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Gebiet der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft ein fluiddynamisches Lagersystem, insbesondere
zur Drehlagerung eines Spindelmotors, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des
unabhängigen Anspruchs.
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Spindelmotoren
mit einem fluiddynamischen Lagersystem werden beispielsweise zum
Antrieb von Speicherplatten eines Festplattenlaufwerks oder für Farbräder,
Scanner oder DLPs eingesetzt.
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Beschreibung des Standes der
Technik
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In
der
DE 102 00 089
A1 ist ein fluiddynamisches Lagersystem beschrieben, das
eine Lagerbuchse und eine Welle umfasst, die in einer axialen Bohrung
der Lagerbuchse angeordnet ist. Die Welle rotiert frei in der Lagerbuchse
und die Teile bilden zusammen ein Radiallager. Als Lagerfluid zwischen den
Lagerflächen wird vorzugsweise eine Flüssigkeit verwendet,
welche sich in einem Lagerspalt befindet, der die beiden Lagerflächen
der relativ zueinander bewegten Teile voneinander trennt. Im Betrieb
bildet das Lagerfluid, vorzugsweise Öl, einen tragfähigen Schmierfilm
zwischen den Lagerflächen aus. Am offenen Ende des Lagerspalts
ist ein Fluidreservoir in Form einer konischen Dichtung vorgesehen.
Bei einem fluiddynamischen Lager, wie es z. B. in Spindelmotoren
eingesetzt wird, ist der Lagerspalt mit einem Lagerfluid, wie z.
B. Öl, gefüllt. Aufgrund von Verdampfung verringert
sich das Volumen an Lagerfluid. Daher muss ein gewisser Vorrat an
Lagerfluid vorgesehen werden, damit über die spezifizierte
Lebensdauer des Lagers ausreichend Lagerfluid zur Verfügung
steht. Bei dieser Bauart des Lagersystems ist der zur Verfügung
stehende Platz zur Anordnung eines ausreichend großen Fluidreservoirs
sehr gering.
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Die
DE 20 2004 012 407
U1 offenbart eine fluiddynamische Lageranordnung für
einen Spindelmotor zum Antrieb der Speicherplatten von Festplattenlaufwerken.
Die Lageranordnung umfasst eine Welle und eine Lagerbuchse, die,
unterstützt durch ein zwischen ihren Laufflächen
zirkulierendes Lagerfluid, relativ zueinander drehbar sind. Es ist
ein Deckel vorgesehen, welcher eine Stirnseite und an diese Stirnseite
angrenzende Bereiche des Außenumfangs der Lagerbuchse abdeckt.
Zwischen der Lagerbuchse und dem Deckel ist ein mit dem Lagerspalt
verbundener und zumindest teilweise mit Lagerfluid gefüllter
Freiraum als Fluidreservoir vorgesehen.
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Es
sind auch Spindelmotoren mit fluiddynamischem Lagersystem bekannt,
bei denen ein Axiallager zwischen einer Stirnfläche der
Lagerbuchse und einer gegenüberliegenden Fläche
der Nabe des Motors gebildet wird. Diese Lager werden auch als „Top
Thrust" Lager bezeichnet. Ein solches Lager ist beispielsweise in
US 7,118,278 B2 offenbart.
Der mit Lagerfluid gefüllte Lagerspalt verläuft
dabei zu großen Teilen zwischen der Außenfläche
der Lagerbuchse und der die Lagerbuchse überdeckenden Nabe.
Ein Fluidreservoir ist hier ebenfalls am Außendurchmesser
des Lagerspalts vorgesehen.
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Insbesondere
Top Thrust Lager sind für hohe Drehzahlen von mehr als
10,000 U/Min. geeignet, wie sie in modernen Festplattenlaufwerken
verwendet werden. Bei diesen hohen Drehzahlen ist der Einfluss der
Zentrifugalkraft auf das Lagerfluid ein wesentlicher Aspekt, der
bei beim Design der Dichtungen des Lagerspalts berücksichtigt
werden muss. Bei Top Thrust Lagern hat der radial verlaufende Abschnitt
des Lagerspalts einen relativ großen Durchmesser und das
Fluidreservoir ist am Außendurchmesser der Lagerbuchse
angeordnet. Aufgrund der Zentrifugalkraft wird das Lagerfluid verstärkt über den
radialen Abschnitt des Lagerspalts in das Fluidreservoir gedrückt.
