outer wheel are designed to mesh with one another and are arranged; both the inner wheel and the outer wheel are rotatably arranged in a sleeve, cf. there Figures 1, 1a, 2 and 2a and Figures 3a, 3b and 3c.
  • the inner wheel is coupled in a rotationally rigid manner to a shaft (there 50).
  • the axis of the outer wheel and the sleeve is offset with respect to the axis of this shaft, so that there is an eccentric rolling of the inner wheel with its outwardly facing teeth on the inward-facing gentle, in particular cycloidal, tooth structure of the outer wheel and according to the number of teeth dimensioned form axial sealing lines, each defining a delivery chamber in pairs.
  • these delivery chambers expand in the direction of rotation on the suction side, take up fluid there and deliver it via an imaginary central plane running through the axis to the pressure side, on which the delivery chamber that has just passed steadily decreases in the course of further rotation until it practically becomes zero and is guided back to the suction side on the opposite side of the central plane.
  • the pump chamber begins to open again with the rotary movement, so that the cycle closes.
  • the movement described for a delivery chamber applies simultaneously to all existing delivery chambers, which at the moment each have a different volume between a respective pair of sealing lines, so that when the pump is operating there is a highly uniform delivery flow with a high ability to miniaturize the entire microsystem structure .
  • a sleeve is chosen as the bearing, into which sleeve insert parts (there 41, 42) are used on both end faces of the inner wheel and outer wheel, which are used for mounting the shaft and for specifying the inlet kidney and outlet kidney (specifically explained there in Figure 8 with reference to inlet kidney 41k and outlet kidney 42k).
  • the inlet kidney is offset by 180 ° from the outlet kidney (mirrored), but at two opposite ends, so that there is an axial fluid flow from the inlet kidney via which is constantly in the Volume-changing delivery chambers according to the above statement on the outlet kidney results.
  • such a pump can also work with a U-shaped fluid flow, in which case the inlet kidney and the outlet kidney are located on the same end face of the pump, only mirror-inverted by 180 ° (mirrored on the median plane that runs through the axis).
  • a microsystem is to be inserted or inserted into a housing structure, so that it is securely and precisely stored, but at the same time there are all connection options which provide the fluid inlet, the fluid outlet and the coupling of the mechanical drive source for rotating the pump shaft (for an interior - or outer wheel pump) or the output shaft (with a fluidic motor) or the metrological side (with a fluidic sensor) for a volume flow.
  • a possible housing shape for holding such a micropump is described in a data sheet "Pump head mzr ® -4600” from Hydraulik Nord Parchim Mikrosysteme GmbH.
  • This pump head shows a shaft that protrudes from the front for coupling a motor.
  • Five disc-shaped elements form the housing structure as cylinder elements, starting with a housing shaft seal, a compensating kidney plate and a rotor mounting plate, followed by a fluid guide and an end cover.
  • the rotor holder has a thickness (or
  • a bore is provided in the receiving plate, which is offset eccentrically with respect to the axis of the shaft for driving the inner wheel, so that the outer wheel of the micro-toothed ring pump is mounted off-center in the opening of the plate and the above-described mode of operation of the continuously expanding and on the opposite side results in continuously reducing delivery chambers in volume - if the shaft is driven by a rotary drive.
  • DE-B 33 10 593 shows a housing structure for a pump arrangement (there, FIG. 1, reference number 22) which, together with a wobble rod, realizes an eccentrically operating gerotor.
  • an outlet is provided centrally and, on the other hand, an inlet is offset radially, while intermediate plates having a plurality of channel segments (cf. FIGS. 2, 3, 4 and 5) are provided in between.
  • DE-A 24 08 824 (McDermott, cf. FIG. 4) works with only three plate-shaped structures; the latter figure shows the gerotor principle in connection with a compensation of wear of the intermeshing teeth, whereby channel segments are provided in the directly adjacent area between an inner disk and the two outer bearing disks for the shaft.
  • CH-A 661 323 (Weber) also deals with channel segments in a housing structure made up of several disks, which, in the manner of a modular system, assembles a gear pump from several easily assembled, replaceable and expandable components, actually describing a housing for accommodating such a pump .
  • the housing structure is to be improved so that an increased flexibility of the housing structure is possible and not each of the plate-shaped elements described has to be manufactured separately for each application - as the underlying problem.
  • this is achieved if at least one, but preferably two or more plate-shaped layered structure elements are arranged between the receiving plate for receiving the outer element of the microsystem and the connecting block for attaching connections for inlet and outlet (claim 1, claim 6, Claim 7, claim 20, 23 or 22), with which the fluid guidance in the layered structure elements, that is to say from the inlet to the microsystem in the receiving plate (inlet channel) and back to the outlet (outlet channel), can be improved and made more flexible.
  • the at least one further plate-shaped layer structure element carries one, two or more channel segments which are either essentially radial, circumferential or axially directed. There can only be axially directed channel segments, but there can also be only substantially radially directed segments, just as a combination of the two channel segments (claim 19) makes the fluid guide freely configurable without the mounting plate needing to be changed and without the connection block can be adapted with its fluid supply got to.
  • the adaptation takes place via the at least one further plate-shaped layer structure element and can therefore justify a greater flexibility of the existing standard elements for the fluid supply or the receiving plate.
  • connection block for the connections of the hoses is a standard component that does not require any particular precision
  • mounting plate for the rotor has to be designed as a precision part and also the plate-shaped ones adjacent to it
  • Layer structure elements which are formed as one of the further plate-shaped layer structure elements and an additional plate-shaped layer structure element (claim 1, claim 8).
  • the kidneys explained in detail at the beginning, the inlet kidney and outlet kidney in one plate and the compensating kidneys in the other plate being arranged in mirror image.
  • the kidneys are actually circumferentially curved channel segments which can also have a uniform width and in which fluid is guided. At the same time, they are axially continuous in the "kidney plate” on one side and in the mirror-image "kidney plate” on the other side of the mounting plate for the microsystem, and they each end on the surface of the associated plate or with which this plate then covering another plate of the layer structure of the housing (claim 3).
  • a channel system for supplying fluid to the microsystem and a second channel system, which is circumferentially offset relative to this in the plate-shaped layer structure element, for discharging the fluid coming from the microsystem on the outlet side (for example the pressure side of the micropump).
  • Each of the channel systems leads from an installation location for the microsystem, for example the pump, located far in the center of the housing structure, both in the axial direction and in the radial direction away to the connection block for the attachment of the connections for inlet and outlet.
  • the further disk preferably has both a radial and an axial channel segment in the first channel system and in the second channel system.
  • the fluid control can thus be displaced strongly in the radial direction in order to enable thicker connecting lines and still a shaft in the shaft receptacle on both sides of the one receiving the microsystem Provide mounting plate.
  • the shaft opening therefore extends to both sides of the mounting plate, and the shaft is supported on both sides of the microsystem.
  • the micropump is to be understood as an illustrative example, in the same way the housing structure is suitable for the use of other microsystems, such as a fluidically operated micromotor, to which a fluid stream is supplied as a drive, and an output on its shaft with a speed corresponding to the fluid stream delivers.
  • a fluidically operated sensor is possible as a microsystem, which is inserted into the housing structure and which measures a fluid flow, in which case the shaft does not have to be completely led out of the housing, but is only provided as a shaft stub for mounting the rotor while the sensor is being scanned Speed that corresponds to the fluid flow, can be optical, inductive or magnetic.
  • the proposed housing is therefore versatile in use for practically all microsystems working with fluid throughput, of which the pump, the motor and a sensor are addressed representatively.
  • the axial channel sections in the further plate-shaped layer structure element, which directly adjoins the mounting plate for the microsystem, can be specially designed (claims 5 and 16 to 19). If its length is shorter than the height (or thickness or thickness) of this layered structure element, the axially continuous kidney is coupled laterally offset if the diameter of the axial channel segment is larger than the maximum kidney width at the coupling point.
  • the entire volume of the fluid that collects in the axially continuous kidney can thus be discharged easily and without flow obstacles, it being advisable to choose the flow cross section of the bore such that it essentially corresponds to the cross section of the kidney at the location of the maximum flow ( Claim 17) corresponds to which cross section in operation is penetrated by the liquid to be conveyed through the channel segments.
  • the maximum volume flow (volume per time) is found on both sides (suction side / pressure side) of a pump or a motor and is not constant in the course of a circumferentially extending kidney, which is due to the way the volume of a respective delivery chamber changes during the rotary movement is due.
  • this maximum volume flow is located in a clockwise rotating pump, in the first quadrant at an angle between 75 ° and 85 °, in particular approximately between 80 ° and 85 ° and correspondingly symmetrical in the second quadrant (Claim 17, 18).
  • a radially oriented, elongated through-opening through the further layer structure element between the connection block and the first further layer structure element which carries the kidneys results from the combination of an axial and an essentially radial channel segment, the radial channel segment being one in the axial direction oriented depth that corresponds to the axial extent of the second (further) layer structure element (claim 20).
  • This channel section results in a displacement function for the fluid flow, which leads from areas close to the axis to areas radially further outward, where two juxtaposed connections can be placed in the connection block for the inflow and outflow of the fluid without problems.
  • oblique bores or channel segments which are oriented obliquely or obliquely to the axis, can be avoided in the layer elements.
  • the channel segments according to the invention either run radially, circumferentially or axially, or in any combination thereof, so that each point in the housing structure can be reached, described with cylinder coordinates, composed of the respective axial channel segment, circumferential channel segment or radial channel segment required for this.
  • the entire layer structure of the housing is clamped together axially, for example by centering pins and / or cheese head screws, which are inserted at an end piece, on which there is also a mounting option for the micropump accommodated in the housing.
  • On the other axial side of the housing are the connections for the inflow and outflow of the fluid, they can either be directed radially or axially, depending on the design of the connection block.
  • the invention enables a fluidic transition of the connection technology with relatively large dimensions to the miniaturized flow technology
  • microsystem such as micropump
  • - enables miniaturized production of micro tooth ring systems
  • Fine stamping, etching, laser etc. can be created; enables replacement of wear parts such as bearings; - enables batch processing of several parts at the same time; enables the use of an identical semi-finished product (starting material) for all functional areas; enables the direct stacking of several rotor sets.
  • a drive source such as a regulated or unregulated motor
  • both the drive motor and the housing structure for the micropump have a projecting collar, which are preferably not of the same dimensions
  • the collar engages in a recess which is precisely matched to the collar, the two recesses in the coupling housing being axially precisely aligned with one another. If the pump and drive motor are inserted from both axial sides of the clutch housing into the corresponding recesses with their respectively precisely fitting collars, it can be ensured that the shafts are then axially aligned and remain axially aligned via an intermediate piece. Radial misalignment of the shafts can be safely avoided in this way, the assembly is favored and accelerated.
  • This coupling housing can be covered by an externally polygonal, in particular quadrangular or octagonal, sleeve, from which the motor and pump protrude on both sides at the end faces.
  • This coupling can also be used for other combinations of fluidic microsystems.
  • the invention thus creates clarity, provides easy-to-manufacture individual parts, simplifies production and increases flexibility and accuracy during assembly: only the necessary layer structure elements have to be precision-made, while other, uncritical layer structure elements can remain as standard components.
  • the layered structure elements if they are plate-shaped, can preferably have the same thickness (the measured height in the axial direction) and can accordingly be produced from the same plate material as a semi-finished product. The same semi-finished product is used as the starting product for several layer structure elements arranged axially one behind the other, which then all have the same quality features of the starting plate (claim 12).
  • the elongated axial opening is called “shaft opening", for receiving the shaft when installing a microsystem.
  • the opening is elongated, it extends continuously through the receiving plate and in both axial directions of the housing structure, whereby it extends at least through the further plate-shaped layer structure, the receiving plate and the connection block or the base block, to extend "continuously".
  • the two layer structure elements directly adjacent to the mounting plate (for the microsystem) with their section of the shaft opening can serve as bearings for the shaft with a slide bearing.
  • an additional bearing can be provided in the base block, which can be designed as a roller or slide bearing, around the shaft in a section between the drive and the output (for pump and motor or for fluidic motor and drive ) is to support in addition.
  • the shaft can be stabilized in the plain bearings, which extends the life of these bearings.
  • a shaft lock can be provided that has an axial Dislocation of the shaft prevented. This shaft lock is unnecessary if the additional bearing is provided in the base block; then the shaft does not need to extend into the connection block, but can end beforehand, which applies accordingly to the shaft opening of the housing.
  • extension in the axial direction, radial direction and circumferential direction are based on cylindrical coordinates, but a plate-shaped layered structure is not necessarily cylindrical in its outer shape, rather it is a polygonal, square, hexagonal or octagonal outer shape, as well as non-circular, how oval shapes circumscribed by the invention.
  • the radial course is only essentially to be seen in this way.
  • extension serves to facilitate understanding, but not to limit the possibility of implementing the invention.
  • the terms "disc” and “plate” are used to describe a flat shape with no specific external dimension or shape, although it is advantageous to choose a cylindrical shape that conforms to the cylindrical shape of the micropump outer wheel oriented, but it is not absolutely necessary.
