DE102009006275A1 - Fluiddynamisches Lagersystem und Spindelmotor mit einem solchen Lagersysstem - Google Patents
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Abstract
Das fluiddynamische Lagersystem umfasst eine Lagerbuchse, eine drehbar in einer Lagerbohrung der Lagerbuchse gelagerte Welle, sowie ein mit der Welle verbundenes Rotorbauteil. Die Lagerbauteile sind durch einen Lagerspalt voneinander getrennt, der mit einem Lagerfluid gefüllt ist. Der Lagerspalt umfasst einen axialen Abschnitt zwischen einander gegenüberliegenden Oberflächen der Welle und der Lagerbuchse und einen radialen Abschnitt zwischen einander gegenüberliegenden Oberflächen der Welle und des Rotorbauteils. Das Lager umfasst mindestens ein fluiddynamisches Radiallager gebildet durch einander zugeordnete Lagerflächen der Welle und der Lagerbuchse und mindestens ein fluiddynamisches Axiallager gebildet durch einander zugeordnete Lagerflächen der Lagerbuchse und des Rotorbauteils. An einem freien Ende der Welle ist ein Stopperring als Ausfallsicherung für die Welle angeordnet. Erfindungsgemäß umfasst der Stopperring einen Außendurchmesser ODStopper und die Welle einen Außendurchmesser ODWelle, wobei gilt
1,3 ≦ (ODStopper)/ODWelle ≦ 2,2.
1,3 ≦ (ODStopper)/ODWelle ≦ 2,2.
Description
- Gebiet der Erfindung
- Die Erfindung betrifft ein fluiddynamisches Lagersystem, welches mindestens ein Radiallager und mindestens ein Axiallager umfasst, nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Derartige fluiddynamische Lager werden zur Drehlagerung von Motoren, beispielsweise von Spindelmotoren eingesetzt, die wiederum zum Antrieb von Speicherplattenlaufwerken, Lüftern oder ähnlichem dienen.
- Stand der Technik
- Fluiddynamische Lager, wie sie in Spindelmotoren eingesetzt werden, umfassen in der Regel mindestens zwei relativ zueinander drehbare Lagerbauteile, die zwischen einander zugeordneten Lagerflächen einen mit einem Lagerfluid, z. B. Luft oder Lageröl, gefüllten Lagerspalt ausbilden. Es sind Radiallager sowie Axiallager vorgesehen, die in bekannter Weise den Lagerflächen zugeordnete und auf das Lagerfluid wirkende Oberflächenstrukturen aufweisen. Diese Oberflächenstrukturen sind in Form von Vertiefungen oder Erhebungen üblicherweise auf einzelne oder beide der einander gegenüber liegenden Lagerfächen aufgebracht. Die Oberflächenstrukturen dienen als Lager- und/oder Pumpstrukturen, die bei relativer Drehung der Lagerbauteile innerhalb des Lagerspalts einen hydrodynamischen Druck erzeugen. Bei Radiallagern werden beispielsweise sinusförmige, parabelförmige oder fischgrätartige rillenförmige Oberflächenstrukturen verwendet, die senkrecht zur Rotationsachse der Lagerbauteile über den Umfang von mindestens einem Lagerbauteil verteilt angeordnet sind. Bei Axiallagern werden beispielsweise spiralförmige rillenförmige Oberflächenstrukturen verwendet, die meist senkrecht um eine Rotationsachse angeordnet werden.
- Bei einem fluiddynamischen Lager eines Spindelmotors zum Antrieb von Festplattenlaufwerken gemäß einer bekannten Bauart ist eine Welle in einer Lagerbohrung einer Lagerbuchse drehbar gelagert. Der Durchmesser der Bohrung ist geringfügig größer als der Durchmesser der Welle, so dass zwischen den Oberflächen der Lagerbuchse und der Welle ein mit einem Lagerfluid gefüllter Lagerspalt verbleibt. Die einander zugewandten Oberflächen der Welle und/oder der Lagerbuchse weisen Druck erzeugende Lagerstrukturen, auf als Teil von mindestens einem fluiddynamischen Radiallager. Ein freies Ende der Welle ist mit einer Nabe verbunden, die eine untere, ebene Fläche aufweist, die zusammen mit einer Stirnfläche der Lagerbuchse ein fluiddynamisches Axiallager ausbildet. Hierzu ist eine der einander zugewandten Oberflächen der Nabe oder der Lagerbuchse mit Druck erzeugenden Lagerstrukturen versehen.