Dem kann durch entsprechende Lagerrillen- und/oder Pumpstrukturen
auf den Lageroberflächen, die das Lagerfluid in das Lagerinnere
befördern, entgegengewirkt werden. Dennoch sind radiale
Lagerspalte mit großen Durchmessern bzw. ringförmige
Fluidreservoirs mit großem radialem Durchmesser bei hohen
Drehzahlen nicht die optimale Lösung.
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Offenbarung der Erfindung
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Die
Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein fluiddynamisches Lagersystem
anzugeben, bei dem das im Lagerspalt und einem Fluidreservoir befindliche
Lagerfluid durch die beim Betrieb des Lagers auftretenden Zentrifugalkräfte
möglichst wenig beeinflusst wird.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale
des unabhängigen Anspruchs gelöst.
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Bevorzugte
Ausgestaltungen und weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung
sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Bevorzugte
Ausgestaltungen der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen
näher erläutert. Dabei ergeben sich aus den Zeichnungen und
deren Beschreibungen weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung.
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Das
fluiddynamische Lagersystem umfasst ein erstes im wesentlichen hohlzylindrisches
Lagerbauteil, einen ringförmigen Flansch, der an einem Ende
am Außenumfang des ersten Lagerbauteils angeordnet ist,
ein zweites Lagerbauteil mit einem radial außenliegenden,
im wesentlichen hohlzylindrischen Abschnitt und einem radial innenliegenden,
im wesentlichen zylindrischen Abschnitt, wobei das zweite Lagerbauteil
relativ zum ersten Lagerbauteil um eine Drehachse drehbar ist, einen
mit einem Lagerfluid gefüllten Lagerspalt mit einem axialen
Abschnitt, der zwischen gegenüberliegenden Oberflächen
des Außenumfangs des ersten Lagerbauteils und des Innenumfangs
des radial außenliegenden Abschnitts des zweiten Lagerbauteils
gebildet ist, und einem radialen Abschnitt, der zwischen gegenüberliegenden
Stirnflächen des ringförmigen Flansches und des
radial außenliegenden Abschnitts des zweiten Lagerbauteils
gebildet ist, mindestens ein Radiallager, das entlang des axialen
Abschnitt des Lagerspaltes vorgesehen ist, mindestens ein Axiallager,
das entlang eines radialen Abschnitts des Lagerspalts vorgesehen
ist, einen Dichtungsbereich, der an ein offenes Ende des radialen
Abschnitts des Lagerspalts angrenzt, und ein Fluidreservoir, das
an ein offenes Ende des axialen Abschnitts des Lagerspaltes angrenzt.
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Ein
wesentliches Merkmal der Erfindung ist die Anordnung des Axiallagers,
das im Gegensatz zum bekannten Top Thrust Lager nun als Bottom Thrust
Lager ausgebildet ist, das heißt relativ weit unten in
der Nähe der das Lagersystem aufnehmenden Basis angeordnet
ist. Dieses Bottom Thrust Design ermöglicht es, das Fluidreservoir
vorteilhaft sehr weit radial innenliegend in der Nähe der
Rotationsachse des Lagersystems anzuordnen, so dass die bei Rotation
des Lagers auf das Lagerfluid wirkenden Fliehkräfte möglichst
klein bleiben. Erfindungsgemäß kann das Lagersystem
als beidseitig offenes Lagersystem oder aber einseitig geschlossenes
Lagersystem ausgebildet sein.
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Bezugsweise
ist das erste Lagerbauteil als feststehendes Lagerbauteil und das
zweite Lagerbauteil als bewegliches Lagerbauteil ausgebildet. Es kann
jedoch auch vorgesehen sein, dass das erste Lagerbauteil als bewegliches
und das zweite Lagerbauteil als feststehendes Lagerbauteil ausgebildet ist.
In einer Ausgestaltung der Erfindung, bei welcher das zweite Lagerbauteil
als drehbares Lagerbauteil ausgebildet ist, kann das zweite Lagerbauteil
ein Teil einer Nabe eines Spindelmotors sein.