  • Figure 1 illustrates in an exploded view an embodiment of the
  • FIG. 2 illustrates an assembled state of the exemplary embodiment from FIG. 1, the mounting screws 13 and centering pins 14 being laid and tightened through the layer structure and a quarter section allowing an insight into the layer structure and the microsystem MP.
  • FIG. 2a illustrates the example in the same way as FIG. 2, the micropump being better recognizable in the center of the housing structure.
  • Figure 3 is a schematic representation of the sequence of
  • FIG. 4 illustrates in three individual images a top view and a section AA and BB.
  • the fluid guidance can be seen by lining up the channel segments according to FIG. 3, only in the section AA on both sides of the central plane BB.
  • FIG. 5 illustrates a layered structure element 31 which is cylindrical here and which carries the kidney-shaped channel segments and axial bores.
  • FIG. 5b illustrate enlarged sections from FIG. 5, relating to the shape and arrangement as well as the alignment of the kidneys and axial
  • FIG. 6 illustrates a receiving plate 30 for receiving the micropump in a cylindrical opening 30a provided eccentrically in the center area.
  • FIG. 7 illustrates in plan view and in two sectional representations from the planes AA and BB an example of an “additional” plate-shaped layer structure element 32 which is arranged on the other side of the receiving plate 30 for the micropump shown in FIG. 6, while on the one side the example of a "further" plate-shaped layer structure element 31 shown in FIG. 5 is to be arranged.
  • FIG. 8 shows a further plate element 20 in top view and section, in which fluid-carrying radial and axial segments 20a, 20r are arranged.
  • FIG. 9 illustrates an example of assembly of the pump via a coupling part 80 to the motor M.
  • the terms of the additional layer structure element and the further (first and second further) layer structure element are used uniformly.
  • the starting point and the structure structure defining the concept is the mounting plate for the microsystem as an inner plate and a connection block 11 on one side and a plate-shaped base 12 on the other side.
  • Terminal block and plate-shaped base do not have to be directly plate-shaped, they can also be made longer in the axial direction individually, so that block structures on one or both sides are created.
  • the microsystem which is referred to in the following as the micropump MP, has a structure, shown schematically in FIG Recess 30a mounted outer rotor A engages.
  • An external gear pump can also be used, which is arranged either via a shaft or directly loosely in an appropriately designed long oval recess, in which two meshing external gears are mounted as a first and a second functional part of a fluidically operated microsystem.
  • FIG. 1 shows two layer structures first picked out for explanation, the connection block 11 and the base 12, which is approximately plate-shaped. Between the two is the already mentioned mounting plate 30 with the recess 30a adapted to the microsystem, which is prepared here for an eccentric mounting of the outer rotor A with respect to the housing axis 100, which is formed by the shaft 50. Two further plate-shaped disks 20 and 31 are provided between the receiving plate 30 and the connector 11 for the fluid feeds, mostly plastic hoses 60 with corresponding fitting pieces for fixing in receiving openings 11a 1 , which also each have a central opening for receiving the shaft 50.
  • two additional plate-shaped layer structure elements 32, 40 are provided, which also have a central opening for receiving the Have wave.
  • the shaft protrudes on the side from the clamped housing according to FIG. 2a (the mirror image 1), on which the plate-shaped base 12 is provided, in order to flange-mount a drive there on the protruding shaft stub, which is done via the hat-shaped elevation 71 shown there according to FIG. 9 explained later, on the other side it stands not out.
  • FIG. 2a The individual function carriers of FIG. 1 can be seen spanned together in FIG. 2a.
  • the micropump MP can only be seen schematically, just like in FIG. 2, but the layer structure structure with the fluid guide from the tubes 60 to the microsystem can be clearly seen, which is shown schematically in a greatly enlarged sectional view in FIG. 3.
  • FIG. 3 shows the same layer structure elements that have been explained in FIG. 1.
  • a channel 1 runs via channel segments 11a, 20a, 20r, 31a and 41k to the micropump MP, and on the mirror-image side, not shown in FIG. 3, opposite the axis 100 from the micropump MP back to the outlet of the housing.
  • the mounting base 11 serves to hold the fluid supply and to fix the hoses.
  • the hoses are fixed with sleeves and tensioning elements, usually ferrules, in the cylindrical receiving bore 11a 'and sealed at the end.
  • a connecting bore 11a which is much smaller in diameter, goes from the much larger diameter receiving bore to the front end of the receiving block 11.
  • FIG. 3 shows this fluid flow in the diagram.
  • a fluid-directing and guiding further plate-shaped layer structure component adjoins the receiving block 11 and, according to FIG. 3 and FIG. 2, has an initially axially extending channel segment 20a.
  • This axial channel segment 20a merges into a radially directed channel segment 20r, in order to then run again in an axial direction, which results automatically when the radial segment is introduced directly on the end face of the further layer component 20 facing away from the inlet.
  • the fluid With the axial, radial and again axial guidance, the fluid is deflected and allows the fluid to be brought closer to the shaft, where the micropump MP is used to receive the fluid in the recess 30a.
  • the plate-shaped layer component 20 can also realize the axial / radial channel guidance by continuously introducing an elongated hole which takes over both the axial component and the radially directed fluid guidance. There then remains no residual web 21, which is still shown in FIG. 3, which results when the radial channel segment 20r is not as deep as the further plate segment 20 is high in the axial direction.
  • This kidney 41 k and the axial bore 31 k will be explained in more detail later in FIGS. 6 and 7, where enlarged sections for the orientation, size and shape of this kidney 41 k and the axial channel segment 31 k are also shown.
  • the micropump MP is rotatably received with its outer rotor A, and the fluid F reaches a plurality of delivery chambers of the meshing wheels A, 1 on the suction side via the circumferential kidney 41k.
  • kidneys 42k are arranged in an additional plate 32, which are aligned with respect to the kidneys 41k described first.
  • This second “kidney plate” 32 connects directly to the receiving plate 30 for the microsystem MP.
  • the second kidney plate thus carries circumferentially oriented channel segments with the compensating kidneys 42k. Fluid is not removed in the axial direction in these channel segments. Rather, the fluid flow returns after shifting the delivery chambers of the micropump MP to the pressure side to the other side of the central plane of the housing structure, which is not shown in FIG. 3, but is easily imaginable as a mirror image, in order to move the fluid F from the micropump MP to the same way To lead outlet and the associated hose 60.
  • the fluid in the first further layer plate 20 is displaced strongly in the radial direction, so that it is guided away from the shaft so that the connections can be fixed in the connection block 11 without spatial difficulties.
  • the layer component 40 which directly adjoins the second kidney plate 32, does not carry any channels, but rather serves to support the shaft with a shaft seal 53, which can be seen in FIG. 1.
  • the second additional plate 40 is followed by the already described mounting block 12, which can clamp the entire housing in the axial direction, as well as mounting options according to FIG. 2 in the form of a cylindrical Bundes 71 offers to flange a motor to a pump and, in reverse operation with a fluidic micromotor in the housing structure, can also drive a corresponding pump on the other side.
  • the bearing of the shaft is also clear from Figures 1, 2 and 2a.
  • the torsionally rigid locking results from a pin 53 which engages in a corresponding recess in the inner rotor 1 during assembly.
  • the shaft 50 is guided for precise alignment in two central recesses in the plates 31 and 32, which are directly adjacent to the receiving plate 30.
  • the further and additional plates outside of these plate elements arranged near the plate 30 and taking over the bearing function show a greater play with regard to the opening for the shaft.
  • An axial shaft lock 51 can be provided in the connection block 11, which prevents the shaft 50 from moving axially.
  • a shaft seal 52 is provided, which seals the inside of the pump from the environment and enables a hydraulic balance for the shaft.
  • the shaft does not experience any axially directed forces and is in hydrostatic equilibrium. If an additional bearing is provided in the base block, the shaft lock 51 can be omitted and the shaft can also engage in the connection block.
  • the inner layered mounting plates 31, 30 and 32 are precision-made, they have high surface quality and high accuracy, which applies to both the shaft bearing 50 and the rotor bearing A.
  • the plates of the layer structure lying further out need not have the high precision that the inner elements have. Rather, they can be used as standard components and can be made from less high-quality semi-finished products.
  • Two different semi-finished products are preferably used to manufacture the plate-shaped layer structures of FIG. 1; such higher quality in terms of surface quality, planarity and flatness for the precision plates and those with just sufficient surface quality for the other plate-shaped elements of the whole
  • FIG. 4 illustrates with the same reference numerals the elements explained in FIG. 1 in an axial section AA and an axial section BB offset by 90 °, as well as a view from the axial side from which the shaft 50 protrudes.
  • the pins 14 keep the structure centered and aligned with each other. Bores for cheese head screws 13 are provided at an angle of 90 ° in each case, for clamping the layer arrangement aligned with the pins 14.
  • both channel systems 1, 2 provided circumferentially offset in the layer structure elements can be seen. They do not have to be symmetrical with respect to the axis, but according to the supervision in FIG. 4 they can be rotated by 180 ° with respect to one another.
  • the radial extent of the microsystem is only slight, and the shift from the fluid generator or fluid consumer or fluid sensor located near the axis 50, depending on the type of application, to the connection block takes over the further plate 20 with the essentially radially outwardly channel segments, which are not themselves has the kidneys for the inlet and outlet flow of the microsystem, but only serves to guide and redirect the fluid, in particular in the radial direction.
  • the radial fluid deflection with the channel segment 20r can be seen both in a top view (on the dashed lines) and in the sectional view BB. It lies between an axial piece 20a, which directly adjoins the channel extension 11a, which has a small diameter and starts from the receptacle 11a '.
  • the radial channel segment 20r opens into the next layer plate 31 in an axial bore which is offset with respect to the kidney which then follows, which will be explained with reference to FIG. 5.
  • connection block 11 has a central depression. All plates are each sealed with O-rings 55 with respect to the next following plate, for which purpose an annular groove is provided on the end face of at least one of the plates lying against one another.
  • the illustration in FIG. 5 shows both a top view and two sectional views AA and BB. 5a shows enlarged sections of the center area of FIG. 5a and a section along ZZ in FIG. 5b.
  • FIG. 5 explains the first kidney plate 31, which is arranged between the first further plate 20 and the receiving plate 30 used for orientation as the center of the explanation.
  • the "further" plate 31 lies directly on the receiving plate 30 for the microsystem.
  • 5a, 5b show the position, orientation and size of the kidneys 41k, 41k 'and the axial inflow bores 31k, 31k' which open at a predetermined point along the circumferential extension of the kidneys in the radial direction.
  • FIG. 5 shows the two kidneys 41 k, 41k ', which are mirror-symmetrical with respect to the central plane B-B and extend somewhat less than 180 °. They are located in the first and second quadrants (oriented counterclockwise)
  • Inflow bore 31k and the bore 31k ' which provides the outflow after the U-shaped deflection through the microsystem - which is not shown here.
  • FIG. 5b shows that the central recess serves to receive the shaft 50.
  • the kidneys are designed so deep in the axial direction that they penetrate the entire plate 31, that is to say form axial channels, and at the same time they form circumferentially oriented channels.
  • the cross section for inflow and outflow is further increased by arranging an additional bore 31k, 31k 'with a larger diameter than the kidney has at the radial width at the point at which the bore cuts it.
  • the two driving beams C and C each show the angular orientation with respect to the central plane B-B; it is in the range between 75 ° and 85 ° in the first and second quadrants.
  • the areas of the greatest volume flow during the operation of the microsystem are located at the described coupling areas to the kidneys, both with inflow and outflow, which results from the type of enlargement and reduction of the volume chambers during rotation.
  • the axial bores which additionally enlarge the outflow cross section and inflow cross section, which do not run entirely through the plate 31, but are provided as attached blind holes.
  • the blind hole 31k or 31k ' is first made and then the shape of the kidney 41k, 41k' is added using an erosion process, so that the combinatorial axially expanded inflow path with the circumferentially oriented kidney volume results.
  • Figure 5b shows this orientation clearly, along the section ZZ, which is shown in Figure 5a.
  • FIG. 7 An additional plate 32, which is arranged on the other side of the receiving plate 30 shown in FIG. 6 with an eccentric opening 30a, is shown in FIG. 7.
  • the axes AA and BB are still closed by 90 ° twist so that the kidneys lie directly one above the other.
  • These compensating kidneys are located directly opposite the inflow and outflow kidneys 41k and 41k '. They have the same shape, the same circumferential extension and also go completely axially through the additional plate 32, with which they form both an axial channel segment and a circumferential channel segment. However, the axial channel segment ends on the surface of the additional plate 32.
  • the first further plate 20, which was already explained in detail with reference to FIG. 4, is shown in FIG. 8 in a top view and in a sectional view A-A for additional illustration.
  • the sectional view illustrates the
  • Each of the fluid-directing composite channel segments is composed of at least one axial segment 20a and one radial segment 20r.
  • the radial segments can still be slightly inclined in the circumferential direction, as can be seen from the top view.