- Insbesondere für den Einsatz in Antrieben von Festplattenlaufwerken, speziell für mobile Anwendungen, müssen fluiddynamische Lagersysteme eine hohe Schockfestigkeit aufweisen, um die immer enger werdenden Spezifikationen der Festplattenhersteller zu erfüllen. Insbesondere die axiale Schockfestigkeit für Krafteinwirkungen, die in Richtung der Rotationsachse auftreten, ist maßgeblich. Bei der oben beschriebenen Gattung von Spindelmotoren mit oben im Bereich der Nabe liegendem Axiallager ist die axiale Steifigkeit des Lagers sehr gut aber die erzielbare Schockfestigkeit in axialer Richtung aufgrund des lediglich einen Axiallagers nicht optimal. Da an die Motoren immer höhere Anforderungen gestellt werden, ist es notwendig, die Schockfestigkeit zu verbessern.
- Offenbarung der Erfindung
- Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein fluiddynamisches Lagersystem der eingangs genannten Art anzugeben, das im Vergleich zu bekannten Lagersystemen mit oben liegendem Axiallager eine verbesserte Schockfestigkeit gegen axialen Schock aufweist.
- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Lagersystem gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
- Bevorzugte Ausgestaltungen und weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
- Das fluiddynamische Lagersystem umfasst eine Lagerbuchse, eine drehbar in einer Lagerbohrung der Lagerbuchse gelagerte Welle, sowie ein mit der Welle verbundenes Rotorbauteil. Die Lagerbauteile sind durch einen Lagerspalt voneinander getrennt, der mit einem Lagerfluid gefüllt ist. Der Lagerspalt umfasst einen axialen Abschnitt zwischen einander gegenüberliegenden Oberflächen der Welle und der Lagerbuchse und einen radialen Abschnitt zwischen einander gegenüberliegenden Oberflächen der Welle und des Rotorbauteils. Das Lager umfasst mindestens ein fluiddynamisches Radiallager, gebildet durch einander zugeordnete Lagerflächen der Welle und der Lagerbuchse und mindestens ein fluiddynamisches Axiallager, gebildet durch einander zugeordnete Lagerflächen der Lagerbuchse und des Rotorbauteils. An einem freien Ende der Welle ist ein Stopperring als Ausfallsicherung für die Welle angeordnet. Erfindungsgemäß umfasst der Stopperring einen Außendurchmesser ODStopper und die Welle einen Außendurchmesser ODWelle, wobei gilt
- Durch den im Vergleich zum Außendurchmesser der Welle relativ großen Durchmesser des Stopperrings wird die Schockfestigkeit des Lagers in axialer Richtung wesentlich erhöht. Der Stopperring ist von Lagerfluid umgeben. Bei einem axialen Schock wird die axiale Bewegung des relativ breiten Stopperrings durch das Lagerfluid abgebremst und gedämpft.
- Vorzugsweise liegt das Verhältnis zwischen dem Durchmesser des Stopperrings und dem Durchmesser der Welle bei 1,4 bis 1,6.
- In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der Stopperring einteilig mit der Welle ausgebildet. Der Stopperring ist in einer sich an die Lagerbohrung anschließenden Aussparung der Lagerbuchse angeordnet, welche einen Durchmesser aufweist, der etwas größer ist als der Außendurchmesser des Stopperrings. Die Aussparung ist an der Stirnseite der Lagerbuchse angeordnet und durch eine Abdeckung verschlossen. Der Stopperring ist von einem mit Lagerfluid gefüllten Spalt umgeben, der mit dem axialen Abschnitt des Lagerspaltes verbunden ist und den Stopperring von den angrenzenden Oberflächen der Lagerbuchse und der Abdeckung trennt.