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In
einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung bildet das zweite
Lagerbauteil zwischen seinem radial außenliegenden Abschnitt
und seinem radial innenliegenden Abschnitt einen ringförmigen Zwischenraum,
in welchem das erste Lagerbauteil angeordnet ist. Das Radiallager,
das vorzugsweise aus zwei axial beabstandeten Radiallagern besteht, wird
durch einander zugeordnete Lagerflächen am Außenumfang
des ersten Lagerbauteils sowie am Innenumfang des außenliegenden
Abschnittes des zweiten Lagerbauteils gebildet. Die Radiallagerflächen
sind durch den axial verlaufenden Abschnitt des Lagerspaltes voneinander
getrennt. Das mindestens eine Axiallager wird durch einander zugeordnete
Lagerflächen des Flansches und der Stirnseite des radial
außenliegenden Abschnitts des zweiten Lagerbauteils gebildet,
wobei die Lagerflächen durch den radial verlaufenden Abschnitt
des Lagerspaltes voneinander getrennt sind. Der Dichtungsbereich,
der vorzugsweise den radialen Abschnitt des Lagerspaltes abdichtet,
wird durch gegenüberliegende Oberflächen des ringförmigen
Flansches und des radial außenliegenden Abschnittes des
zweiten Lagerbauteils gebildet. Es kann auch vorgesehen sein, dass
am Außendurchmesser des ringförmigen Flansches
ein weiteres ringförmiges Bauteil angeordnet ist, so dass der
Dichtungsbereich durch gegenüberliegende Oberflächen
des ringförmigen Bauteils und des radial außenliegenden
Abschnitts des zweiten Lagerbauteils gebildet wird. Der Dichtungsbereich
ist vorzugsweise als Kapillardichtung, insbesondere als konische
Kapillardichtung ausgebildet, an deren offenem Ende eine ringförmige Nut
vorgesehen ist, die gegebenenfalls aus dem Dichtungsbereich austretendes Lagerfluid
auffängt.
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Das
offene Ende des axialen Abschnittes des Lagerspaltes geht in ein
Fluidreservoir über, das in einem Zwischenraum zwischen
dem Innenumfang des ersten Lagerbauteils und dem Außenumfang
des radial innenliegenden Abschnitts des zweiten Lagerbauteils angeordnet
ist. Das Fluidreservoir wirkt ebenfalls als Dichtung, vorzugsweise
als konische Kapillardichtung und enthält eine größere
Menge an Lagerfluid, aus welcher verdampfendes Lagerfluid ersetzt
wird. Das Fluidreservoir liegt radial sehr weit innen, nahe an der
Rotationsachse des Lagers, wobei der größte radiale
Durchmesser des Fluidreservoirs kleiner ist als der kleinste radiale
Durchmesser des Lagerspaltes.
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Um
eine Zirkulation des Lagerfluids im Lagerspalt zu ermöglich,
kann das Ende des radialen Abschnitts des Lagerspaltes über
einen Rezirkulationskanal mit dem Ende des axialen Abschnitts des Lagerspalts
verbunden sein. Der Rezirkulationskanal kann sowohl in axialer Richtung
parallel zur Rotationsachse oder aber auch schräg zur Rotationsachse des
Lagers verlaufen.
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Das
gesamte Lagersystem kann als fertige Baueinheit aufgebaut und dann
in eine Basisplatte eingesetzt werden, wobei die Basisplatte eine
zylindrische Hülse aufweist, in welcher das Lagersystem umfassend
das erste Lagerbauteil, den ringförmigen Flansch sowie
das zweite Lagerbauteil eingesetzt wird.
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Der
radial außenliegende Abschnitt des zweiten Lagerbauteils
kann entweder als separates Teil des zweiten Lagerbauteils oder
aber als integrales Teil des zweiten Lagerbauteils ausgebildet sein. Gleiches
gilt für den Flansch, der am ersten Lagerbauteil angeordnet
ist. Dieser Flansch kann sowohl einteilig, als auch separat zum
ersten Lagerbauteil ausgebildet sein.
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Um
das axiale Spiel des Lagersystems zu begrenzen, kann an einem Ende
am Außenumfang des radial innenliegenden Abschnitts des
zweiten Lagerbauteils ein Stopperring angeordnet sein, der einer
Stirnfläche des ersten Lagerbauteils gegenüberliegt
und an dieser anschlägt, falls eine übermäßige axiale
Bewegung des Lagersystems auftritt. Das Lagersystem ist einseitig
vorzugsweise durch einen Deckel verschlossen, der am ringförmigen
Flansch befestigt ist. Das Lagersystem ist vorzugsweise zur Drehlagerung
eines Spindelmotors ausgebildet, wie er zum Antrieb von Festplattenlaufwerken
verwendet wird. Ein typisches Lagersystem dieser Bauart hat eine
Lagerhöhe und einen Durchmesser von beispielsweise 10 bis
20 mm.
