DE102008063092A1

DE102008063092A1 - Fluiddynamisches Lager für einen Spindelmotor

Info

Publication number: DE102008063092A1
Application number: DE200810063092
Authority: DE
Inventors: Alexander Fehn; Tobias Kirchmeier
Original assignee: Minebea Co Ltd
Current assignee: MinebeaMitsumi Inc
Priority date: 2008-12-24
Filing date: 2008-12-24
Publication date: 2010-07-01

Abstract

Das fluiddynamische Lager umfasst eine feststehende Lagerkomponente, bestehend aus einer Basisplatte, einer mit der Basisplatte verbundenen Welle und an der Welle angeordneten Lagerflächen, sowie eine bewegliche Lagerkomponente, bestehend aus einem Rotorbauteil und daran angeordneten Lagerflächen, die mit den an der Welle angeordneten Lagerflächen zusammenwirken. Ein mit einem Lagerfluid gefüllter Lagerspalt ist zwischen den Lagerflächen der feststehenden und beweglichen Lagerkomponenten angeordnet. Erfindungsgemäß weist die Welle an einem der Basisplatte zugewandten Ende eine Bohrung auf, und die Basisplatte oder ein an der Basisplatte angeordnetes Bauteil einen Zapfen, wobei die Welle durch Aufstecken auf den Zapfen mit der Basisplatte bzw. dem Bauteil der Basisplatte verbunden wird. Dadurch ist eine große Verbindungslänge zwischen Basisplatte und Welle sichergestellt.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein fluiddynamisches Lager, insbesondere zur Drehlagerung eines Spindelmotors, wie er beispielsweise zum Antrieb eines Festplattenlaufwerkes eingesetzt werden kann.
Stand der Technik
Festplattenlaufwerke werden seit vielen Jahren in Computersystemen zur Speicherung von digitalen Informationen eingesetzt. Die Information wird auf Speicherplatten gespeichert, die drehend angetrieben werden. Der Drehantrieb der Speicherplatten erfolgt durch einen Spindelmotor mit sehr hohen Drehzahlen von mehreren 1.000 bis über 10.000 Umdrehungen pro Minute. Ein Spindelmotor umfasst ein feststehendes Motorbauteil, auch als Stator bezeichnet, sowie ein drehbewegliches Motorbauteil in Form einer Nabe, auf welcher die Speicherplatten des Festplattenlaufwerkes angeordnet sind. Mit Hilfe eines elektro-magnetischen Antriebsystems wird das bewegliche Motorbauteil relativ zum feststehenden Motorbauteil drehend angetrieben. Zur Drehlagerung der beiden Motorbauteile werden in den letzten Jahren vorzugsweise fluiddynamische Lager also hydrodynamische Gleitlager verwendet. Fluiddynamische Lager laufen sehr leise und weisen geringe Reibungsverluste auf und ermöglichen es auch, die Motoren relativ klein zu bauen im Vergleich zu früher verwendeten Kugellagersystemen. In einem fluiddynamischen Lager wird in einen Lagerspalt, der zwischen einander zugewandten Lagerflächen gebildet ist, ein Lagerfluid in Form eines Schmiermittels eingebracht. Durch geeignete Oberflächenstrukturen auf den Lagerflächen wird im Schmiermittel bzw. Lagerspalt Druck aufgebaut, der das Lager tragfähig macht. Fluiddynamische Lager in Spindelmotoren besitzen in der Regel wenigstens eine radiale Lagerkomponente sowie eine axiale Lagerkomponente, um sowohl radiale als auch axiale Lagerkräfte aufnehmen zu können. Dies kann realisiert werden durch separate Axial- und Radiallager oder aber gegeneinander arbeitende konische Lager, beispielsweise offenbart in US 2002/0114547 A1 .