- Bei einem typischen Lagersystem zur Drehlagerung von Spindelmotoren, wie sie zum Antrieb von modernen Festplattenlaufwerken eingesetzt werden, beträgt der Außendurchmesser der Welle etwa 2,5 Millimeter. Bei einem Verhältnis zwischen dem Außendurchmesser des Stopperrings und dem Außendurchmesser der Welle von 1,5 beträgt der Außendurchmesser des Stopperrings erfindungsgemäß ca. 3,8 Millimeter. Da der Stopperring vorzugsweise einteilig mit der Welle ausgebildet ist, kann er sehr dünn gefertigt sein und eine Dicke von beispielsweise 0,4 bis 0,5 Millimetern aufweisen. Die Breite des Spalts zwischen der Oberfläche des Stopperrings und den angrenzenden Oberflächen der Lagerbuchse und der Abdeckung beträgt beispielsweise 20 bis 50 Mikrometer.
- Zwischen einer Oberfläche des Stopperrings und einer gegenüberliegenden Oberfläche der Lagerbuchse kann erfindungsgemäß ein weiteres Axiallager ausgebildet werden. Die ringförmigen Lagerflächen dieses Axiallagers können mit Lagerrillen bzw. Pumpstrukturen versehen werden, die beim Betrieb des Lagers einen Druck im Lagerfluid erzeugen, der entgegengesetzt zum Druck des ersten Axiallagers gerichtet ist. Hierbei bildet das zweite Axiallager jedoch kein vollwertiges Axiallager, da der Spaltabstand zwischen dem Stopperring und der Lagerbuchse bzw. der Abdeckplatte relativ groß ist, beispielsweise zwischen 20 Mikrometern und 50 Mikrometern, im Gegensatz zum Spaltabstand des oberen Axiallagers von beispielsweise 10 bis 15 Mikrometern. Das weitere Axiallager gibt jedoch dem Lagersystem Stabilität, insbesondere im Falle eines axialen Schocks, bei dem sich der Spaltabstand im Bereich des zweiten Axiallagers verringert und dadurch Pumpwirkung der Lagerstrukturen zum tragen kommt, wodurch sich die axiale Gegenkraft zum oberen Axiallager vergrößert.
- In einer weiteren Ausführung der Erfindung ist die Lagerbuchse wenigstens im Bereich des Stopperrings im Außendurchmesser vergrößert. Dies kann zum Beispiel bei einem Verhältnis des Außendurchmessers des Stopperrings ODStopper zu dem Außendurchmesser der Welle ODWelle größer als 1,6 notwendig sein, damit die den Stopperring umgebende Wandung der Lagerbuchse eine ausreichende Stärke aufweist. Der im Vergleich zu
1 deutlich größere Stopperring führt zu einem noch besseren Schockverhalten. Durch eine Vergrößerung des Durchmessers der Lagerbuchse vergrößert sich außerdem die Fläche der Presspassung zwischen der Lagerbuchse und einer Basisplatte. Die Lagerbuchse wird mit einem Teil ihrer Außenfläche in eine Bohrung der Basisplatte eingepresst. Da die Basisplatte gemeinhin aus Aluminium besteht und die Lagerbuchse meist aus einem härteren Material, wie zum Beispiel einem Stahl, wird die Basisplatte durch die größere Lagerbuchse zusätzlich versteift. Dies kann die Resonanzfrequenz der Basisplatte in einen kaum hörbaren hochfrequenten Bereich anheben. Ein weiterer Vorteil der im Durchmesser vergrößerten Lagerbuchse besteht darin, dass in der Wandung der Lagerbuchse Raum geschaffen ist, um einen Rezirkulationskanal, zum Druckausgleich zwischen dem Lagerspalt im Bereich des Stopperrings und dem Lagerspalt im Bereich des Axiallagers, parallel zur Lagerbohrung zu gestalten, wodurch dieser wesentlich einfacher herzustellen ist. Der Rezirkulationskanal mündet damit orthogonal in die genannten Spaltbereiche. - In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der radiale Abschnitt des Lagerspaltes durch einen Dichtungsspalt abgedichtet, der teilweise mit Lagerfluid gefüllt ist und eine Kapillardichtung ausbildet. Die Lagerfläche des Axiallagers bzw. der Radiallager sind mit druckerzeugenden Lagerstrukturen versehen, wie es aus dem Stand der Technik bekannt ist.