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Nachfolgend
wird die Erfindung anhand von Zeichnungsfiguren näher beschrieben.
Aus den Zeichnungen und ihren Beschreibungen ergeben sich weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt
eine erste Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen
Lagersystems mit einem mehrteiligen zweiten Lagerbauteil.
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2 zeigt
eine zweite Ausgestaltung des erfindungsgemäßen
Lagersystems mit einem einteiligen zweiten Lagerbauteil.
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3 zeigt
eine dritte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen
Lagersystems mit Rezirkulationskanal.
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4 zeigt
eine vierte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen
Lagersystems mit einem einteiligen ersten Lagerbauteil.
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5 zeigt
eine fünfte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen
Lagersystems mit Rezirkulationskanal.
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6 zeigt
eine sechste Ausgestaltung des erfindungsgemäßen
Lagersystems mit schräger Entlüftungsbohrung.
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7 zeigt
eine siebte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen
Lagersystems mit geschlossenem Fluidreservoir.
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8 zeigt
eine achte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen
Lagersystems mit abgewandeltem Dichtungsbereich.
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9 zeigt
eine neunte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen
Lagersystems mit abgewandeltem Dichtungsbereich.
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10 zeigte
eine zehnte Ausgestaltung eines fluiddynamischen Lagersystems mit
beweglichen ersten Lagerbauteil und feststehendem zweiten Lagerbauteil.
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Beschreibung von bevorzugten
Ausführungsbeispielen der Erfindung
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1 zeigt
ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem
Lagersystem, das ein erstes, etwa hohlzylindrisches Lagerbauteil 10 umfasst,
an dessen einem Ende am Außenumfang ein ringförmiger
Flansch 12 angeordnet ist. Der ringförmige Flansch 12 ist
an seinem Außenumfang in einem zylindrischen Hohlraum einer
Basisplatte 40 gehalten, und bildet zusammen mit dem ersten
Lagerbauteil 10 den feststehenden Teil des Lagersystems.
Es ist ein zweites Lagerbauteil 14 vorhanden, dass einen
ringscheibenförmigen Abschnitt 14a umfasst. Am
scheibenförmigen Abschnitt 14a sind ein radial
außenliegender zylindrischer Abschnitt 14b sowie
ein radial innenliegender zylindrischer Abschnitt 14c angeordnet,
wobei am Innenumfang des äußeren zylindrischen
Abschnitts 14b ein hohlzylindrisches Teil 16 befestigt
ist. Das zweite Lagerbauteil 14 sowie das Teil 16 bilden
das bewegliche Teil des Lagersystems, welches um eine Drehachse 18 relativ
zum ersten Lagerbauteil 10 drehbar ist. Die Bauteile 10, 12, 14 und 16 sind
durch einen mit einem Lagerfluid gefüllten Lagerspalt 20 von
einander getrennt.
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Das
Lagersystem umfasst vorzugsweise mindestens ein Radiallager 22,
das entlang eines axialen Abschnitts 20a des Lagerspaltes 20 vorgesehen ist
und dessen Lagerflächen durch einander zugewandte Lagerflächen
des Außenumfangs des ersten Lagerbauteils 10 und
des Innenumfangs des an dem radial außenliegenden Abschnitt 14b des
zweiten Lagerbauteils 14 befestigten hohlzylindrischen
Teils 16 gebildet ist. Der radiale Abschnitt 20b des
Lagerspaltes 20 umfasst ein Axiallager 24, das
durch einander gegenüberliegende Lagerflächen
des Flansches 12 und der Stirnseite des Bauteils 16 gebildet
wird. Der radiale Abschnitt 20b des Lagerspaltes endet
in einem Dichtungsbereich 26, der als kapillare Spaltdichtung
vorzugsweise als konische Spaltdichtung ausgebildet ist. Der Dichtungsbereich 26 weist
eine Rille 28 zur Zurückhaltung des Lagerfluids
auf. Der axiale Abschnitt 20a des Lagerspaltes 20 geht über
in einen radial quer zur Rotationsachse 18 verlaufenden Ringspalt
der Teil eines Fluidreservoirs 30 ist, das in einem Zwischenraum 34 zwischen
dem Innenumfang des ersten Lagerbauteils 10 und dem Außenumfang
des radial innenliegenden Abschnitts 14c des zweiten Lagerbauteils 14 angeordnet
ist. Zur Zurückhaltung des Lagerfluids besitzt auch das
Fluidreservoir 30 Rillen 32 auf gegenüberliegenden
Dichtungsflächen. Das Fluidreservoir 30 bildet
gleichzeitig eine Abdichtung des axialen Schnitts 20a des
Lagerspaltes und ist vorzugsweise als kapillare Spaltdichtung ausgebildet.