  • the radial segments can be completely milled out or elongated openings produced by wire erosion, which then realize both an axial inflow 20a and a radial fluid deflection following the elongated hole.
  • housing structure G to which connections 60, 61 lead.
  • the shaft 50 protrudes in the direction of a motor M to be flanged, which in turn has a shaft journal 59.
  • the coupling of these two shaft journals, without radial offset and axially exactly aligned, runs via a coupling piece 80, which has a precisely predefined bore 81, 82 on both end faces, which is usually precision-machined as a round opening.
  • a respective collar 71, 72 is arranged on the front side of the housing G for the microsystem and on the front side of the motor M so that they fit exactly into the bores 81, 82.
  • the cylindrical Openings 81, 82 are precisely aligned with one another, and if the two functional elements M, G are inserted into these openings, the axes 59, 50 are aligned. Before insertion, a shaft connector 58 is attached, which is initially loosely plugged onto the shaft end 50 in order to then be pushed together with the latter into the receptacle 81 until the collar 71 on
  • Housing structure G comes to lie snugly in the receptacle 81.
  • the motor M is plugged on from the other side, in which the collar 72 is fitted into the opening 82 in the same way.
  • the shafts 50 and 59 are each fixed to the shaft connector 58, so that the drive connection is aligned in a central position, without radial offset.
  • An additional cover H can be pushed over the coupling piece 80 as a sleeve with a possibly chamfered polygonal outer structure, so that a structure is obtained which has a connector that appears polygonally to the outside, a first functional element G on the left and a second functional element M on the right .
  • Motor M and pump housing G can also be interchanged, just as two housing structures G can be flanged together, one accommodating a fluid motor and the other a fluid pump. Cascading is possible.
  • housing structure G is provided with an outer surface that appears cylindrical.
  • a polygonal outer surface is also possible here
  • Axial direction has substantially evenly extending side surfaces in order to have no steps directed in the axial direction.
  • the cylindrical bores 81, 82 explained in FIG. 9 can have a different diameter, adapted to the respective collars 72, 71 of the functional parts G, M intended for them.
  • the coupling piece 80 has a hollow passage between the end faces, which is additionally accessible laterally through two recesses 83, 84 which run in a secant and mirror-image fashion.
  • the plate-shaped layer structure in FIG. 2 not only shows plates of the same thickness (the same thickness), but it would be advantageous to produce all plates from the same layer thickness. It can be seen schematically in FIG. 3 that the channel which runs through these plates of essentially the same thickness has essentially the same cross-section along its extent in order to avoid dead volumes.

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Abstract

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

Description

GEHÄUSEAUFBAU ZUR AUFNAHME EINER MIKROZAHNRINGPUMPE
Die Erfindung befaßt sich mit einem Gehäuseaufbau zur Aufnahme und Lagerung einer z.B. ein Fluid fördernden Mikropumpe, die nach dem Prinzip arbeitet, wie in WO-A 97/12147 beschrieben; auf diese Schrift wird bei der Betriebsweise dieses Pumpentyps oder eines entsprechenden fluidischen Motortyps explizit bezug genommen, insbesondere dort Seite 1 (Absatz 2), Seite 5 (Absatz 4) und Seite 6 (letzter Absatz) sowie Seite 7 (erster Absatz). Ein Innenrad und ein Außenrad sind miteinander kämmend ausgebildet und angeordnet, sowohl das Innenrad als auch das Außenrad sind drehbar in einer Hülse angeordnet, vgl. dort Figuren 1 , 1a, 2 und 2a sowie die Figuren 3a, 3b und 3c. Mit einer Welle (dort 50) ist das Innenrad drehstarr gekoppelt. Gegenüber der Achse dieser Welle ist die Achse des Außenrades und der Hülse versetzt, so daß sich eine exzentrische Abrollung des Innenrades mit seinen nach außen gerichteten Zähnen auf der nach innen gerichteten sanften, insbesondere zykloidischen, Zahnstruktur des Außenrades erfolgt und sich nach der Anzahl der Zähne bemessen axiale Dichtlinien bilden, die jeweils paarweise eine Förderkammer definieren. Diese Förderkammern erweitern sich bei einer Pumpenanordnung in Drehrichtung auf der Saugseite, nehmen dort Fluid auf und fördern es über eine gedachte, durch die Achse verlaufende Mittelebene herüber auf die Druckseite, auf der sich die soeben herübergetretene Förderkammer im Zuge der weiteren Drehung stetig verkleinert, bis sie praktisch zu Null wird und auf der gegenüberliegenden Seite der Mittelebene wieder zurück auf die Saugseite geführt wird. Hier beginnt die genannte Pumpenkammer sich wieder stetig mit der Drehbewegung zu öffnen, so daß sich der Zyklus schließt. Die für eine Förderkammer beschriebene Bewegung gilt simultan für alle bestehenden Förderkammern, die zu einem momentanen Zeitpunkt jeweils ein unterschiedliches Volumen zwischen einem jeweiligen Paar von Dichtlinien haben, so daß sich bei Betrieb der Pumpe ein höchst gleichmäßiger Förderstrom bei hoher Fähigkeit zur Miniaturisierung des gesamten Mikrosystemaufbaus ergibt.
Eine hohe Miniaturisierung erfordert es, daß diese z.B. als Pumpen gestalteten fluidischen Mikrosysteme auch entsprechend gelagert oder angeordnet werden. So ist im beschriebenen Stand der Technik der WO-A 97/12147 eine Hülse als Lager gewählt, in welche Hülse auf beiden Stirnseiten des Innenrads und Außenrads Einsetzteile (dort 41 , 42) eingesetzt werden, die zur Lagerung der Welle und zur Vorgabe der Einlaßniere und Auslaßniere (dort spezifisch in Figur 8 erläutert, mit Bezug auf die Einlaßniere 41k und die Auslaßniere 42k) dienen. Die Einlaßniere ist um 180° gegenüber der Auslaßniere versetzt (gespiegelt), aber an zwei gegenüberliegenden Enden, so daß sich ein axialer Fluidstrom von der Einlaßniere über die sich stetig im Volumen verändernden Förderkammern gemäß obiger Darlegung zur Auslaßniere ergibt. Eine solche Pumpe kann aber ebenso mit einem U-förmigen Fluidstrom arbeiten, dann befinden sich die Einlaßniere und die Auslaßniere auf der selben Stirnseite der Pumpe, lediglich um 180° gegeneinander spiegelverkehrt versetzt (gespiegelt an der Mittelebene, die durch die Achse verläuft). Ein solches Mikrosystem soll erfindungsgemäß in ein Gehäuseaufbau eingefügt werden oder einfügbar sein, so daß es sicher und genau gelagert ist, gleichzeitig aber alle Anschlußmöglichkeiten gegeben sind, die den Fluideinlaß, den Fluidauslaß und die Ankopplung der mechanischen Antriebsquelle zur Drehung der Pumpenwelle (bei einer Innen- oder Außenradpumpe) oder die Abtriebswelle (bei fluidischem Motor) oder die meßtechnische Seite (bei einem fluidischen Sensor) für einen Volumenstrom ermöglichen.
Eine mögliche Gehäuseform zur Aufnahme einer solchen Mikropumpe ist beschrieben in einem Datenblatt "Pumpenkopf mzr®-4600" von Hydraulik Nord Parchim Mikrosysteme GmbH. Dieser Pumpenkopf zeigt eine Welle, die stirnseitig zur Ankopplung eines Motors hervorsteht. Fünf scheibenförmige Elemente bilden als Zylinderelemente den Gehäuseaufbau, beginnend mit einer Gehäuse-Wellendichtung, einer Ausgleichs-Nierenplatte und einer Rotoraufnahme-Platte, gefolgt von einer Fluidführung und einem Abschlußdeckel. Die Rotoraufnahme hat eine Dicke (oder
Höhe bzw. Stärke, die in Achsrichtung verläuft), welche mit der axialen Abmessung von Außenrad und Innenrad gemäß obiger Darstellung übereinstimmt. In der Aufnahmeplatte ist eine Bohrung vorgesehen, die gegenüber der Achse der Welle zum Antrieb des Innenrades exzentrisch versetzt ist, so daß das Außenrad der Mikrozahnringpumpe in der Öffnung der Platte außermittig gelagert wird und die oben beschriebene Betriebsweise der sich stetig erweiternden und auf der gegenüberliegenden Seite stetig in ihrem Volumen reduzierende Förderkammern ergibt - wenn die Welle mit einem Drehantrieb angetrieben wird. Auf beiden Seiten des Außenrades und Innenrades, also jeweils stirnseitig direkt daran anliegend finden sich die Ausgleichs-Nierenplatte und die Fluidführungs-Platte, die zum Rotor gerichtet die oben beschriebene Eingangsniere und Ausgangsniere auf der Seite der Fluidzuführung und spiegelbildlich angeordnete Ausgleichsnieren zur Schaffung eines hydraulischen Gleichgewichts auf der gegenüberliegenden Seite besitzen. Damit ergibt sich ein U- förmiger Fluidstrom vom Einlaß über die Einlaßniere zu den rotierenden Pumpenkammern, hin zum Auslaß und zurück zu dem in dem Datenblatt mzr®-4600 radial herausgeführten Auslaß. Die DE-B 33 10 593 (White) zeigt einen Gehäuseaufbau für eine Pumpenanordnung (dort Figur 1 , Bezugszeichen 22), die zusammen mit einer Taumelstange einen exzentrisch arbeitenden Gerotor realisiert. Am von der Welle nicht durchsetzten Ende ist zentral ein Auslaß und dagegen radial versetzt ein Einlaß vorgesehen, während dazwischen mehrere Kanalsegmente aufweisende Zwischenplatten (vgl. dort die Figuren 2,3,4 und 5) vorgesehen sind. Mit nur drei plattenförmigen Aufbauten arbeitet die DE-A 24 08 824 (McDermott, vgl. dort Figur 4); letztere Abbildung zeigt das Gerotor-Prinzip im Zusammenhang mit einer Kompensation von Abnutzungserscheinungen der miteinander kämmenden Zähne, wobei Kanalsegmente im direkt angrenzenden Bereich zwischen einer inneren Scheibe und den beiden äußeren Lagerscheiben für die Welle vorgesehen sind. Auch mit Kanalsegmenten in einem aus mehreren Scheiben aufgebauten Gehäuseaufbau befaßt sich die CH-A 661 323 (Weber), der nach Art eines Baukastens aus mehreren leicht zusammenstellbaren, ersetzbaren und ergänzbaren Bauteilen eine Zahnradpumpe zusammensetzt, dabei eigentlich ein Gehäuse zur Aufnahme einer solchen Pumpe beschreibt.
Der Gehäuseaufbau soll verbessert werden, so daß eine erhöhte Flexibilität des Gehäuseaufbaus möglich ist und nicht jedes der beschriebenen plattenförmigen Elemente für jede Anwendung jeweils gesondert gefertigt werden muß - als zugrundeliegende Problemstellung.
Erfindungsgemäß wird das dann erreicht, wenn zwischen der Aufnahmeplatte zur Aufnahme des Außenelementes des Mikrosystems und dem Anschlußblock für die Anbringung von Anschlüssen für Einlaß- und Auslaß zumindest ein, bevorzugt aber zwei oder mehrere plattenförmige Schichtstruktur-Elemente angeordnet werden (Anspruch 1 , Anspruch 6, Anspruch 7, Anspruch 20, 23 oder 22), mit denen die Fluidführung in den Schichtstruktur-Elementen, also von dem Einlaß zum Mikrosystem in der Aufnahmeplatte (Einlaßkanal) und zurück zum Auslaß (Auslaßkanal), verbessert werden kann und flexibler gestaltet werden kann.
Das zumindest eine weitere plattenförmige Schichtstruktur-Element trägt eines, zwei oder mehrere Kanalsegmente, die entweder im wesentlichen radial, umfänglich oder axial gerichtet sind. Es können nur axial gerichtete Kanalsegmente vorhanden sein, es können aber auch nur im wesentlichen radial gerichtete Segmente vorhanden sein, ebenso wie eine Kombination aus beiden Kanalsegmenten (Anspruch 19) die Fluidführung frei gestaltbar macht, ohne daß die Aufnahmeplatte geändert zu werden braucht und ohne daß der Anschlußblock mit seiner Fluidzuführung angepaßt werden muß. Die Anpassung erfolgt über das zumindest eine weitere plattenförmige Schichtstruktur-Element und kann somit eine höhere Flexibilität der bestehenden Standardterle für die Fluidzuführung oder die Aufnahmeplatte begründen.