Wie bereits oben erwähnt wurde, können fluiddynamische Lager sehr klein gebaut werden, wodurch die Größe der Spindelmotoren und Festplattenlaufwerke reduziert werden kann. Bei Lagersystemen, bei denen die feststehende Lagerkomponente aus einer Basisplatte und einer in der Basisplatte befestigten Welle gebildet wird, besteht das Problem, dass für eine ausreichend stabile und auch exakte Verbindung zwischen Welle und Basisplatte eine relativ lange Fügelänge benötigt wird. In den meisten Fällen wird die Welle durch eine Pressverbindung mit der Basisplatte verbunden. Aufgrund der notwendigen relativ großen Fügelänge darf die Dicke der Basisplatte im Verbindungsbereich ein gewisses Maß nicht unterschreiten, so dass insgesamt die Bauhöhe des Spindelmotors und damit auch des Festplattenlaufwerkes sich vergrößert bzw. ein Mindestmaß nicht unterschreiten kann. Ist die Fügelänge zwischen Welle und Basisplatte zu klein, so kann keine stabile Verbindung garantiert werden, da nur geringe Auspresskräfte realisiert werden können und die Positionierungsgenauigkeit also Rechtwinkligkeit zwischen Welle und Basisplatte ebenfalls leidet.
Offenbarung der Erfindung
Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein fluiddynamisches Lager anzugeben, das auf einer feststehenden mit der Basisplatte verbundenen Welle basiert und bei welchem im Vergleich zum Stand der Technik die Bauhöhe verringert bzw. der mögliche Lagerabstand vergrößert werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein fluiddynamisches Lager mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung und weitere bevorzugte Merkmale sind in den Unteransprüchen angegeben.
Das fluiddynamische Lager umfasst eine feststehende Lagerkomponente bestehend aus einer Basisplatte, einer mit der Basisplatte verbundenen Welle und an der Welle angeordneten Lagerflächen, sowie ein bewegliche Lagerkomponente, bestehend aus einem Rotorbauteil und daran angeordneten Lagerflächen, die mit den an der Welle angeordneten Lagerflächen zusammenwirken. Ein mit einem Lagerfluid gefüllter Lagerspalt ist zwischen den Lagerflächen der feststehenden und beweglichen Lagerkomponenten angeordnet. Erfindungsgemäß weist die Welle an einem der Basisplatte zugewandten Ende eine Bohrung auf, und die Basisplatte oder ein an der Basisplatte angeordnetes Bauteil einen Zapfen, wobei die Welle durch Aufstecken auf den Zapfen mit der Basisplatte bzw. dem Bauteil der Basisplatte verbunden wird.
Die Welle wird also erfindungsgemäß mittels einer Zapfenverbindung mit der Basisplatte verbunden. Die Verbindung kann als Pressverbindung, als Klebeverbindung, oder als Press- und Klebeverbindung ausgeführt sein. Dies bedeutet, dass der Außendurchmesser des Zapfens gepaart mit dem Innendurchmesser der Bohrung der Welle im Falle einer Pressverbindung als eine Presspassung ausgebildet ist, oder aber als Übergangs- oder lose Passung im Falle einer Klebeverbindung, bzw. als Presspassung mit Kanälen oder Riefen zur Aufnahme des Klebstoffs. Durch die erfindungsgemäße Zapfenverbindung kann die Fügelänge und damit die erreichbaren Auspresskräfte und Verbindungsgenauigkeit ausreichend groß gewählt werden. Vorzugsweise betragen die Länge des Zapfens und damit die Fügelänge der Verbindung zwischen Welle und Basisplatte 20 bis 35% der Länge der Welle. Diese Art der Befestigung der Welle auf der Basisplatte erlaubt eine sehr stabile Verbindung ohne dass die Basisplatte insbesondere im Verbindungsbereich übermäßig dick ausgebildet werden müsste, wie es beispielsweise beim oben angegebenen Stand der Technik US 2002/0114547 A1 der Fall ist. Dadurch kann die Bauhöhe des Lagers und des damit ausgerüsteten Spindelmotors gering gehalten werden.