Das axiale Spiel des Lagersystems wird begrenzt durch einen Stopperring 36,
der am Außenumfang des innenliegenden Abschnitts 14c des
zweiten Lagerbauteils befestigt ist und axial durch die Stirnseite
des ersten Lagerbauteils 10 bzw. einen Deckel 38 begrenzt
wird, der das Lagersystem nach unten abschließt und in
einer Aussparung des Flansches 12 befestigt ist. Der das
Fluidreservoir 30 bildende Spalt 34 setzt sich
fort um den Stopperring 36 herum und zwischen dem Deckel 38 und
der Unterseite des ersten Lagerbauteils 10 sowie einem
im Flansch 12 vorgesehenen Kanal 42, der in einen Spalt 44 außerhalb
des Dichtungsbereiches 28 mündet. Der Spalt 44 ist
mit der Außenatmosphäre verbunden. Der größte
Teil des Fluidvolumens, das im Fluidreservoir 30 gehalten
wird, ist erfindungsgemäß radial sehr weit innenliegend,
das heißt nahe an der Rotationsachse 18 angeordnet.
Dadurch wirken auf das Fluid im Reservoir 30 geringere
Fliehkräfte als vergleichsweise auf das Fluid, das radial
weiter außen angeordnet ist, wie es beispielsweise bei
Fluidreservoirs eines Top Thrust Lagers der Fall ist. Somit wird
ein Austreten des Fluids aus dem Dichtungsbereich 26 verhindert.
Zugleich aber wird das im Fluidreservoir 30 vorhandene
Fluid durch die Fliehkraft zuverlässig dem Lagerspalt 20 zugeführt
und ersetzt dort durch den Spalt 44 in die Atmosphäre
abdampfendes Lagerfluid.
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Das
zweite Lagerbauteil 14 hat konzentrisch zur Rotationsachse 18 eine
Bohrung 14d, die zur Befestigung weiterer Teile auf dem
zweiten Lagerbauteil dient, beispielsweise von Speicherplatten eines
Festplattenlaufwerkes.
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2 zeigt
eine zweite Ausgestaltung eines Lagersystems, das nahezu identisch
ist mit dem Lagersystem aus 1. Gleiche
Bauteile sind mit denselben Bezugszeichen versehen. Es gilt die
Beschreibung von 1. Im Unterschied zu 1 ist der
radial außenliegende Abschnitt 14b des zweiten Lagerbauteils 14 einteilig
mit dem Bauteil 16 (gemäß 1)
ausgebildet. Das zweite Lagerbauteil 14 besteht somit nur
aus einem integralen Bauteil. Der Vorteil dieser Anordnung liegt
in der Verringerung der Anzahl der Bauteile und der einfacheren
Montage des Lagers im Vergleich zu 1.
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3 zeigt
ein Lagersystem gemäß 1, wobei
gleiche Bauteile mit denselben Bezugszeichen versehen sind. Es gilt
die Beschreibung von 1. Im Unterschied zu 1 umfasst
das zylindrische Bauteil 16, welches mit dem zweiten Lagerbauteil 14 verbunden
ist, einen Rezirkulationskanal 46, der zwischen dem Dichtungsbereich 26,
also einer Stirnseite des Bauteils 16 und der gegenüber
liegenden Stirnseite des Bauteils 16 angeordnet ist. Der
Rezirkulationskanal 46 ist über einen Verbindungskanal 48 mit dem
axialen Abschnitt 20a des Lagerspalts verbunden. Da das
Axiallager 24 durch geeignete Lagerstrukturen, die in der
Zeichnung schematisch dargestellt sind, eine Pumpwirkung in Richtung
des radialen Abschnitts 20a des Lagers erzeugt, ergibt
sich im Rezirkulationskanal 46 und den Abschnitten des
Lagerspalts 20 eine Zirkulation des Lagerfluids entgegen
der Uhrzeigerrichtung. Dadurch werden die Lagerflächen
stets mit ausreichend Lagerfluid benetzt und eventuell im Lagerfluid
gelöste Luftbläschen können über
den Dichtungsbereich 26 in die Atmosphäre entweichen.