- In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist in der Lagerbuchse eine Ölbohrung angebracht, die bevorzugt parallel zur Lagerbuchse angeordnet ist und deren Mittelachse durch den Dichtungsspalt läuft. Bei einer zum Teil im Durchmesser vergrößerten Lagerbuchse ist die Ölbohrung dann von Vorteil, wenn der Durchmesser des vergrößerten Bereichs größer ist, als der Durchmesser des Dichtungsspalts. Durch die Ölbohrung ist das Lager mit dem Lagerfluid befüllbar. Auch lässt sich durch die Ölbohrung der Füllstand des Lagerfluids in der Kapillardichtung optisch überprüfen.
- Das erfindungsgemäße Lagersystem kann zur Drehlagerung eines Spindelmotors eingesetzt werden, welcher einen Stator, einen Rotor und ein elektromagnetisches Antriebssystem umfasst. Ein derartiger Spindelmotor kann vorzugsweise zum Drehantrieb einer Speicherplatte eines Festplattenlaufwerkes eingesetzt werden.
- Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels mit Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert. Daraus ergeben sich weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung.
- Kurze Beschreibung der Zeichnungen
-
1 zeigt einen Längsschnitt durch einen Spindelmotor mit einem erfindungsgemäßen fluiddynamischen Lager. -
2 zeigt einen Längsschnitt durch einen Spindelmotor mit einem erfindungsgemäßen fluiddynamischen Lager nach einer zweiten Ausgestaltung. - Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung
- Die
1 zeigt einen Schnitt durch einen Spindelmotor mit einem erfindungsgemäßen fluiddynamischen Lagersystem. Der Spindelmotor umfasst eine feststehende Lagerbuchse10 , die eine zentrale Bohrung aufweist und das feststehende Bauteil des Lagersystems ausbildet. In die Bohrung der Lagerbuchse10 ist eine Welle12 eingesetzt, deren Durchmesser geringfügig kleiner ist, als der Durchmesser der Bohrung. Zwischen den Oberflächen der Lagerbuchse10 und der Welle12 verbleibt ein Lagerspalt16 . Die einander gegenüberliegenden Oberflächen der Welle12 und der Lagebuchse10 bilden zwei fluiddynamische Radiallager20 ,22 aus, mittels denen die Welle12 um eine Rotationsachse18 drehbar in der Lagerbuchse10 gelagert ist. Die Radiallager20 ,22 sind durch Lagerstrukturen gekennzeichnet, die auf die Oberfläche der Welle12 und/oder der Lagerbuchse10 aufgebracht sind. Der Lagerspalt16 ist mit einem geeigneten Lagerfluid, beispielsweise einem Lageröl, gefüllt. Die Lagerstrukturen der Radiallager20 ,22 üben bei Rotation der Welle12 eine Pumpwirkung auf das im Lagerspalt16 zwischen Welle12 und Lagerbuchse10 befindliche Lagerfluid aus. Dadurch wird im Lagerspalt ein Druck aufgebaut, der die Radiallager20 ,22 tragfähig macht. - An der Unterseite der Welle
12 ist ein einteilig mit der Welle oder ein separat ausgebildeter Stopperring14 angeordnet, der einen vergrößerten Außendurchmesser im Vergleich zum Wellendurchmesser aufweist. Der Stopperring14 verhindert ein Herausfallen der Welle12 aus der Lagerbuchse10 . Das Lager ist an dieser Seite der Lagerbuchse10 durch eine Abdeckplatte30 verschlossen. - Zwischen den Oberflächen des Stopperrings