Je nach Ausgestaltung des Lagers kann es zwei voneinander getrennte Lagerabschnitte umfassen, wobei jeder Lagerabschnitt einander zugewandte und durch einen Lagerspalt voneinander beabstandete Lagerflächen aufweist, wobei jeder Lagerspalt zwei offene Enden aufweist. Hierbei umfasst jeder Lagerspalt ein außen liegendes offenes Ende, das direkt an die Umgebungsatmosphäre angrenzt, sowie ein innen liegendes offenes Ende, das innerhalb des Lagersystems mündet. Die innen liegenden offenen Enden müssen zum Druckausgleich durch geeignete Maßnahmen mit der Außenatmosphäre verbunden werden, da ansonsten im Lagerspalt ein Differenzdruck entsteht, durch welchen das Lagerfluid aus dem Lagerspalt gepresst werden würde. Zur Belüftung der innen liegenden Enden der beiden Lagerspalte kann vorgesehen sein, dass in der Welle ein zentraler Kanal angeordnet ist, der mit der Bohrung der Zapfenverbindung verbunden ist und über welchen die im Lagersystem mündenden innen liegenden Enden des Lagerspaltes mit der Außenatmosphäre verbunden werden können.
Aufgrund der Zapfenverbindung ist es jedoch nicht ohne weiteres möglich, den zentralen Kanal in der Welle mit der Umgebungsatmosphäre zu verbinden.
Erfindungsgemäß ist daher vorgesehen, dass die Welle nicht bis Anschlag auf den Zapfen aufgesteckt ist, sondern derart, dass zwischen der Stirnseite der Welle und der Basisplatte ein ringförmiger Freiraum verbleibt. Ferner ist zwischen den Oberflächen des Zapfens und der Bohrung ein Kanal angeordnet, wodurch der zentrale Kanal der Welle über den Freiraum mit der Außenatmosphäre verbunden werden kann.
Gemäß einer anderen Ausgestaltung der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass zwischen den Oberflächen des Zapfens und der Bohrung ein axialer Kanal angeordnet ist und zwischen der Oberfläche der Basisplatte und der Stirnseite der Welle ein radialer Kanal angeordnet ist, wobei die beiden Kanäle miteinander verbunden sind und den zentralen Kanal der Welle mit der Außenatmosphäre verbinden. Dabei kann der axiale Kanal durch eine in axialer Richtung verlaufende Nut gebildet sein, die entweder am Außenumfang des Zapfens oder aber am Innenumfang der Bohrung verläuft. Der radiale Kanal kann durch eine in radialer Richtung verlaufende Nut gebildet werden, die entweder an einem der Stirnseite der Welle zugewandten Teil der Basisplatte oder aber an einer der Basisplatte zugewandten Stirnseite der Welle ausgebildet ist.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung verläuft der zentrale Kanal der Welle ausgehend von der Bohrung der Zapfenverbindung bis an das andere Ende der Welle, wobei an diesem anderen Ende der Kanal über eine radial verlaufende Querbohrung oder Nut in der Stirnseite der Welle mit der Außenatmosphäre verbunden ist.
Gemäß einer anderen Ausgestaltung der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass im Rotorbauteil ein Kanal vorgesehen ist, über welchen die im Lagersystem mündenden, innen liegenden Enden des Lagerspaltes belüftet werden.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist das Lager als konisches Lager ausgebildet, wobei zwei konusförmige Bauteile an der Welle angeordnet sind, welche schräge Lagerflächen aufweisen, die mit zugeordneten, schrägen Lagerflächen des Rotorbauteils zusammenwirken. Die schrägen Lagerflächen der konusförmigen Bauteile und des Rotorbauteiles sind durch entsprechende Abschnitte des Lagerspaltes voneinander getrennt, wobei die offenen Enden der Abschnitte des Lagerspaltes durch Dichtungsmittel abgedichtet sind. Diese Dichtungsmittel können beispielsweise Kapillardichtungen sein. Nach außen hin ist jedes konusförmige Bauteil vorzugsweise von einer ringförmigen Abdeckung abgedeckt, die in einem Abstand zu dem konusförmigen Bauteil am Rotorbauteil angeordnet ist und die Welle unter Bildung eines ringförmigen Luftspaltes umgibt. Über diesen ringförmigen Luftspalt werden dann auch die außen liegenden Enden des Lagerspaltes belüftet.
Selbstverständlich kann das Lager an Stelle von konischen Lagern auch separate Radiallager und Axiallager aufweisen.
Das fluiddynamische Lager wird vorzugsweise in einem Spindelmotor eingesetzt zur Drehlagerung des beweglichen Motorbauteils gegenüber dem feststehenden Motorbauteil des Spindelmotors.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Dabei ergeben sich aus den Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt einen Spindelmotor mit einer ersten Ausgestaltung eines fluiddynamischen Lagers
2 zeigt einen Spindelmotor mit einer zweiten Ausgestaltung eines fluiddynamischen Lagers
3 zeigt einen Spindelmotor mit einer dritten Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen fluiddynamischen Lagers
3a zeigt eine vergrößerte Aufsicht auf das freie Ende der Welle.
Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung.
1 zeigt einen Spindelmotor mit einer ersten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen fluiddynamischen Lagersystems. Der Spindelmotor umfasst eine Basisplatte 10, welche ein Teil des feststehenden Motorbauteils ist. Die Basisplatte 10 kann einteilig ausgebildet sein oder, wie in 2 dargestellt, eine zentrische Öffnung haben, in der ein weiteres feststehendes Bauteil 26 angeordnet ist. An der Basisplatte ist erfindungsgemäß einen Zapfen 12 angeordnet, der senkrecht zur Ebene der Basisplatte konzentrisch zur Drehachse 56 des Lagers gerichtet ist. Eine Welle 14 – als weiteres feststehendes Lagerbauteil – mit einer axialen Bohrung 16 wird mittels dieser Bohrung auf den Zapfen 12 aufgesteckt. Die Verbindung zwischen dem Zapfen 12 und der Welle 14 kann beispielsweise eine Pressverbindung sein. Durch Aufpressen der Welle 14 auf den Zapfen 12 wird die Welle 14 mit der Basisplatte 10 fest verbunden. Die Länge des Zapfens 12 beträgt beispielsweise 30% der Läge der Welle 14. Damit ergibt sich eine relativ große Verbindungslänge zwischen Zapfen 12 und Welle 14 und damit auch eine stabile und steife Pressverbindung der Welle 14 mit der Basisplatte 10.
Das Lagersystem ist im dargestellten Beispiel als konisches Lagersystem mit zwei gegeneinander arbeitenden konischen Lagerbereichen ausgebildet. An der Welle 14 sind in einem gegenseitigen axialen Abstand zwei konusförmige Bauteile 20 und 22 angeordnet. Das obere freie Ende der Welle 14 ist mit einem weiteren feststehenden Bauteil 18 verbunden, welches beispielsweise ein Gehäusebauteil sein kann, welches den Motor schützt. Jedes konusförmige Bauteil 20, 22 besitzt eine ringförmige, schräg zur Drehachse 56 ausgebildete Lagerfläche. Ein Rotorbauteil 24 ist um die Drehachse 56 drehbar relativ zu den feststehenden Bauteilen 14, 20 und 22 angeordnet. Das Rotorbauteil 24 besitzt ebenfalls ringförmige Lagerflächen, die schräg zur Drehachse 56 angeordnet sind und den Lagerflächen der konusförmigen Bauteile 20 und 22 jeweils gegenüber liegen. Die einander gegenüberliegenden Lagerflächen des Rotorbauteils 24 und der konusförmigen Bauteile 20, 22 sind jeweils durch einen Lagerspalt 28, 30 voneinander getrennt. Die Lagerspalte 28, 30 sind mit einem Lagerfluid, beispielsweise einem Lageröl gefüllt. Die Lagerflächen besitzen in bekannter Weise Lagerrillenstrukturen, die bei Rotation des Rotorbauteils relativ zu den konusförmigen Bauteilen eine Pumpwirkung auf das Lagerfluid ausüben und in den Lagerspalten 28, 30 einen Druck verursachen, der das Lager tragfähig macht. Die Lagerspalte 28, 30 sind nicht miteinander verbunden und weisen jeweils zwei offene Enden auf. Zwei außen liegende Enden der Lagerspalte 28, 30 münden jeweils in Höhe der beiden Enden der Welle 14, während zwei innen liegende Enden der Lagerspalte innerhalb des Lagers in einen Bereich zwischen den Lagerbauteilen 20, 22, der Welle 14 und dem Rotorbauteil 24 münden. Die Enden der Lagerspalte 28, 30 sind durch Dichtungen, vorzugsweise Kapillardichtungen, abgedichtet. Um die außen liegenden Enden der Lagerspalte 28, 30 vor eindringenden Schmutz zu schützen, und auch ein Austreten von Lagerfluid aus dem Motor zu verhindern, sind die beiden konusförmigen Bauteile 20, 22 von Abdeckungen 44, 46 abgedeckt. Die Abdeckungen 44, 46 sind am Rotorbauteil 24 in einem Abstand zum jeweiligen konusförmigen Bauteil 20, 22 angeordnet. Zwischen den konusförmigen Bauteilen 20, 22 und den zugeordneten Abdeckungen 44, 46 verbleibt daher jeweils ein Freiraum, der sich an die Enden der Lagerspalte 28, 30 anschließt und über jeweils einen ringförmigen, zwischen Welle 14 und Abdeckungen 44, 46 verbleibenden Spalt mit der Außenatmosphäre verbunden ist.