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4 zeigt
eine vierte Ausgestaltung des Lagersystems, ähnlich dem
System von 1. Gleiche Bauteile sind mit
denselben Bezugszeichen versehen. Es gilt im Wesentlichen die Beschreibung
von 1. Es ist ein Rezirkulationskanal gemäß 3 vorhanden.
Im Unterschied zu den 1 bzw. 3 ist der
Flansch 12 (gemäß 1) einteilig
mit dem ersten Lagerbauteil 10 ausgebildet. Dies verringert die
Anzahl der notwendigen Bauteile und vereinfacht die Montage des
Lagersystems.
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5 zeigt
ein Lagersystem gemäß den 1 bzw. 3,
wobei gleiche Bauteile mit denselben Bezugszeichen versehen sind.
Im Unterschied zu den 1 bzw. 3 ist im
Bauteil 16 ein schräg zur Rotationsachse 18 verlaufender
Rezirkulationskanal 50 vorgesehen. Der Rezirkulationskanal 50 beginnt
beim Dichtungsbereich 26 und mündet unmittelbar
angrenzend an das Ende des axialen Abschnitts 20a des Lagerspaltes 20.
Diese Ausgestaltung vereinfacht den Herstellungsprozess des Lagerbauteils 16,
da im Vergleich zu 3 kein Verbindungskanal 48 zur
Verbindung des Rezirkulationskanals mit dem axialen Abschnitt des
Lagerspalts benötigt wird.
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6 zeigt
eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen
Lagersystems, ähnlich dem Lagersystem aus 5.
Gleiche Bauteile wie in 5 sind mit denselben Bezugszeichen
versehen. Im Vergleich zu 5 sind das
Bauteil 116 sowie der Flansch 112 anders ausgebildet.
Das Bauteil 116 hat in der Mitte unter dem zylindrischen
Abschnitt 14b des zweiten Lagerbauteils keine Stufe, sondern
verläuft schräg bis hin zur unteren Kante. Der
Rezirkulationskanal 150 bleibt unverändert zwischen
dem Dichtungsbereich 28 und dem oberen Ende des axialen
Abschnitts 20a des Lagerspalts. Der Flansch 112,
der am ersten Lagerbauteil 110 angeordnet ist, umfasst
keinen rechtwinklig abknickenden Kanal, sondern einen schrägen
Kanal 142, der zur Entlüftung des Spaltes 34 dient,
der das Fluidreservoir 30 bildet. Die schräge
Bohrung 142 ist einfacher auszubilden als ein abgewinkelter
Kanal gemäß 5. Das erste
Lagerbauteil 110 weist ebenfalls keine Stufe gegenüberliegend
dem Stopperring 36 auf, sondern hat eine ebene Stirnseite
um Platz für die Öffnung des Kanals 142 zu
lassen. Die Ausführung gemäß 6 zeichnet
sich durch eine vereinfachte Herstellung der Bauteile gegenüber
der Ausführung gemäß 5 aus.
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7 zeigt
eine weitere Ausgestaltung des Lagersystems, ähnlich der
Ausgestaltung von 6. Es sind gleiche Bauteile
mit denselben Bezugszeichen wie in 6 versehen.
Im Unterschied zu 6 ist der Spalt 134 der
das Fluidreservoir 30 bildet, nicht über einen
Kanal mit der Außenatmosphäre verbunden, sondern
vollständig geschlossen ausgebildet und auch vollständig
mit Lagerfluid gefüllt, so dass sich ein einseitig offenes
Lager ergibt. Die einzige Verbindung des Lagersystems zur Außenatmosphäre
ist daher im Dichtungsbereich 26. Durch das enorm große
Fluidreservoir ist diese Art von Lager insbesondere für
Betriebstemperaturen geeignet, wo vergleichsweise viel Lagerfluid
verdampft und ersetzt werden muss. Der Flansch 113 ist
daher ohne Kanalbohrung ausgebildet und hat lediglich eine Aussparung
zur Aufnahme des Deckels 138, der einen kleineren Durchmesser
als vergleichsweise der Deckel aus 1 aufweist.