Mit der Erfindung wird es möglich, bestimmte Präzisionsteile an den Stellen nur noch verwenden zu müssen, an denen sie benötigt werden, während andere Schichtstruktur- Elemente des Gehäuseaufbaus Standardbauteile sein können; so kann z.B. der Anschlußblock für die Anschlüsse der Schläuche ein Standardbauteil sein, das keine besondere Präzision benötigt, dagegen ist die Aufnahmeplatte für den Rotor als Präzisionsteil auszuführen und ebenso die ihr benachbarten plattenförmigen
Schichtstruktur-Elemente, die als eines der weiteren plattenförmigen Schichtstruktur- Elemente und ein zusätzliches plattenförmiges Schichtstruktur-Element gebildet werden (Anspruch 1 , Anspruch 8). In diesen beiden benachbarten Platten gegenüber der Aufnahmeplatte für z.B. die Mikropumpe liegen die eingangs detailliert erläuterten Nieren, wobei Einlaßniere und Auslaßniere in der einen Platte und die Ausgleichsnieren in der anderen Platte spiegelbildlich angeordnet sind.
Die Nieren sind eigentlich umfänglich gekrümmt sich erstreckende Kanalsegmente, die auch eine gleichmäßige Breite aufweisen können und in denen Fluid geführt wird. Gleichzeitig sind sie in der "Nierenplatte" auf der einen Seite und in der spiegelbildlichen "Nierenplatte" auf der anderen Seite der Aufnahmeplatte für das Mikrosystem axial durchgehend gestaltet, ihr Ende finden sie jeweils auf der Oberfläche der zugehörigen Platte bzw. mit der diese Platte dann abdeckenden weiteren Platte des Schichtstruktur-Aufbaus des Gehäuses (Anspruch 3).
So können zwei getrennte Kanäle gebildet werden, ein Kanalsystem zur Zufuhr von Fluid zum Mikrosystem und ein umfänglich versetzt gegenüber diesem in dem plattenförmigen Schichtstruktur-Element zusammengefügtes zweites Kanalsystem zur Ableitung des von dem Mikrosystem kommenden Fluids auf der Auslaßseite (z.B. die Druckseite der Mikropumpe). Jedes der Kanalsysteme führt von einem weit im Zentrum des Gehäuseaufbaus liegenden Einbauort für das Mikrosystem, z.B. die Pumpe, sowohl in axialer Richtung als auch in radialer Richtung weg nach außen zu dem Anschlußblock für die Anbringung der Anschlüsse für Einlaß und Auslaß. Bevorzugt hat dabei die eine weitere Scheibe sowohl ein radiales wie auch ein axiales Kanalsegment in dem ersten Kanalsystem und in dem zweiten Kanalsystem. In einem einzigen plattenförmigen Element kann somit die Fluidlenkung stark in radialer Richtung verlagert werden, um dickere Anschlußleitungen zu ermöglichen und dennoch eine Welle in der Wellenaufnahme zu beiden Seiten der das Mikrosystem aufnehmenden Aufnahmeplatte vorzusehen. Die Wellenöffnung erstreckt sich also zu beiden Seiten der Aufnahmeplatte, und die Lagerung der Welle findet beiderseits des Mikrosystems statt (Anspruch 23).
Die Mikropumpe ist als ein anschaulich anzusehendes Beispiel zu verstehen, in gleicher Weise ist der Gehäuseaufbau geeignet zum Einsatz von anderen Mikrosystemen, wie einem fluidisch betriebenen Mikromotor, dem ein Fluidstrom als Antrieb zugeführt wird, und an seiner Welle ein Abtrieb mit einer dem Fluidstrom entsprechenden Drehzahl abgibt. Ebenso ist ein fluidisch betriebener Sensor als Mikrosystem möglich, der in den Gehäuseaufbau eingefügt wird und der einen Fluidstrom mißt, wobei dann die Welle nicht vollständig aus dem Gehäuse herausgeführt werden muß, sondern nur als Wellenstummel zur Lagerung des Rotors vorgesehen ist, während die Abtastung der Drehzahl, die mit dem Fluidstrom korrespondiert, optisch, induktiv oder magnetisch erfolgen kann. Das vorgeschlagene Gehäuse ist demnach vielseitig einsetzbar für praktisch alle mit Fluiddurchsatz arbeitenden Mikrosysteme, von denen hier repräsentativ die Pumpe, der Motor und ein Sensor angesprochen werden.
Die axialen Kanalabschnitte in dem weiteren plattenförmigen Schichtstruktur-Element, das direkt an die Aufnahmeplatte für die Mikrosystem angrenzt, können besonders gestaltet sein (Ansprüche 5 und 16 bis 19). Ist ihre Länge kürzer als die Höhe (oder Dicke bzw. Stärke) dieses Schichtstruktur-Elementes, so wird die axial durchgehende Niere seitlich versetzt angekoppelt, wenn der Durchmesser des axialen Kanalsegmentes größer ist, als die maximale Nierenbreite an der Koppelstelle. Das gesamte Volumen des Fluids, das sich in der axial durchgehenden Niere sammelt, kann so leicht und ohne Strömungshindernisse abgeführt werden, wobei sich empfiehlt, den Strömungsquerschnitt der Bohrung so zu wählen, daß er im wesentlichen dem Querschnitt der Niere an dem Ort des Strömungsmaximums (Anspruch 17) entspricht, welcher Querschnitt im Betrieb von der durch die Kanalsegmente zu fördernde Flüssigkeit durchsetzt wird.
Der maximale Volumenstrom (Volumen pro Zeit) findet sich auf beiden Seiten (Saugseite/Druckseite) einer Pumpe oder eines Motors und ist im Zuge einer umfänglich verlaufenden Niere nicht konstant, was auf die Art und Weise der Änderung des Volumens einer jeweiligen Förderkammer während der Drehbewegung zurückzuführen ist. Die Anordnung des axialen Kanalsegmentes in dem weiteren plattenförmigen Schichtstruktur-Element (Anspruch 5) an einer umfänglichen Stelle oder Position der insbesondere in ihrer Breite stetig verändernden Niere bringt die Möglichkeit, den Zustrom und den Abstrom axial genau dorthin zu verlegen, wo der maximale Volumenstrom im Zuge der umfänglich sich erstreckenden Niere entsteht. Dieser maximale Volumenstrom ist bei einer axialen Aufsicht im ersten und zweiten Quadranten bei einer im Uhrzeigersinn sich drehenden Pumpe angesiedelt, dabei im ersten Quadranten in einem Winkel zwischen 75° und 85°, insbesondere etwa zwischen 80° und 85° und entsprechend spiegelsymmetrisch im zweiten Quadranten (Anspruch 17, 18).
Die Ausbildung einer radial orientierten, länglichen Durchgangsöffnung durch das weitere Schichtstruktur-Element zwischen Anschlußblock und dem ersten weiteren Schichtstruktur-Element, das die Nieren trägt, ergibt sich aus der Zusammenfassung eines axialen und eines im wesentlichen radialen Kanalsegmentes, wobei das radiale Kanalsegment eine in Axialrichtung orientierte Tiefe hat, die der axialen Erstreckung des zweiten (weiteren) Schichtstruktur-Elementes entspricht (Anspruch 20). Dieser Kanalabschnitt hat eine Verlagerungsfunktion für den Fluidstrom zur Folge, der von Bereichen nahe der Achse zu Bereichen nach radial weiter außen führt, wo ohne Probleme zwei nebeneinander angeordnete Anschlüsse in den Anschlußblock für Zustrom und Abstrom des Fluids gelegt werden können.
Mit der Erfindung können schräge Bohrungen oder Kanalsegmente, die windschief oder schräg zur Achse orientiert sind, in den Schichtelementen vermieden werden. Die Kanalsegmente gemäß der Erfindung verlaufen entweder radial, umfänglich oder axial, oder in einer beliebigen Zusammenstellung davon, so daß mit Zylinderkoordinaten beschrieben jeder Punkt im Gehäuseaufbau erreichbar ist, zusammengesetzt aus dem jeweils dafür benötigten axialen Kanalsegment, umfänglichen Kanalsegment oder radialen Kanalsegment. Durch Auswahl der spezifischen Platten, die entsprechende Kanalsegmente tragen, können Verbindungen zwischen Normteilen geschaffen werden, ohne ein gesamtes Mikrosystem mit seinem Gehäuse zu entwerfen. Nur noch die jeweils anders zu gestaltenden Schichten des Schichtstruktur-Aufbaus werden unter Beibehaltung der übrigen Schichten neu gestaltet.
Der gesamte Schichtstruktur-Aufbau des Gehäuses wird axial zusammengespannt, z.B. durch Zentrierstifte und/oder Zylinderschrauben, die an einem Endstück eingefügt werden, an dem auch eine Montagemöglichkeit für die in dem Gehäuse aufgenommene Mikropumpe gegeben ist. Auf der anderen axialen Seite des Gehäuses sind die Anschlüsse für Zustrom und Abstrom des Fluids, sie können entweder radial oder axial gerichtet sein, abhängig von der Ausgestaltung des Anschlußblocks. Die Erfindung ermöglicht einen fluidischen Übergang der Anschlußtechnik mit verhältnismäßig großen Abmessungen auf den miniaturisierten strömungstechnischen
Funktionsbereich des Mikrosystems, wie Mikropumpe; - ermöglicht miniaturisierte Herstellung von Mikrozahnringsystemen; ermöglicht flexible Führung des Fluids in einer einfach herstellbaren
Schichtstruktur (von Anschluß bis Rotor); ermöglicht eine flexible Ausgestaltung des Gehäuseteils "Anschlussblock" zur
Aufnahme unterschiedlicher und in Lage variierender Anschlussstücke bzw. Fluidanschlüsse; ermöglicht die Darstellung der Strömungsquerschnitte in Strukturen mit 21 - dimensionaler Erstreckung, wie sie beispielsweise durch Liga, Drahterosion,
Feinstanzen, Ätzen, Laser u.a. erstellt werden können; ermöglicht Austausch von Verschleißteilen, wie Lager; - ermöglicht Stapelbearbeitung mehrerer Teile gleichzeitig; ermöglicht die Verwendung eines identischen Halbzeuges (Ausgangsmaterials) für alle Funktionsbereiche; ermöglicht die direkte Stapelung mehrerer Rotorsätze.
Eine besonders günstige Kopplungsvariante zur Anbringung des Gehäuseaufbaus an einer Antriebsquelle, wie einem geregelten oder ungeregelten Motor, findet über ein Kupplungsgehäuse statt, an dessen einer Seite der Gehäuseaufbau mit der Mikropumpe und an dessen anderer Seite der Antriebsmotor angebracht werden. Sowohl Antriebsmotor als auch der Gehäuseaufbau für die Mikropumpe haben dazu einen hervorstehenden Bund, die bevorzugt nicht gleich dimensioniert sind, um
Verwechslung der verschiedenen Seiten zu vermeiden. Der Bund greift in eine genau auf den Bund angepaßte Ausnehmung ein, wobei die beiden Ausnehmungen in dem Kupplungsgehäuse axial genau aufeinander ausgerichtet sind. Werden Pumpe und Antriebsmotor von beiden axialen Seiten des Kupplungsgehäuses in die entsprechenden Ausnehmungen mit ihren jeweils genau passenden Bünden eingefügt, kann sichergestellt werden, daß die Wellen dann axial fluchten und über ein Zwischenstück axial fluchtend verbunden bleiben. Radialer Versatz der Wellen kann auf diese Weise sicher vermieden werden, die Montage wird begünstigt und beschleunigt. Dieses Kupplungsgehäuse kann von einer außen mehreckig, insbesondere vier- oder achteckig, gestalteten Hülse abgedeckt sein, aus der beidseitig an den Stirnseiten Motor und Pumpe hervorstehen. Auch für andere Kombinationen von fluidischen Mikrosystemen ist diese Kopplung einsetzbar. Die Erfindung schafft somit Übersichtlichkeit, stellt einfach herzustellende Einzelteile zur Verfügung, erleichtert die Fertigung und erhöht die Flexibilität und Genauigkeit bei der Montage: Nur die notwendigen Schichtstruktur-Elemente müssen präzisionsgefertigt sein, während andere, unkritische Schichtstruktur-Elemente als Standardbauteile verbleiben können. Besonders soll hervorgehoben werden, daß die Schichtstruktur-Elemente, so sie plattenförmig ausgebildet sind, bevorzugt die gleiche Dicke (in Axialrichtung die gemessene Höhe) aufweisen können und sie demgemäß aus dem gleichen Plattenmaterial als Halbzeug herstellbar sind. Das gleiche Halbzeug dient als Ausgangsprodukt für mehrere axial hintereinander angeordnete Schichtstruktur-Elemente, die dann alle die gleichen Qualitätsmerkmale der Ausgangsplatte aufweisen (Anspruch 12). Unterschiedliche Planizität und Oberflächengüte der Ausgangsplatte überträgt sich damit direkt auf die daraus gefertigten Schichtstruktur-Elemente und kann vorgeben, welches Halbzeug für welche Präzisionsteile und welches andere Halbzeug für die Standardelemente der Schichtstruktur verwendet werden sollen. Damit können Fertigungskosten eingespart werden, weil eine Nachbearbeitung der Präzisionsteile entfallen kann und ein hohe Kosten aufwerfendes Halbzeug nicht für alle Schichtstruktur-Elemente Verwendung finden muß, welche vermiedenen Verfahrensweisen eine Verteuerung des hergestellten Gehäuseaufbaus zu Folge hätten. Zu der Kostensenkung bei der Herstellung gesellen sich Genauigkeit für die Fluidführung der Mikropumpe und die Abdichtung zwischen den einzelnen Schichtstruktur-Elementen sowie die Genauigkeit der Fluidführung in den Eingangsnieren, Ausgangsnieren und Ausgleichsnieren, die die Leistung und den Wirkungsgrad der Mikropumpe bestimmen.