Das Rotorbauteil 24 wird über ein elektromagnetisches Antriebssystem relativ zu den feststehenden Motorbauteilen drehend angetrieben. Das Antriebssystem besteht aus einer ringförmigen Statoranordnung 48 mit mehreren Phasenwicklungen, die an der Basisplatte 10 befestigt ist, und innerhalb einer ringförmigen Aussparung des topfförmigen Rotorbauteils 24 angeordnet ist. Die Statoranordnung 48 ist von einem ringförmigen Rotormagneten 50 umgeben, und von diesem durch einen Luftspalt getrennt. Der Rotormagnet 50 ist an einem inneren Rand des Rotorbauteils 24 angeordnet. Durch entsprechende Bestromung der Phasenwicklungen der Statoranordnung 48 wird ein elektromagnetisches Wechselfeld erzeugt, welches auf den Rotormagneten 50 wirkt und den Rotor in Drehung versetzt.
Bei dem dargestellten Lagersystem mit zwei separaten Lagerabschnitten und zwei Lagerspalten 28, 30 mit jeweils zwei offenen Enden ist es wichtig, dass die Enden der Lagerspalten 28, 30 belüftet werden, so dass an der Grenze zwischen dem Lagerfluid und der umgebenden Luft Umgebungsdruck herrscht.
Bei den beiden außen liegenden Enden der Lagerspalte 28, 30 ist eine Verbindung mit der Außenatmosphäre relativ einfach, da die Lagerspalte 28, 30 außerhalb des Lagersystems in die Freiräume zwischen den Bauteilen 20, 22 und den Abdeckungen 44, 46 münden. Beispielsweise mündet das außen liegende Ende des Lagerspaltes 28 das am unteren Stirnbereich des Rotorbauteils 24 angeordnet ist, am Beginn der Abdeckung 44 und ist über den Freiraum zwischen Abdeckung 44 und konusförmigem Bauteil 20, den Spalt zwischen Welle 14 und Abdeckung 44 sowie einen Freiraum und Luftspalt 42 mit dem Statorraum verbunden. Im Statorraum ist die Statoranordnung 48 angeordnet. Der Statorraum ist offen und es herrscht dort Atmosphärendruck, so dass auch am Ende des Lagerspaltes 28 Atmosphärendruck herrscht.
Das außen liegende Ende des oberen Lagerspaltes 30 mündet ebenfalls unterhalb der Abdeckung 46 und ist über den Freiraum zwischen Abdeckung 46 und konusförmigem Bauteil 22 sowie einen Luftspalt zwischen Welle 14 und Abdeckung 46 mit der Atmosphäre außerhalb des Motors verbunden.