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8 zeigt
wiederum eine Ausgestaltung eines Lagersystems, ähnlich
dem Lager aus 1. Gleiche Bauteile wie in 1 sind
mit denselben Bezugszeichen versehen. Der wesentliche Unterschied des
Lagers im Vergleich zu 1 besteht in der Ausgestaltung
des Dichtungsbereichs 226. Im Lager gemäß 1 verläuft
der Dichtungsbereich 26 radial nach außen, also
senkrecht zur Rotationsachse 18. Das bedeutet, dass das
im Dichtungsbereich 26 vorhandene Lagerfluid durch die
Fliehkraft radial nach außen transportiert wird und auch
bei Schockeinwirkung auf das Lager wird das Lagerfluid radial nach außen
gedrückt. In 8 ist nun vorgesehen, dass der
Dichtungsbereich 226 nicht radial verläuft, sondern
einen Knick aufweist und also axial parallel zur Rotationsachse 18 verläuft.
Das Bauteil 216 weist hierzu eine Stufe auf, wie auch der
Flansch 212, so dass sich ein etwa S-förmiger
doppelt abgewinkelter Dichtungsbereich 226 ergibt, der
weniger anfällig für Fliehkräfte bzw.
Schockeinwirkung auf das Lager ist.
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9 zeigt
eine weitere Ausgestaltung des Lagersystems, ähnlich zum
Lager aus 7, wobei gleiche Bauteile mit
denselben Bezugszeichen versehen sind. Wie in 7 ist
hier wieder ein einseitig geschlossenes Lagersystem gezeigt, bei
dem der Hohlraum zwischen dem ersten Lagerbauteil 110 und dem
zweiten Lagerbauteil 114 vollständig mit Lagerfluid
gefüllt ist und ein großes Fluidreservoir 130 bildet.
Am Außenumfang des Flansches 312 ist ein zusätzlicher
Ring 352 vorgesehen, der einer äußeren Umfangsfläche
des Bauteils 316 gegenüberliegt und zusammen mit
diesem den Dichtungsbereich 326 sowie die Dichtungsrillen 328 ausbildet.
Selbstverständlich kann der Ring 352 auch einteilig
mit dem Flansch 312 ausgebildet sein. Ähnlich
wie in 8 ist auch hier der Dichtungsbereich 326 axial
ausgerichtet, das heißt er verläuft etwa parallel
zur Rotationsachse 18. Ein weiterer Vorteil ist, dass das
Lagersystem komplett aufgebaut und bereits mit Lagerfluid befüllt
werden kann, bevor es in die Basisplatte 40 eingesetzt
wird.
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10 zeigt
ein Lagersystem, bei dem das erste Lagerbauteil 410 beweglich
und das zweite Lagerbauteil 414 feststehend ausgebildet
ist. Das zweite Lagerbauteil 414 ist fest mit einer Basis 440 verbunden
und weist einen ringförmigen Abschnitt 414a auf,
an dem ein radial außenliegender zylindrischer Abschnitt 414b und
ein radial innenliegender zylindrischer Abschnitt 414c angeordnet
ist. In einem von den Abschnitten 414b und 414c gebildeten
ringförmigen Freiraum ist das erste Lagerbauteil 410 drehbar um
die Achse 418 angeordnet. Die beiden Radiallager 422 sind
zwischen Lagerflächen am Innenumfang des ersten Lagerbauteils 410 und
am Außenumfang des innenliegenden Abschnitts 414 des
zweiten Lagerbauteils 414 angeordnet und durch den axialen Abschnitt 420a des
Lagerspaltes voneinander getrennt. Entlang eines radialen Abschnittes 420b des Lagerspaltes
ist ein Axiallager 424 angeordnet, das durch Lagerflächen
der Stirnseite des ersten Lagerbauteils 410 und eine Bodenfläche
des zweiten Lagerbauteils 414 gebildet wird. Der axiale
Abschnitt 420a des Lagerspalts endet in einem Dichtungsbereich 426,
der durch ein am Bauteil 414c angeordneten Stopperring 436 und
gegenüberliegende Oberflächen des ersten Lagerbauteils 410 gebildet
werden. Der Dichtungsbereich 426 ist als konische Spaltdichtung
ausgebildet und umfasst Rillen 428 zur Zurückhaltung
des Lagerfluids. Im Bereich des Dichtungsspaltes 426 können
auch eine oder mehrere Pumpdichtungen 454 bzw. 456 angeordnet
sein, die das im Spaltbereich befindliche Lagerfluid nach innen
in Richtung des axialen Abschnitts 420a des Lagerspaltes
befördern. Das Fluidreservoir 430 ist angrenzend an
den radialen Abschnitt 420b des Lagespaltes ausgebildet
und ist Teil eines Spaltes 434, der zwischen dem Außendurchmesser
des ersten Lagerbauteils 410 und dem Innendurchmesser des
Abschnittes 414b des zweiten Lagerbauteils gebildet wird.