Die langgestreckte axiale Öffnung wird "Wellenöffnung" genannt, zur Aufnahme der Welle beim Einbau eines Mikrosystems. Die Öffnung ist langgestreckt, sie erstreckt sich durchgehend durch die Aufnahmeplatte und nach beiden axialen Richtungen des Gehäuseaufbaus, wobei sie zumindest durch die weitere plattenförmige Schichtstruktur, die Aufnahmeplatte und den Anschlußblock oder den Sockelblock reicht, zumindest hineinreicht, um "durchgehend" zu verlaufen. Als Lager für die Welle mit einem Gleitlager können die zwei der Aufnahmeplatte (für das Mikrosystem) direkt benachbarten Schichtstrukur-Elemente dienen, mit ihrem Abschnitt der Wellenöffnung. Je nach Länge der Achse kann ein zusätzliches Lager in dem Sockelblock vorgesehen werden, das als Wälz- oder Gleitlager ausgebildet sein kann, um die Welle in einem Abschnitt, der zwischen dem Antrieb und dem Abtrieb (bei Pumpe und Motor oder bei fluidischem Motor und Antrieb) liegt, zusätzlich zu stützen. Die Welle kann so in den Gleitlagern stabilisiert werden, wodurch die Lebensdauer dieser Lager verlängert wird. In dem Anschlußblock kann eine Wellensicherung vorgesehen sein, die eine axiale Verrückung der Welle verhindert. Diese Wellensicherung ist dann entbehrlich, wenn das zusätzliche Lager im Sockelblock vorgesehen wird; dann braucht die Welle sich auch nicht in den Anschlußblock hinein zu erstrecken, sondern kann vorher enden, was entsprechend für die Wellenöffnung des Gehäuses gilt.
Die oben verwendeten Begriffe der Erstreckung in axialer Richtung, radialer Richtung und Umfangsrichtung sind an Zylinderkoordinaten orientiert, jedoch ist nicht zwingend ein plattenförmiger Schichtstruktur-Aufbau zylindrisch in seiner Außenform, vielmehr ist ebenso eine mehreckige, wie viereckige, sechseckige oder achteckige Außengestalt, sowie unrunde, wie ovale Formen von der Erfindung umschrieben. Auch der radiale Verlauf ist nur im wesentlichen so zu sehen. Die Verwendung des technischen Begriffes der "umfänglichen" Erstreckung dient der Erleichterung des Verständnisses, aber nicht der Beschränkung der Möglichkeit der Realisierung der Erfindung. In gleicher Weise werden die Begriffe "Scheibe" und "Platte" so verwendet, daß sie eine flache Gestalt ohne spezifisch festgelegte Außenabmessung oder Außengestalt beschreibt, obwohl es vorteilhaft ist, eine zylindrische Gestalt zu wählen, die sich an der zylindrischen Gestalt des Außenrades der Mikropumpe orientiert, zwingend notwendig ist es indes nicht.
Ausführungsbeispieie erläutern und ergänzen die Erfindung.
Figur 1 veranschaulicht in Explosionsdarstellung eine Ausführungsform der
Erfindung mit einer zentral in dem Gehäuse gelagerten Mikropumpe MP, die von mehreren scheibenförmigen Schichtstruktur-Elementen, die hier als Zylinderscheiben dargestellt sind, aufgenommen wird. Figur 2 veranschaulicht einen montierten Zustand des Ausführungsbeispiels von Figur 1 , wobei die Montageschrauben 13 und Zentrierstifte 14 durch den Schichtstruktur-Aufbau gelegt sind und angezogen sind und ein Viertelschnitt einen Einblick in die Schichtstruktur und das Mikrosystem MP ermöglicht. Figur 2a veranschaulicht in gleicher Weise wie Figur 2 das Beispiel, wobei die Mikropumpe im Zentrum des Gehäuseaufbaus besser erkennbar ist.
Figur 3 ist eine schematische Darstellung der Aneinanderreihung von
Kanalsegmenten zur Bildung eines Kanalsystems 1 , hier nur für den Zulauf auf der Saugseite der Mikropumpe MP, dargestellt durch die aufzunehmende Flüssigkeit F. Figur 4 veranschaulicht in drei Einzelbildern eine Aufsicht sowie einen Schnitt A-A und B-B. Auch hier ist die Fluidführung durch Aneinanderreihung der Kanalsegmente gemäß Figur 3 zu erkennen, nur in dem Schnitt A-A auf beiden Seiten der Mittelebene B-B. Figur 5 veranschaulicht ein hier zylindrisch ausgebildetes Schichtstruktur-Element 31 , das die nierenförmigen Kanalsegmente sowie axiale Bohrungen trägt.
Figur 5a,
Figur 5b veranschaulichen Ausschnittsvergrößerungen aus Figur 5, betreffend die Gestalt und Anordnung sowie Ausrichtung der Nieren und axialen
Bohrungen.
Figur 6 veranschaulicht eine Aufnahmeplatte 30 für die Aufnahme der Mikropumpe in einer exzentrisch im Zentrumsbereich vorgesehenen zylindrischen Öffnung 30a. Figur 7 veranschaulicht in Aufsicht und in zwei Schnittdarstellungen aus den Ebenen A-A und B-B ein Beispiel eines "zusätzlichen" plattenförmigen Schichtstruktur-Elementes 32, das auf der anderen Seite der in Figur 6 dargestellten Aufnahmeplatte 30 für die Mikropumpe angeordnet ist, während auf der einen Seite das in Figur 5 dargestellte Beispiel eines "weiteren" plattenförmigen Schichtstruktur-Elementes 31 anzuordnen ist.
Figur 8 zeigt ein weiteres Plattenelement 20 in Aufsicht und Schnitt, in dem fluidführende radiale und axiale Segmente 20a, 20r angeordnet sind.
Figur 9 veranschaulicht ein Montagebeispiel der Pumpe über einen Kupplungsteil 80 zum Motor M.
Es soll darauf hingewiesen werden, daß die Begriffe des zusätzlichen Schichtstruktur- Elementes und des weiteren (ersten und zweiten weiteren) Schichtstruktur-Elementes einheitlich verwendet werden. Ausgangspunkt und vom Wesen her die Konzeption festlegendes Schichtstruktur-Element ist die Aufnahmeplatte für das Mikrosystem als innere Platte und ein Anschlußblock 11 auf der einen Seite und ein plattenförmiger Sockel 12 auf der anderen Seite. Anschlußblock und plattenförmiger Sockel müssen nicht direkt plattenförmig sein, sie können auch individuell in axialer Richtung länger ausgebildet werden, so daß ein- oder beidseitige Blockstrukturen entstehen.
Zwischen der Aufnahmeplatte 30 in Figur 1 und dem Anschlußblock 11 finden sich zwei "weitere" Plattenstrukturen 20,31. Zwischen der Aufnahmeplatte 30 und dem plattenförmigen Sockel 12 in der Figur 1 finden sich zwei "zusätzliche" plattenförmige Elemente 32,40, die jeweils eigenständige Funktionen realisieren. Die "weiteren" Platten sollen dabei einheitlich zu der Seite hin orientiert sein, auf welcher der Anschlußblock 11 liegt; die "zusätzlichen" Platten sollen einheitlich terminologisch auf diejenige Seite hin orientiert sein, die zu dem plattenförmigen Sockel 12 zeigt. Das Mikrosystem, das im folgenden im Beispiel als Mikropumpe MP bezeichnet wird, hat einen in Figur 1 schematisch ersichtlichen Aufbau aus Außenrotor A und Innenrotor I, der kämmend von innen mit seinen nach außen ragenden Zähnen in den ebenfalls drehbar in der mittleren Platte 30 in dessen Ausnehmung 30a gelagerten Außenrotor A eingreift. Die Drehbewegung auf den Innenrotor I wird über eine Welle 50 übertragen, die mittels eines kurzen, axial gerichteten Stiftes 53 drehstarr mit dem Innenrotor I im Sinne einer Welle/Nabe-Verbindung gekoppelt ist. Diese Mikropumpe wird näher erläutert in der eingangs beschriebenen WO-Schrift, wobei dort Außenrotor 30 und Innenrotor 20 durchgehend so bezeichnet sind, wie hier Außenrotor A und Innenrotor I. Dieses System ist ein Beispiel für die Einbringung beliebiger Mikrosysteme im Innern des in Figur 2a und Figur 2 ersichtlichen Gehäuseaufbaus aus mehreren Schichtstruktur-Elementen 11 ,20,31 ,30,32,40,12. Andere Beispiele für Mikrosysteme sind Mikromotoren, die konstruktiv gleich aufgebaut sind, wie die Mikropumpe gemäß Figur 1. Ebenfalls möglich ist der Einsatz eines kämmenden Sensors oder eines Drehschiebers im Innern des Gehäuses an der Stelle der Ausnehmung 30a. Auch eine Außenzahnradpumpe ist einsetzbar, die entweder über eine Welle oder direkt lose in einer entsprechend gestalteten langovalen Ausnehmung angeordnet ist, in der zwei miteinander kämmende Außenräder als ein erstes und ein zweites Funktionsteil eines fluidisch betriebenen Mikrosystems gelagert sind.
Am deutlichsten wird das Ausführungsbeispiel der Erfindung bei einer Betrachtung der Figuren 1 ,2,2a und 3 in gemeinsamem Blickfeld. Die Explosionszeichnung gemäß Figur 1 zeigt zwei zur Erläuterung zuerst herausgegriffene Schichtstrukturen, den Anschlußblock 11 und den Sockel 12, der näherungsweise plattenförmig ausgebildet ist. Zwischen beiden befindet sich in der Mitte die schon erwähnte Aufnahmeplatte 30 mit der an das Mikrosystem angepaßten Ausnehmung 30a, die hier für eine exzentrische Lagerung des Außenrotors A gegenüber der Gehäuseachse 100, die von der Welle 50 gebildet wird, vorbereitet ist. Zwischen der Aufnahmeplatte 30 und dem Anschlußstück 11 für die Fluidzuführungen, meistens Kunststoffschläuche 60 mit entsprechenden Paßstücken zur Fixierung in Aufnahmeöffnungen 11a1 sind zwei weitere plattenförmige Scheiben 20 und 31 vorgesehen, die auch eine jeweils zentrale Öffnung zur Aufnahme der Welle 50 besitzen. Auf der Seite zwischen der Aufnahmeplatte 30 und dem Anschlußsockel 12, der die Fixiereinrichtungen 13,14 für das axiale Zusammenspannen und Festlegen der Schichtstruktur-Elemente trägt, sind zwei zusätzliche plattenförmige Schichtstruktur-Elemente 32,40 vorgesehen, die ebenfalls eine zentrale Öffnung zur Aufnahme der Welle haben. Die Welle ragt auf der Seite aus dem zusammengespannten Gehäuse gemäß Figur 2a (das spiegelbildlich gegenüber der Figur 1 dargestellt ist) heraus, an der der plattenförmige Sockel 12 vorgesehen ist, um dort einen Antrieb an dem herausragenden Wellenstummel anzuflanschen, was über die dort dargestellte hutförmige Erhebung 71 gemäß der später erläuterten Figur 9 geschieht, auf der anderen Seite steht sie nicht hervor.
Die einzelnen Funktionsträger der Figur 1 sind in Figur 2a zusammengespannt ersichtlich. Dort ist die Mikropumpe MP nur noch schematisch zu erkennen, ebenso wie in Figur 2, allerdings ist der Schichtstruktur-Aufbau mit der Fluidführung von den Schläuchen 60 zum Mikrosystem deutlich zu erkennen, der in einer Schnittdarstellung schematisch in Figur 3 stark vergrößert herausgezeichnet ist.
Figur 3 zeigt dieselben Schichtstruktur-Elemente, die in Figur 1 erläutert worden sind. Ein Kanal 1 verläuft über Kanalsegmente 11a,20a,20r,31a und 41k zur Mikropumpe MP, und auf der in Figur 3 nicht dargestellten spiegelbildlichen Seite gegenüber der Achse 100 von der Mikropumpe MP wieder zurück zum Auslaß des Gehäuses.
Der Aufnahmesockel 11 dient der Aufnahme der Fluidzuführung und der Fixierung der Schläuche. Die Schläuche werden mit Hülsen und Spannelementen, meist Ferrulen, in der zylindrischen Aufnahmebohrung 11a' fixiert und stirnseitig abgedichtet. Von der im Durchmesser sehr viel stärkeren Aufnahmebohrung geht eine im Durchmesser um ein Vielfaches geringere Verbindungsbohrung 11a zum stirnseitigen Ende des Aufnahmeblocks 11. Figur 3 zeigt diese Fluidführung im Schema.