Eine Belüftung der innen liegenden Bereich der Lagerspalte 28, 30 ist etwas schwieriger zu lösen. Die innen liegenden Enden der Lagerspalte 28, 30 sind durch einen Ringspalt 40 miteinander verbunden, wobei dieser Ringspalt 40 zwischen Oberflächen der Welle 14 und dem Rotorbauteil 24 angeordnet vorzugsweise nicht mit Lagerfluid gefüllt ist. In der Welle 14 ist eine zentrale Bohrung in Form des zentralen Kanals 36 vorgesehen, wobei der zentrale Kanal 36 durchgängig ausgebildet ist und in der Bohrung 16 zur Aufnahme des Zapfens 12 endet. Der zentrale Kanal 36 ist über eine Querbohrung 38 mit dem Spalt 40 verbunden. Somit herrscht im Spalt 40 und somit an den innen liegenden Ende der Lagerspalte 28, 30 derselbe Druck wie im zentralen Kanal 36 der Welle 14. Zur Belüftung des zentralen Kanals 36 der Welle 14 auf Atmosphärendruck ist zwischen dem Zapfen 12 und der Welle 14 ein Kanal 34 angeordnet, der im Wesentlichen in axialer Richtung verläuft. Ferner ist die Welle 14 nicht bis zum Anschlag an der Basisplatte 10 auf den Zapfen 12 aufgesteckt, sondern die Stirnseite der Welle 14 wird in einem Abstand zur Basisplatte 10 auf dem Zapfen 12 befestigt, so dass zwischen Stirnseite der Welle 14 und Basisplatte 10 ein Freiraum 32 entsteht. Der axiale Kanal 34 mündet in diesen Freiraum 32, der wiederum über den Luftspalt 42, der zwischen Teilen des Rotorbauteils 24 und der Basisplatte 10 verläuft, mit dem Statorraum und damit der Außenatmosphäre verbunden ist. Auf diese Weise wird der zentrale Kanal 36 der Welle 14 belüftet und somit auch die innen liegenden Enden der Lagerspalte 28, 30.
In 2 ist ein Spindelmotor mit einem fluiddynamischen Lagersystem dargestellt, das im Aufbau im Wesentlichen dem Lagersystem aus 1 entspricht. Hierbei sind gleiche Bauteile mit denselben Bezugszeichen bezeichnet.
Im Unterschied zu 1 umfasst der Spindelmotor gemäß 2 eine Basisplatte 10, die nicht einteilig ausgebildet ist, sondern ein eingesetztes Bauteil 26 umfasst, an welchem der Zapfen 12 angeordnet ist. Das Bauteil 26 ist fest mit dem Rest der Basisplatte 10 verbunden. Der Zapfen 12 dient wiederum zur Befestigung, d. h. zum Aufstecken der Welle 14. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist die Welle 14 bis zum Anschlag an der Basisplatte bzw. dem Bauteil 26 am Zapfen 12 aufgesteckt. Es verbleibt also kein Freiraum zwischen der Stirnseite der Welle 14 und dem Bauteil 26. Um nun eine Belüftung des zentralen Kanals 36 der Welle 14 zu gewährleisten, ist wie auch beim Beispiel gemäß 1, ein im wesentlichen axial verlaufender Kanal 34 zwischen dem Zapfen 12 und der Welle 14 vorgesehen. Der Kanal 34 kann beispielsweise als eine axial verlaufende Nut im Zapfen 12 ausgebildet sein. Der Kanal 34 verläuft vom freien Ende des Zapfens 12 bis zum Ansatz des Zapfens 12 am Bauteil 26. Da die Welle 14 den Zapfen 12 umgibt und bis zum Anschlag am Bauteil 26 anliegt, muss der Kanal 34 durch einen weiteren Kanal 52, der radial verläuft, mit dem Freiraum unterhalb bzw. oberhalb der Abdeckung 44 verbunden sein. Der Kanal 34 mündet also in einen weiteren Kanal 52, der als radial verlaufende Nut beispielsweise auf der Oberfläche des Bauteils 26 angeordnet ist. Der radiale Kanal 52 mündet dann in den Freiraum außerhalb der Abdeckung 44 und ist über den Luftspalt 42 mit dem Statorraum und damit mit der Außenatmosphäre verbunden. Somit ist die Belüftung der innen liegenden Enden der Lagerspalte 28, 30 sichergestellt.
3 zeigt einen Spindelmotor mit einem Lagersystem, das aufgebaut ist wie das Lagersystem aus 1. Gleiche Bauteile sind mit denselben Bezugszeichen versehen.