Im ersten Lagerbauteil 410 ist ein Rezirkulationskanal 450 vorgesehen,
der die jeweils offenen Enden des Lagerspaltes 420 miteinander
verbindet. Im gezeigten Beispiel ist der Dichtungsbereich 426 relativ
weit innen nahe der Rotationsachse 418 angeordnet und sowohl
Dichtungsbereich als auch Fluidreservoir 430 verlaufen
axial parallel zur Rotationsachse 418. In dieser Ausführungsform
umfasst der Flansch 412 des ersten Lagerbauteils 410 keine
Lagerfunktion sondern ist beispielsweise Teil des Rotors eines Spindelmotors.
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- 10
- erstes
Lagerbauteil
- 10a
- Flansch
- 12
- Flansch
- 14
- zweites
Lagerbauteil
- 14a
- scheibenförmiger
Abschnitt
- 14b
- zylindrischer
Abschnitt
- 14c
- zylindrischer
Abschnitt
- 14d
- Bohrung
- 16
- hohlzylindrisches
Teil
- 18
- Drehachse
- 20
- Lagerspalt
- 20a
- axialer
Abschnitt des Lagerspalts
- 20b
- radialer
Abschnitt des Lagerspalts
- 22
- Radiallager
- 24
- Axiallager
- 26
- Dichtungsbereich
- 28
- Rille
- 30
- Fluidreservoir
- 32
- Rille
- 34
- Spalt
- 36
- Stopperring
- 38
- Deckel
- 40
- Basisplatte
- 42
- Kanal
- 44
- Spalt
- 46
- Rezirkulationskanal
- 48
- Verbindungskanal
- 50
- Rezirkulationskanal
- 110
- erstes
Lagerbauteil
- 112
- Flansch
- 113
- Flansch
- 116
- hohlzylindrisches
Teil
- 130
- Fluidreservoir
- 138
- Deckel
- 142
- Kanal
- 150
- Rezirkulationskanal
- 212
- Flansch
- 216
- hohlzylindrisches
Teil
- 226
- Dichtungsbereich
- 228
- Rille
- 246
- Rezirkulationskanal
- 312
- Flansch
- 316
- hohlzylindrisches
Teil
- 326
- Dichtungsbereich
- 328
- Rille
- 242
- Kanal
- 350
- Rezirkulationskanal
- 352
- Ring
- 410
- erstes
Lagerbauteil
- 412
- Flansch
- 414
- zweites
Lagerbauteil
- 414a
- scheibenförmiger
Abschnitt
- 414b
- zylindrischer
Abschnitt
- 414c
- zylindrischer
Abschnitt
- 418
- Drehachse
- 420
- Lagerspalt
- 420a
- axialer
Abschnitt des Lagerspalts
- 420b
- radialer
Abschnitt des Lagerspalts
- 422
- Radiallager
- 424
- Axiallager
- 426
- Dichtungsbereich
- 428
- Rille
- 430
- Fluidreservoir
- 434
- Spalt
- 436
- Stopperring
- 440
- Basis
- 450
- Rezirkulationskanal
- 454
- Pumpdichtung
- 456
- Pumpdichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 10200089
A1 [0003]
- - DE 202004012407 U1 [0004]
- - US 7118278 B2 [0005]