An den Aufnahmeblock 11 schließt sich ein fluidlenkender und -führender weiterer plattenförmiger Schichtstruktur-Bauteil an, der gemäß Figur 3 und Figur 2 ein zunächst axial verlaufendes Kanalsegment 20a besitzt. Dieses axiale Kanalsegment 20a geht über in ein radial gerichtetes Kanalsegment 20r, um anschließend erneut in eine axiale Richtung zu verlaufen, was sich dann von selbst ergibt, wenn das radiale Segment direkt auf der vom Einlaß abgewandten Stirnseite des weiteren Schichtbauteils 20 eingebracht ist. Mit der axialen, radialen und erneut axialen Führung wird das Fluid umgelenkt und erlaubt ein näheres Heranführen des Fluids in Richtung zur Welle, wo die Mikropumpe MP zur Aufnahme des Fluids in der Ausnehmung 30a eingesetzt ist. Das plattenförmige Schichtbauteil 20 kann die Axial/Radial-Kanalführung auch dadurch realisieren, daß ein Langloch durchgehend eingebracht wird, das sowohl die axiale Komponente wie auch die radial gerichtete Fluidlenkung übernimmt. Es verbleibt dann kein in Figur 3 noch eingezeichneter Reststeg 21 , der sich dann ergibt, wenn das radiale Kanalsegment 20r nicht so tief ist wie das weitere Plattensegment 20 in Axialrichtung hoch ist. Auf der von der Fluid-Zufuhrseite abgewandten Stirnseite des weiteren plattenförmigen Elementes 20 liegt ein noch weiteres plattenförmiges Element 31 , das eine "Nierenplatte" darstellt, in der das Fluid sowohl axial geführt, wie auch umfänglich in einer Niere verteilt auf einen umfänglichen Bereich des Außen- und Innenrotors A/l des Mikrosystems geführt wird. Diese Niere 41 k und die axiale Bohrung 31 k wird später an den Figuren 6 und 7 genauer erläutert, wo auch Ausschnittsvergrößerungen zur Orientierung, Größe und Gestalt dieser Nieren 41k sowie des axialen Kanalsegmentes 31 k dargestellt werden.
Auf der von der Zufuhrseite abgewandten Oberfläche der zweiten weiteren Platte 31 liegt die schon erläuterte Aufnahmeplatte 30 mit einer inneren Öffnung 30a, die exzentrisch gegenüber der Achse 100 gelegen ist. Hier wird die Mikropumpe MP mit ihrem Außenrotor A drehfähig aufgenommen, und das Fluid F erreicht über die umfängliche Niere 41k mehrere Förderkammern der miteinander kämmenden Räder A,l auf der Saugseite.
Zur Schaffung eines hydraulischen Gleichgewichtes sind gleich orientierte und ausgestaltete Nieren 42k in einer zusätzlichen Platte 32 angeordnet, die gegenüber den zuerst beschriebenen Nieren 41k ausgerichtet sind. Diese zweite "Nierenplatte" 32 schließt direkt an die Aufnahmeplatte 30 für das Mikrosystem MP an. Die zweite Nierenplatte trägt somit mit den Ausgleichsnieren 42k umfänglich orientierte Kanalsegmente. Fluid wird in axialer Richtung in diesen Kanalsegmenten nicht abgefördert. Vielmehr kehrt der Fluidstrom nach Verlagerung der Förderkammern der Mikropumpe MP auf die Druckseite auf diejenige andere Seite der Mittelebene des Gehäuseaufbaus zurück, die in Figur 3 nicht dargestellt ist, aber spiegelbildlich leicht vorstellbar ist, um in gleicher Weise das Fluid F von der Mikropumpe MP zum Auslaß und dem zugehörigen Schlauch 60 zu führen. Auch hier wird das Fluid in der ersten weiteren Schichtplatte 20 in radialer Richtung stark verlagert, so daß es von der Welle weg nach außen so geführt wird, daß die Anschlüsse in dem Anschlußblock 11 ohne räumliche Schwierigkeiten fixiert werden können.
Das Schichtbauteil 40, das sich an die zweite Nierenplatte 32 direkt anschließt, trägt keine Kanäle, dient vielmehr der Lagerung der Welle mit einer Wellendichtung 53, die in Figur 1 ersichtlich ist.
An die zweite zusätzliche Platte 40 schließt sich der schon beschriebene Montageblock 12 an, der das Gesamtgehäuse sowohl in axialer Richtung spannen kann, wie auch Montagemöglichkeiten gemäß Figur 2 in Form eines zylindrischen Bundes 71 bietet, um einen Motor an eine Pumpe anzuflanschen und bei umgekehrtem Betrieb mit einem fluidischen Mikromotor in dem Gehäuseaufbau auch eine entsprechende Pumpe auf der anderen Seite antreiben zu können.
Die Lagerung der Welle wird auch an den Figuren 1 , 2 und 2a deutlich. Die drehstarre Verriegelung ergibt sich durch einen Stift 53, der in eine entsprechende Ausnehmung des Innenrotors 1 bei der Montage eingreift. Die Welle 50 wird zur präzisen Ausrichtung in zwei mittleren Ausnehmungen der Platten 31 und 32 geführt, die direkt benachbart der Aufnahmeplatte 30 liegen. Die weiteren und zusätzlichen Platten außerhalb dieser nahe der Platte 30 angeordneten und Lagerfunktion übernehmenden Plattenelemente zeigen ein größeres Spiel hinsichtlich der Öffnung für die Welle. In dem Anschlußblock 11 kann eine axiale Wellensicherung 51 vorgesehen sein, die ein axiales Verrücken der Welle 50 verhindert. Auf der anderen Seite der Aufnahmeplatte 30 ist eine Wellendichtung 52 vorgesehen, die das Innere der Pumpe gegen die Umgebung abdichtet und ein hydraulisches Gleichgewicht für die Welle ermöglicht. Die Welle erfährt so keine axial gerichteten Kräfte und ist im hydrostatischen Gleichgewicht. Ist im Sockelblock ein zusätzliches Lager vorgesehen, kann die Wellensicherung 51 entfallen und ebenso ein Eingreifen der Welle in den Anschlußblock.
Die inneren geschichteten Montageplatten 31 ,30 und 32 sind präzisionsgefertigt, sie weisen hohe Oberflächengüte und hohe Genauigkeit auf, was sowohl die Wellenlagerung 50 als auch die Rotorlagerung A betrifft. Die weiter außen liegenden Platten der Schichtstruktur brauchen nicht die hohe Präzision aufzuweisen, die die inneren Elemente haben. Sie sind vielmehr als Standardbauteile verwendbar und können aus weniger hochwertigen Halbzeugen gefertigt sein. Bevorzugt werden dabei zwei verschiedene Halbzeuge zur Fertigung der plattenförmigen Schichtstrukturen der Figur 1 verwendet; solche höhere Qualität hinsichtlich Oberflächengüte, Planizität und Ebenheit für die Präzisionsplatten und solche mit gerade noch ausreichender Oberflächengüte für die übrigen plattenförmigen Elemente der gesamten
Schichtstruktur. Die Fertigung ist so vorteilhaft vereinfacht und kostenreduziert.
Die übrigen Figuren stehen im engen Zusammenhang mit den zuvor erläuterten konstruktiven Gegebenheiten, so werden in den folgenden Figuren die einzelnen Schichten des gesamten Schichtstruktur-Aufbaus erläutert. Figur 4 verdeutlicht mit gleichen Bezugszeichen die in Figur 1 erläuterten Elemente in einem axialen Schnitt A-A und einem um 90° dagegen versetzten axialen Schnitt B-B sowie einer Aufsicht von derjenigen axialen Seite, aus der die Welle 50 hervorsteht.
Die Stifte 14 halten den Aufbau zentrisch und gegeneinander ausgerichtet. Im Winkel von jeweils 90° sind Bohrungen für Zylinderschrauben 13 vorgesehen, zum Zusammenspannen der mit den Stiften 14 ausgerichtete Schichtanordnung.
In dem Schnitt A-A sind beide umfänglich versetzt in den Schichtstruktur-Elementen vorgesehenen Kanalsysteme 1 ,2 erkennbar. Sie müssen nicht gegenüber der Achse symmetrisch sein, sie können aber gemäß der Aufsicht in der Figur 4 um 180° gegeneinander verdreht sein. Auf der Anschlußseite im Anschlußblock 11 soll ein hinreichend bemessener Abstand zwischen den im Durchmesser großen Sacklochbohrungen 11a' bestehen, um die Schläuche und ihre fixierenden Hülsen aufzunehmen, während im Mikrosysteme MP der Fluidstrom möglichst nahe an der Welle 50 benötigt wird. Die radiale Erstreckung des Mikrosystems ist nur gering, und die Verlagerung von dem nahe bei der Achse 50 liegenden Fluiderzeuger oder Fluidverbraucher oder Fluidsensor, je nach Anwendungsart, zum Anschlußblock übernimmt die weitere Platte 20 mit den im wesentlichen radial nach außen verlegten Kanalsegmenten, die selbst nicht die Nieren für die Einlaß- und Auslaßströmung des Mikrosystems besitzt, sondern nur der Fluidführung und der Fluidumlenkung, insbesondere in radialer Richtung dient.
Sowohl in Aufsicht (an den gestrichelten Linien) als auch in der Schnittansicht B-B ist die radiale Fluidumlenkung mit dem Kanalsegment 20r ersichtlich. Sie liegt zwischen einem Axialstück 20a, das direkt an den im Durchmesser geringen Kanalfortsatz 11a anschließt, der von der Aufnahme 11a' ausgeht. Das radiale Kanalsegment 20r mündet in der nächsten Schichtplatte 31 in einer axialen Bohrung, die gegenüber der dann folgenden Niere versetzt ist, was anhand der Figur 5 erläutert werden soll. Zuvor soll noch auf die deutliche Darstellung der drehfesten Verriegelung durch den Stift 53 in der Schnittansicht B-B hingewiesen werden, aus der auch sowohl die Wellendichtung 52 wie auch die axiale Wellensicherung 51 in der plattenförmigen Schichtstruktur erkennbar sind; für das mit der Wellensicherung versehene Ende weist der Anschlußblock 11 eine zentrische Einsenkung auf. Alle Platten sind jeweils mit O- Ringen 55 gegenüber der jeweils nächstfolgenden Platte abgedichtet, wozu jeweils eine Ringnut auf der Stirnseite zumindest einer der aneinanderliegenden Platten vorgesehen ist. Die Darstellung in Figur 5 zeigt sowohl eine Aufsicht als auch zwei Schnittansichten A- A und B-B. Ausschnittsvergrößerungen des Zentrumsbereiches der Figur 5 sind in der Figur 5a und dazu ein Schnitt entlang Z-Z in der Figur 5b gezeigt.
In Figur 5 ist die erste Nierenplatte 31 erläutert, die zwischen der ersten weiteren Platte 20 und der zur Orientierung als Zentrum der Erläuterung verwendeten Aufnahmeplatte 30 angeordnet ist. Die "weitere" Platte 31 liegt direkt an der Aufnahmeplatte 30 für das Mikrosystem an. In Figur 5a, 5b werden die Lage, Orientierung und Größe der Nieren 41 k,41k' sowie der axialen Zuströmbohrungen 31 k,31k' deutlich, die an einer vorgegebenen Stelle längs der umfänglichen Erstreckung der Nieren in diese in Radialrichtung versetzt münden.
Figur 5 zeigt die zwei sich um etwas weniger als 180° spiegelsymmetrisch gegenüber der Mittelebene B-B erstreckenden Nieren 41 k,41k'. In dem in Aufsicht ersten und zweiten Quadranten (gegen den Uhrzeigersinn orientiert) liegen die
Zuströmbohrung 31k und die nach U-förmiger Umlenkung durch das Mikrosystem - das hier nicht gezeigt ist - den Abfluß besorgende Bohrung 31k'.
Die Vergrößerung in Figur 5b zeigt, daß die mittlere Ausnehmung zur Aufnahme der Welle 50 dient. Die Nieren 41k und 41k' werden in Drehrichtung gesehen
(Uhrzeigersinn angenommen), auf der Saugseite - für die Pumpe - in radialer Richtung breiter, um auf der Druckseite - bei der Pumpe - in Drehrichtung von einer größeren Breite auf die geringe Breite sich zurück zu reduzieren. Die Nieren sind in Axialrichtung so tief gestaltet, daß sie die gesamte Platte 31 durchsetzen, also axiale Kanäle bilden, gleichzeitig bilden sie umfänglich orientierte Kanäle. In Axialrichtung wird der Querschnitt für Zufluß und Abfluß noch dadurch vergrößert, daß eine zusätzliche Bohrung 31k, 31k' mit einem größeren Durchmesser angeordnet wird, als die Niere an der Stelle an radialer Breite besitzt, an der die Bohrung sie anschneidet. Die beiden Fahrstrahlen C und C zeigen die Winkelorientierung jeweils gegenüber der Mittelebene B-B; sie liegt im Bereich zwischen 75° und 85° im ersten und zweiten Quadranten.