Als Unterschied des Lagersystems von 3 zum Lagersystem von 1 erkennt man, dass am oberen, freien Ende der Welle stirnseitig eine Nut 54 vorgesehen ist. Die Nut 54 verläuft ausgehend von dem zentralen Kanal 36 der Welle 14 radial nach außen zum Außenumfang der Welle 14, wodurch eine Belüftung des zentralen Kanals 38 erreicht wird. Die Belüftung vom zentralen Kanal 36 zur Nut 54 ist gewährleistet, wenn das Gewinde der Verbindungsschraube nicht luftdicht abdichtet, oder wenn im Gewinde der Verbindungsschraube wenigstens ein axialer Kanal vorhanden ist, oder wenn im Gewinde der Welle 14 wenigstens ein axialer Kanal vorhanden ist. 3a zeigt eine Aufsicht auf die obere Stirnseite der Welle 14 und den Kanal 54, wobei wie im Beispiel dargestellt, auch zwei oder mehrere über die Stirnseite der Welle verteilte Kanäle 54 vorgesehen werden können. Durch die Belüftung des zentralen Kanals 36 durch die Nut 54 ist es prinzipiell nicht mehr notwendig, den zentralen Kanal 36 der Welle über eine Nut im Zapfen 12 zu belüften, wie dies in 3 noch dargestellt ist. Es kann also beispielsweise der Kanal 34 entlang des Zapfens 12 entfallen und auch der Freiraum 32, d. h. man könnte die Welle 14 auf Anschlag mit der Basisplatte 10 auf dem Zapfen 12 montieren. Eine Belüftung des zentralen Kanals 36 der Welle und damit auch der innen liegenden Enden der Lagerspalte 28 und 34 ist dann ausschließlich durch die radiale Nut 54 sichergestellt.
Alternativ zu einer Belüftung des innen liegenden Spaltes 40 und damit der innen liegenden Enden der Lagerspalte 28 und 30 durch einen zentralen Kanal 36 in der Welle kann die Belüftung durch einen Kanal in dem Rotorbauteil 24 erfolgen. Hierzu kann im Rotorbauteil 24 eine Bohrung 58 vorgesehen sein, die ausgehend von dem Statorraum bis in den Spalt 40 verläuft und diesen Spalt mit der Außenatmosphäre verbindet. Wenn man einen solchen Kanal vorsieht, können die anderen in 3 dargestellten Maßnahmen zur Belüftung entfallen.

10: Basisplatte
12: Zapfen
14: Welle
16: Bohrung (Welle)
18: Bauteil (feststehend)
20: konusförmiges Bauteil
22: konusförmiges Bauteil
24: Rotorbauteil
26: Bauteil (feststehend)
28: Lagerspalt
30: Lagerspalt
32: Freiraum (Abstand Welle-Basisplatte)
34: Kanal (axial)
36: zentraler Kanal
38: Kanal (quer)
40: Spalt (zwischen den Lagerabschnitten)
42: Luftspalt (zum Statorraum)
44: Abdeckung
46: Abdeckung
48: Statoranordnung
50: Rotormagnet
52: Kanal (radial)
54: Nut (Stirnseite d. Welle)
56: Drehachse
58: Bohrung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- US 2002/0114547 A1 [0002, 0008]

Claims

Fluiddynamisches Lager welches aufweist: eine feststehende Lagerkomponente bestehend aus einer Basisplatte (10), einer mit der Basisplatte verbundenen Welle (14) und an der Welle angeordneten Lagerflächen, eine bewegliche Lagerkomponente, bestehend aus einem Rotorbauteil (24) und daran angeordneten Lagerflächen, die mit den an der Welle (12) angeordnete Lagerflächen zusammenwirken, einen Lagerspalt (28; 30), gefüllt mit einem Lagerfluid, der zwischen den Lagerflächen der feststehenden und beweglichen Lagerkomponenten angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (14) an einem der Basisplatte (10) zugewandten Ende eine Bohrung (16) aufweist, und dass an der Basisplatte oder einem mit der Basisplatte verbundenen Bauteil (26) ein Zapfen angeordnet ist, wobei die Welle (14) auf den Zapfen (12) aufgesteckt und mit der Basisplatte (10) oder dem Bauteil (26) verbunden ist.
Fluiddynamisches Lagersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es zwei voneinander getrennte Lagerabschnitte umfasst, wobei ein erster Lagerabschnitt einen ersten Lagerspalt (28) und ein zweiter Lagerabschnitt (30) einen zweiten Lagerspalt aufweist, wobei jeder Lagerspalt zwei offene Enden aufweist.
Fluiddynamisches Lagersystem nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Lagerspalt (28; 30) ein außen liegendes offenes Ende und ein innen liegendes offenes Ende aufweist.