An den beschriebenen Ankopplungsbereichen zu den Nieren liegen die Bereiche des größten Volumenstroms beim Betrieb des Mikrosystems, sowohl bei Zufluß als auch beim Abfluß, was sich aus der Art der Vergrößerung und Reduzierung der Volumenkammern bei der Drehung ergibt. Genau hier, wo der größte Volumenstrom im Betrieb entsteht, liegen die zusätzlich den Abströmquerschnitt und Zuströmquerschnitt vergrößernden axialen Bohrungen, die nicht ganz durchgehend durch die Platte 31 verlaufen, sondern als angesetzte Sacklochbohrungen vorgesehen sind. Herstellungstechnisch wird zuerst die Sacklochbohrung 31k oder 31 k' eingebracht und anschließend mit einem Erodierverfahren die Form der Niere 41k, 41k' hinzugefügt, so daß sich der kombinatorische axial erweiterte Zuströmweg mit dem umfänglich orientierten Nierenvolumen ergibt. Figur 5b zeigt diese Orientierung deutlich, entlang des Schnittes Z-Z, der in Figur 5a dargestellt ist.
Eine zusätzliche Platte 32, die auf der anderen Seite der in Figur 6 dargestellten Aufnahmeplatte 30 mit exzentrischer Öffnung 30a angeordnet ist, zeigt Figur 7. Hier sind - zum direkten Vergleich mit der Figur 5 in Aufsicht noch die Achsen A-A und B-B um 90° zu verdrehen, so daß die Nieren direkt übereinander liegen. Hier handelt es sich um die Ausgleichsnieren 42k' und 42k. Diese Ausgleichsnieren liegen direkt gegenüber den Zuström- und Abströmnieren 41k und 41k'. Sie haben gleiche Form, gleiche umfängliche Erstreckung und gehen auch ganz in axialer Richtung durch die zusätzliche Platte 32 hindurch, womit sie sowohl ein axiales Kanalsegment als auch ein umfängliches Kanalsegment bilden. Das axiale Kanalsegment endet aber an der Oberfläche der zusätzlichen Platte 32.
Die erste weitere Platte 20, die anhand der Figur 4 schon eingehend erläutert war, ist zur zusätzlichen Veranschaulichung in Figur 8 in Aufsicht und in einer Schnittdarstellung A-A gezeigt. Die Schnittdarstellung veranschaulicht den
Strömungsweg des Fluids F mit der gestrichelt eingezeichneten U-förmigen Umlenkung des Mikrosystems. Jedes der fluidlenkenden zusammengesetzten Kanalsegmente setzt sich zumindest aus einem axialen Segment 20a und einem radialen Segment 20r zusammen. Die radialen Segmente können noch ein wenig in Umfangsrichtung geneigt sein, wie aus der Aufsicht ersichtlich ist. In besonders fertigungstechnisch günstiger Weise können die radialen Segmente gänzlich ausgefräste oder durch Drahterosion gefertigte längliche Öffnungen sein, die dann sowohl eine axiale Zuströmung 20a als auch eine dem Langloch folgende radiale Fluidumlenkung realisieren.
Der Aufbau der zuvor anschaulich erläutert worden ist, ist in Gesamtzusammenstellung schematisch in der Figur 9 als Gehäuseaufbau G erkennbar, zu dem Anschlüsse 60,61 führen. Die Welle 50 steht hervor in Richtung eines anzuflanschenden Motors M, der seinerseits einen Wellenzapfen 59 besitzt. Die Kopplung dieser beiden Wellenzapfen, ohne radialen Versatz und axial genau fluchtend, verläuft über ein Kupplungsstück 80, das auf beiden Stirnseiten eine jeweils genau vorgegebene Bohrung 81 ,82 besitzt, die zumeist als runde Öffnung präzisionsgefertigt ist. Ein jeweiliges Bundstück 71 ,72 ist an der Stirnseite des Gehäuses G für das Mikrosystem und an der Stirnseite des Motors M so angeordnet, daß sie genau in die Bohrungen 81 ,82 passen. Die zylindrischen Öffnungen 81 ,82 sind zueinander genau ausgerichtet, und werden die beiden funktionstragenden Elemente M,G in diese Öffnungen eingesetzt, so fluchten die Achsen 59,50. Vor dem Einsetzen erfolgt das Ansetzen eines Wellenverbinders 58, der zunächst lose auf das Wellenende 50 aufgesteckt wird, um dann gemeinsam mit diesem in die Aufnahme 81 eingeschoben zu werden, bis der Bund 71 am
Gehäuseaufbau G eng anliegend in der Aufnahme 81 zu liegen kommt. Von der anderen Seite wird der Motor M aufgesteckt, bei dem der Bund 72 in gleicher Weise in die Öffnung 82 eingepaßt wird. Dann wird an dem Wellenverbinder 58 eine jeweilige Fixierung der Wellen 50 und 59 vorgenommen, so daß die Antriebsverbindung zentrisch ausgerichtet, ohne Radialversatz feststeht. Eine zusätzliche Abdeckung H kann als Manschette mit einer ggf. gefasten Mehrkant-Außenstruktur über das Kupplungsstück 80 geschoben werden, so daß sich ein Aufbau ergibt, der mittig einen nach außen mehrkantig erscheinenden Verbinder, links ein erstes Funktionselement G und rechts ein zweites Funktionselement M aufweist. Motor M und Pumpengehäuse G können ebenso vertauscht werden, wie auch zwei Gehäuseaufbauten G aneinandergeflanscht werden können, wobei einer einen fluidischen Motor und der andere eine fluidische Pumpe aufnimmt. Eine Kaskadierung ist möglich.
In Figur 9 ist der Gehäuseaufbau G mit einer Außenfläche versehen, die zylindrisch erscheint. Ebenso ist hier eine Mehrkant-Außenfläche möglich, die auch in
Achsrichtung im wesentlichen gleichmäßig verlaufende Seitenflächen besitzt, um in Achsrichtung gerichtet keine Stufen zu haben.
Zur Sicherung gegen Vertauschen können die in der Figur 9 erläuterten zylindrischen Bohrungen 81 ,82 einen unterschiedlichen Durchmesser besitzen, angepaßt an die jeweiligen Bünde 72,71 der für sie bestimmten Funktionsteile G,M.
Zum Kupplungsstück 80 sei noch erwähnt, daß es zwischen den Stirnflächen einen hohlen Durchgang besitzt, der zusätzlich seitlich durch zwei Ausnehmungen 83,84, die sekanten-förmig und spiegelbildlich verlaufen, von außen zugänglich ist.
Zur Fertigungstechnik sei erwähnt, daß die plattenförmige Schichtstruktur in der Figur 2 nicht nur gleich starke (gleich dicke) Platten zeigt, es aber vorteilhaft wäre, alle Platten aus derselben Schichtstärke zu fertigen. An der Figur 3 kann schematisch ersehen werden, daß der Kanal, der durch diese, im wesentlichen gleich starken Platten verläuft, entlang seiner Erstreckung im wesentlichen denselben Querschnitt aufweist, um Totvolumina zu vermeiden.

Claims

Ansprüche:
1. Gehäuseaufbau zur inneren Aufnahme und Lagerung einer fluidfördernden (F) Mikropumpe, insbesondere einer Mikrozahnringpumpe (MP;A,I), mit einem nach innen gezahnten Außenrad (A) und einem damit kämmenden, nach außen gezahnten Innenrad (I), das mit einer langgestreckten axialen Welle (50) im drehfesten Eingriff (53) steht, wobei der Gehäuseaufbau
(a) eine langgestreckte axiale Öffnung zur Aufnahme der Welle (50) der Mikropumpe aufweist, welche Öffnung eine Gehäuseachse (100) definiert;
(b) mehrere - zumindest drei - sich senkrecht zur Gehäuseachse (100) erstreckende Schichtstruktur-Elemente (20;30;31;32;40;11;12) aufweist, von denen
(aa) eines als Aufnahmeplatte (30) mit einer axial gerichteten Ausnehmung (30a) ausgebildet ist, zur drehfähigen Aufnahme des Außenrades (A); (bb) eines als Anschlußblock (11) für eine Anbringung zumindest eines Einlaß- und eines Auslaßanschlusses (60) ausgebildet ist, zur Zuführung und Abführung des Fluids (F); (cc) eines als Sockelblock (12) zur Aufnahme von axial gerichteten
Montage- oder Spannelementen (13,14) für die anderen Schichtstruktur-Elemente ausgebildet ist;
(c) ein weiteres plattenförmiges Schichtstruktur-Element (31 ;20) zwischen dem Anschlußblock (11) und der Aufnahmeplatte (30) aufweist, das axial gerichtete Kanalsegmente (20a;31k,31k'), umfänglich orientierte
Kanalsegmente (41k,41k') oder radial gerichtete Kanalsegmente (20r) oder eine beliebige Kombination davon (20a,20r) trägt, zur Durchleitung von Fluid (F) aus den Anschlüssen des Anschlußblocks (11) zur Ausnehmung (30a) der Aufnahmeplatte (30) für die Mikropumpe.
2. Gehäuseaufbau nach Anspruch 1 , bei dem die axial, umfänglich und/oder radial gerichteten Kanalsegmente
- einen durchgehenden ersten Kanal vom Einlaßanschluss zur Ausnehmung (30a) für die Mikropumpe (MP) bilden, um Fluid zuzuführen, und - einen weiteren Kanal in den Schichtstruktur-Elementen umfänglich versetzt bilden, zur Abfuhr von Fluid (F) von der Ausnehmung (30a) zum Auslaßanschluß (60).
3. Gehäuseaufbau nach Anspruch 1 , bei dem umfänglich orientierte Kanalsegmente (41k,41k') in dem weiteren plattenförmigen Schichtstruktur- Element (31) als Nieren ausgebildet sind, die zur Oberfläche der benachbarten Schichtstruktur-Elemente hin axial offen sind, um direkt an eine Stirnseite des Außenrades und Innenrades (A,l) der Mikropumpe anzugrenzen, wenn sie in der Ausnehmung (30a) der Aufnahmeplatte (30) gelagert ist.
4. Gehäuseaufbau nach Anspruch 1 , bei dem die Ausnehmung (30a) als zylindrische Öffnung gegenüber der Gehäuseachse (100) exzentrisch in der Aufnahmeplatte (30) angeordnet ist, zur exzentrischen Lagerung des
Außenrades (A) gegenüber dem Innenrad (I), das drehfest im Eingriff mit der in der Gehäuseachse (100) angeordneten Welle (50) steht.
5. Gehäuseaufbau auch nach Anspruch 3, bei dem das weitere plattenförmige Schichtstruktur-Element (31) eine Dicke aufweist und zumindest ein axiales
Kanalsegment (31k,31k') vorgesehen ist, das gegenüber der jeweiligen Niere (41k,41k') radial versetzt ist und eine Länge besitzt, die kleiner ist als die Dicke des weiteren plattenförmigen Elementes (31).
6. Gehäuseaufbau nach Anspruch 1 , bei dem noch ein plattenförmiges
Schichtstruktur-Element (31 ,20) zwischen der Aufnahmeplatte (30) und dem Anschlußblock (11) angeordnet ist, um zwei weitere Elemente zu ergeben.
7. Gehäuseaufbau nach Anspruch 2 oder 6, bei dem das plattenförmige Schichtstruktur-Element (20) radial gerichtete Kanalsegmente (20r) aufweist, um den Fluidstrom (F) von der axialen Wellenöffnung zur Aufnahme der Welle (50) weg nach radial außen zu verlegen.
8. Gehäuseaufbau nach Anspruch 1 , bei dem ein zusätzliches plattenförmiges Schichtstruktur-Element (32) zwischen der Aufnahmeplatte (30) und dem
Sockelblock (12) angeordnet ist, das axial gerichtete Kanalsegmente oder umfänglich orientierte Kanalsegmente (42k,42k') oder beides aufweist.
9. Gehäuseaufbau nach Anspruch 8, bei dem die Kanalsegmente als Nieren (42k,42k') in radialer und umfänglicher Richtung ausgebildet sind, und axial durch das zusätzliche Element (32) durchgehend verlaufen.
10. Gehäuseaufbau nach Anspruch 1 , bei dem zwischen der Aufnahmeplatte (30) für die Mikropumpe und dem Sockelblock (12) zur Aufnahme der Montage- oderSpannelemente zumindest ein zusätzliches plattenförmiges Schichtstruktur-Element (40,32) angeordnet ist und zwischen der Aufnahmeplatte (30) und dem Anschlußblock (11) zumindest zwei plattenförmige Schichtstruktur-Elemente (20,31) angeordnet sind, welche Elemente durch die Montage oder Spannelemente (13) in axialer Richtung zusammenspannbar und gegeneinander fixierbar sind.
11. Gehäuseaufbau nach Anspruch 1 , bei dem der Gehäuseaufbau eine äußere, umfänglich orientierte Oberfläche besitzt, die in Axialrichtung ausgerichtet im wesentlichen gleichmäßig verläuft, insbesondere die äußere Oberfläche zylindrisch ausgebildet ist.
12. Gehäuseaufbau nach einem der vorigen Ansprüche, bei dem zumindest zwei plattenförmige Schichtstruktur-Elemente aus derselben Ausgangsplatte hergestellt sind, die über die ganze Oberfläche eine für die Planizität und Oberflächengüte der Schichtstruktur-Elemente (30,31 ,32) nahe der Mikropumpe erforderliche Oberflächenstruktur besitzt.
13. Gehäuseaufbau nach Anspruch 12, bei dem alle inneren plattenförmigen
Schichtstruktur-Elemente (30,31 ,32,40,20) im wesentlichen die gleiche Dicke als axiale Höhe besitzen.
14. Gehäuseaufbau nach Anspruch 2, bei dem der Zufuhrkanal und der
Abfuhrkanal einen über seine Länge zwischen Anschlußblock (11) und Aufnahmeplatte (30) weitgehend konstanten Querschnitt aufweist.
15. Gehäuseaufbau nach Anspruch 1 , bei dem in der Wellenöffnung zur Aufnahme der Welle (50) zwei plattenförmige Schichtstruktur-Elemente (31 ,32) zur
Lagerung der Welle (50) ausgebildet sind, welche Elemente beiderseits direkt an der Aufnahmeplatte (30) anliegen.
16. Gehäuseaufbau nach Anspruch 5, bei dem das axiale Kanalsegment (31k,31k') einen Durchmesser aufweist, der größer als die Breite der Niere an der umfänglichen Stelle ist, an der das axiale Kanalsegment auf die Niere (41 k,41k') trifft.
17. Gehäuseaufbau auch nach Anspruch 5, bei dem umfänglich zwei Nieren (41k,41k') gegenüber einer Mittelebene (B-B) des Gehäuseaufbaus spiegelsymmetrisch angeordnet sind, die Breite jeder Niere sich umfänglich stetig verändert und das jeweilige axiale Kanalsegment (31k,31k') an einer umfänglichen Stelle auf die jeweilige Niere trifft, an der ein Volumenstrom eines im Betrieb geförderten Fluidstroms am größten ist.
18. Gehäuseaufbau nach Anspruch 17, bei dem das axiale Kanalsegment (31k,31k') mit einem Fahrstrahl (C,C) zu seiner Mittelachse gegenüber der Mittelebene auf einer oder beiden Seiten um zwischen im wesentlichen 75° bis 85° verdreht angeordnet ist.
19. Gehäuseaufbau nach Anspruch 2, bei dem der erste und der zweite Kanal jeweils ein axial und ein radial gerichtetes Kanalsegment in dem weiteren plattenförmigen Schichtstruktur-Element (20) aufweisen.
20. Gehäuseaufbau zur inneren Aufnahme und Lagerung einer fluidfördernden (F) Mikropumpe, insbesondere einer Mikrozahnringpumpe (MP;A,I), die ein nach innen gezahntes Außenrad (A) und ein damit kämmendes, nach außen gezahntes Innenrad (I) aufweist, das mit einer langgestreckten axialen Welle
(50) im drehfesten Eingriff (53) steht, wobei der Gehäuseaufbau
(a) eine axial verlaufende Wellenöffnung zur Aufnahme der Welle (50) der Mikropumpe aufweist, welche Öffnung eine Gehäuseachse (100) definiert;
(b) aus mehreren sich senkrecht zur Gehäuseachse (100) erstreckenden Schichtstruktur-Elementen (20;30;31 ;32; 40;11 ;12) besteht, wobei die Wellenöffnung sich axial durchgehend durch mehrere Schichtstruktur- Elemente erstreckt; (c) wobei ein den Fluidstrom koppelndes plattenförmiges Schichtstruktur-
Element (31 ;20) zwischen einem Anschlußblock (11 ) für eine Anbringung von Einlaß- und Auslaßanschluß (60) und einer Aufnahmeplatte (30) zur Aufnahme des Außenrades (A) angeordnet ist, welches Schichtstruktur- Element zumindest ein axial gerichtetes (20a;31k,31k'), umfänglich orientiertes (41k,41k') oder radial gerichtetes Kanalsegment (20r) oder eine
Kombination von zwei Segmenten davon (20a, 20r) trägt, zur Durchleitung von Fluid (F) zwischen den Anschlüssen des Anschlußblocks (11) und der Ausnehmung (30a) der Aufnahmeplatte (30).
21. Gehäuseaufbau nach Anspruch 1 oder Anspruch 20, bei dem eine Kombination aus einem im wesentlichen radial orientierten Kanalsegment und einem axialen Kanalsegment zusammen eine im wesentlichen radial (20a,20r) orientierte längliche Öffnung bildet, deren axiale Höhe mit der Schichtdicke des plattenförmigen Schichtstruktur-Elementes (20) übereinstimmt.
22. Gehäuseaufbau zur inneren Aufnahme und Lagerung eines mit Fluid (F) durchsetzten Mikrosystems (MP;A,I), wie Mikrozahnringpumpe, Mikrofluidsensor oder Mikrozahnringmotor, das ein erstes Funktionselement (A) und ein damit in Eingriff stehendes zweites Funktionselement (I) aufweist, wobei der Gehäuseaufbau aus mehreren sich senkrecht zu einer Gehäuseachse (100) erstreckenden Schichtstruktur-Elementen (20;30;31 ;32; 40;11 ;12) besteht, gekennzeichnet durch ein plattenförmiges Schichtstruktur- Element (31 ;20) zwischen einem Anschlußblock (11) und einer Aufnahmeplatte (30) für das Mikrosystem (MP;A,I), welches Element ein axial gerichtetes
Kanalsegment (20a;31k,31k'), ein umfänglich orientiertes Kanalsegment (41k,41k') oder ein radial gerichtetes Kanalsegment (20r) oder eine Kombination von zumindest zwei solcher Kanalsegmente (20a,20r) trägt, zur lenkenden Durchleitung des Fluids (F) zwischen Anschlüssen des Anschlußblocks (11) und dem Mikrosystem (MP;A,I).
23. Gehäuseaufbau zur inneren Aufnahme und Lagerung eines fluiddurchsetzenden Mikrosystems (MP;A,I), wie Mikrozahnringpumpe, Mikrofluidsensor oder Mikrozahnringmotor, das ein erstes Funktionselement (A) und ein damit in Eingriff stehendes zweites
Funktionselement (I) aufweist, wobei der Gehäuseaufbau
(a) aus mehreren - zumindest zwei - sich senkrecht zu einer Gehäuseachse (100) erstreckenden Schichtstruktur-Elementen (20;30;31 ;32;40;11 ;12) besteht, von denen (aa) eines als Aufnahmeplatte (30) mit einer axial gerichteten
Ausnehmung (30a) ausgebildet ist, zur Aufnahme des ersten und zweiten Funktionselementes (A) des fluidischen Mikrosystems; (bb) eines als Anschlußblock (11) für eine Anbringung von Einlaß- und Auslaßanschluß (60) ausgebildet ist, zur Zuführung und Abführung von Fluid (F) zum und vom Mikrosystem;
(b) wobei ein weiteres plattenförmiges Schichtstruktur-Element (20) zwischen dem Anschlußblock (11) und der Aufnahmeplatte (30) angeordnet ist, das einen Zufuhrkanal und einen Abfuhrkanal aufweist und in jedem davon ein axial gerichtetes Kanalsegment (20a) und ein im wesentlichen radial gerichtetes Kanalsegment (20r) aufweist, zur Durchleitung des Fluids (F) zwischen jeweils einem Anschluß des Anschlußblocks (11) und der Ausnehmung (30a) der Aufnahmeplatte (30).
24. Gehäuseaufbau zur inneren Aufnahme und Lagerung eines fluiddurchsetzenden Mikrosystems (MP;A,I), wie Mikrozahnringpumpe, Mikrofluidsensor oder Mikrozahnringmotor, das ein erstes Funktionselement (A) und ein damit in Eingriff stehendes zweites Funktionselement (I) aufweist, wobei der Gehäuseaufbau
(a) aus mehreren - zumindest zwei - sich senkrecht zu einer Gehäuseachse (100) erstreckenden Schichtstruktur-Elementen (20;30;31 ;32;40;11 ;12) besteht, von denen
(aa) eines als Aufnahmeplatte (30) mit einer axial gerichteten Ausnehmung (30a) ausgebildet ist, zur Aufnahme des ersten und zweiten Funktionselementes (A) des fluidischen Mikrosystems; (bb) eines als Anschlußblock (11) für eine Anbringung eines Einlaß- und eines Auslaßanschlusses (60) ausgebildet ist, zur Zuführung und Abführung von Fluid (F) zum und vom Mikrosystem; (b) wobei ein weiteres plattenförmiges Schichtstruktur-Element (31 ;20) zwischen dem Anschlußblock (11) und der Aufnahmeplatte (30) angeordnet ist, das ein axial gerichtetes Kanalsegment (20a;31 k,31k'), ein umfänglich orientiertes Kanalsegment (41k,41k') oder ein radial gerichtetes Kanalsegment (20r) oder eine Kombination von zumindest zwei solcher Kanalsegmente (20a, 20r) für die Zufuhr und die Abfuhr des
Fluids trägt.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102011051486A1 (de) 2011-06-30 2013-01-03 Hnp Mikrosysteme Gmbh Mikropumpe sowie Lagerelement für eine Mikropumpe und Arbeitsverfahren
US10012220B2 (en) 2010-11-15 2018-07-03 Hnp Mikrosysteme Gmbh Magnetically driven pump arrangement having a micropump with forced flushing, and operating method

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102008032816A1 (de) * 2008-07-11 2010-01-14 Mahle International Gmbh Konditioniermodul zum Konditionieren von an sich ruhenden Flüssigkeiten
US8807972B2 (en) * 2011-04-15 2014-08-19 Hydro-Aire Inc. Housingless positive displacement pump assembly
DE102016225851A1 (de) * 2016-12-21 2018-06-21 Robert Bosch Gmbh Außenzahnradpumpe für ein Abwärmerückgewinnungssystem

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CH661323A5 (de) * 1983-09-21 1987-07-15 Walter Weber Zahnradpumpe.
US5181835A (en) * 1991-05-15 1993-01-26 Cook Manufacturing Corporation Hydraulic pump
WO1997012147A1 (de) * 1995-09-26 1997-04-03 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Mikromotor und mikropumpe

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2655108A (en) * 1948-05-24 1953-10-13 Webster Electric Co Inc Pump
US2956512A (en) * 1957-05-02 1960-10-18 Robert W Brundage Hydraulic pump or motor
FR2088898A5 (de) * 1970-04-29 1972-01-07 Ferodo Sa
US3824047A (en) * 1973-03-23 1974-07-16 Dermott H Mc Floating rotary ring member of fluid displacement device
US3799201A (en) * 1973-04-05 1974-03-26 Danfoss As Distributor valve for an internally shafted orbital piston machine
US4697997A (en) * 1978-05-26 1987-10-06 White Hollis Newcomb Jun Rotary gerotor hydraulic device with fluid control passageways through the rotor
FR2454513A1 (fr) * 1979-04-20 1980-11-14 Micro Mega Sa Distributeur pour l'alimentation progressive et reversible d'un moteur a air en particulier pour piece a main de dentiste
CA1217089A (en) * 1982-03-23 1987-01-27 Hollis N. White, Jr. Rotary gerotor hydraulic device with fluid control passageways through the rotor
US5797734A (en) * 1996-11-26 1998-08-25 Chrysler Corporation Pump for hot and cold fluids

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CH661323A5 (de) * 1983-09-21 1987-07-15 Walter Weber Zahnradpumpe.
US5181835A (en) * 1991-05-15 1993-01-26 Cook Manufacturing Corporation Hydraulic pump
WO1997012147A1 (de) * 1995-09-26 1997-04-03 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Mikromotor und mikropumpe

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10012220B2 (en) 2010-11-15 2018-07-03 Hnp Mikrosysteme Gmbh Magnetically driven pump arrangement having a micropump with forced flushing, and operating method
DE102011051486A1 (de) 2011-06-30 2013-01-03 Hnp Mikrosysteme Gmbh Mikropumpe sowie Lagerelement für eine Mikropumpe und Arbeitsverfahren
WO2013000745A2 (de) 2011-06-30 2013-01-03 Hnp Mikrosysteme Gmbh Mikropumpe sowie lagerelement für eine mikropumpe und arbeitsverfahren
US9404492B2 (en) 2011-06-30 2016-08-02 Hnp Mikrosysteme Gmbh Pump device having a micro pump and bearing member for a micro pump
DE102011051486B4 (de) 2011-06-30 2023-06-01 Hnp Mikrosysteme Gmbh Pumpenanordnung mit Mikropumpe und Lagerelement

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