Fluiddynamisches Lagersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in der Welle (14) ein zentraler Kanal (36) angeordnet ist, der mit der Bohrung (16) der Welle (14) verbunden ist und über welchen die im Inneren des Lagersystems mündenden, innen liegende Enden der Lagerspalte (28; 30) belüftet werden.
Fluiddynamisches Lagersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (14) derart mit dem Zapfen (12) verbunden ist, dass zwischen der Stirnseite der Welle (14) und der Basisplatte (10) oder des Bauteils (26) ein ringförmiger Freiraum (32) verbleibt, und dass zwischen den Oberflächen des Zapfens (12) und der Bohrung (16) der Welle (14) ein axialer Kanal (34) angeordnet ist, der den zentralen Kanal (36) der Welle (14) über den Freiraum (32) mit der Außenatmosphäre verbindet.
Fluiddynamisches Lagersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Oberflächen des Zapfens (12) und der Bohrung (16) der Welle (14) ein axialer Kanal (34) angeordnet ist, und zwischen der Oberflächen der Basisplatte (10) oder des Bauteils (26) und der Stirnseite der Welle (14) ein radialer Kanal (52) angeordnet ist, wobei die Kanäle (34; 52) miteinander verbunden sind und den zentralen Kanal (36) der Welle (14) mit der Außenatmosphäre verbinden.
Fluiddynamisches Lagersystem nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der axiale Kanal (36) der Welle (14) durch eine in axialer Richtung verlaufende Nut am Außenumfang des Zapfens (12) gebildet wird.
Fluiddynamisches Lagersystem nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der axiale Kanal (36) durch eine in axialer Richtung verlaufende Nut am Innenumfang der Bohrung (16) gebildet wird.
Fluiddynamisches Lagersystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der radiale Kanal (52) durch eine der Stirnseite der Welle (14) zugewandte, in radialer Richtung verlaufende Nut in der Basisplatte (10) oder dem Bauteil (26) gebildet wird.
Fluiddynamisches Lagersystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der radiale Kanal (52) durch eine der Basisplatte (10) oder dem Bauteil (26) zugewandte, in radialer Richtung verlaufende Nut in der Stirnseite der Welle (14) gebildet wird.
Fluiddynamisches Lagersystem nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zentrale Kanal (36) der Welle ausgehend von der Bohrung (16) bis an das andere Ende der Welle (14) verläuft, und an diesem Ende der Welle (14) über eine radial verlaufende Querbohrung oder Nut (54) in der Stirnseite der Welle (14) mit der Außenatmosphäre verbunden ist.
Fluiddynamisches Lagersystem nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Rotorbauteil (24) ein Kanal (58) angeordnet ist, über welchen die im Lagersystem mündenden, innen liegende Enden der Lagerspalte (28; 30) belüftet werden.
Fluiddynamisches Lagersystem nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass es ein konisches Lager ist, wobei zwei konusförmige Bauteile (20; 22) an der Welle (14) angeordnet sind, die schräge Lagerflächen aufweisen, die mit zugeordneten, schrägen Lagerflächen des Rotorbauteils (24) zusammenwirken.
Fluiddynamisches Lagersystem nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die schrägen Lagerflächen der konusförmigen Bauteile (20; 22) und die schrägen Lagerflächen des Rotorbauteils (24) durch die Lagerspalte (28; 30) voneinander getrennt sind, und die offenen Enden der Lagerspalte (28; 30) durch Dichtungsmittel abgedichtet sind.
Fluiddynamisches Lagersystem nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass jedes konusförmigen Bauteil (20; 22) von einer ringförmigen Abdeckung (44; 46) abgedeckt ist, das in einem Abstand zu dem konusförmigen Bauteil (20; 22) am Rotorbauteil (24) angeordnet ist und die Welle (14) unter Bildung eines ringförmigen Luftspalts umgibt.
Spindelmotor mit einem feststehenden Motorbauteil (10, 14, 20, 22; 26) und einem beweglichen Motorbauteil (24), einem fluiddynamischen Lager gemäß den Ansprüchen 1 bis 15 zur Drehlagerung des beweglichen Motorbauteils gegenüber dem feststehenden Motorbauteil, und einem elektro-magnetischen Antriebssystem (48; 50) zum Antrieb des beweglichen Motorbauteils.