14 und den Oberflächen der Lagerbuchse10 bzw. der Abdeckplatte30 verbleibt ein mit Lagerfluid gefüllter Spalt48 , der mit dem Lagerspalt verbunden ist. Der Stopperring10 dreht sich also zusammen mit der Welle innerhalb der Aussparung zwischen Lagerbuchse10 und Abdeckplatte30 im Lagerfluid. Erfindungsgemäß ist der Durchmesser ODStopper des Stopperrings14 vorzugsweise 1,4 bis 1,5 Mal so groß wie der Durchmesser ODWelle der Welle12 . - Ein freies Ende der Welle
12 ist mit einem topfförmigen Rotorbauteil24 verbunden, welches die Lagerbuchse10 teilweise umgibt. Eine untere, ebene Fläche des topfförmigen Rotorbauteils24 bildet zusammen mit einer Stirnfläche der Lagerbuchse10 ein fluiddynamisches Axiallager26 aus. Die Stirnfläche der Lagerbuchse10 oder die gegenüberliegende Fläche des topfförmigen Rotorbauteils24 sind mit Lagerstrukturen versehen, die bei Rotation der Welle12 eine Pumpwirkung auf das im Lagerspalt16 zwischen dem Rotorbauteil24 und Stirnseite der Lagerbuchse10 befindliche Lagerfluid ausübt, so dass das Axiallager26 tragfähig wird. Der Lagerspalt16 umfasst einen axialen Abschnitt, der sich entlang der Welle10 und der beiden Radiallager20 ,22 erstreckt, und einen radialen Abschnitt, der sich entlang der Stirnseite der Lagerbuchse10 und des Axiallagers26 erstreckt. - In der Lagerbuchse
10 kann ein Rezirkulationskanal28 vorgesehen sein, der einen am äußeren Rand des Axiallagers26 befindlichen Abschnitt des Lagerspalts16 mit einem unterhalb des unteren Radiallagers24 befindlichen Abschnitt des Lagerspalts16 miteinander verbindet und eine Zirkulation des Lagerfluids im Lager unterstützt. - Die Lagerbuchse
10 ist in einer Basisplatte32 des Spindelmotors angeordnet. An dem topfförmigen Rotorbauteil24 ist eine ringförmige Nabe34 angeordnet, die an ihrem Außenumfang einen umlaufenden Rand aufweist. Die Bauteile24 und34 können natürlich auch einteilig ausgebildet sein. Die Lagerbuchse10 umgebend ist eine Statoranordnung36 an der Basisplatte32 angeordnet, welche aus einem ferromagnetischen Statorblechpaket sowie aus entsprechenden Statorwicklungen besteht. Diese Statoranordnung36 ist in einem radialen Abstand umgeben von einem ringförmigen Rotormagneten38 , welcher in einem Rückschlussring40 mit größerem Durchmesser angeordnet ist. Der Rückschlussring40 und der Rotormagnet38 sind am Innenumfang des umlaufenden Randes der Nabe34 befestigt. Unterhalb des Rotormagneten38 ist ein ferromagnetischer Metallring42 angeordnet, der den Rotormagneten38 magnetisch anzieht, wodurch sich eine nach unten in Richtung der Basisplatte32 gerichtete Kraft ergibt. Diese Kraft ist entgegengesetzt zu der Lagerkraft des Axiallagers26 gerichtet und dient der axialen Vorspannung des Lagersystems bzw. des Axiallagers. - Am radial äußeren Ende des radialen Abschnitts des Lagerspalts
16 ist ein Spalt mit größerem Spaltabstand angeordnet, welcher teilweise als Dichtungsspalt44 wirkt. Der Spalt erstreckt sich anfänglich ausgehend vom Lagerspalt16 radial nach außen und geht in einen axialen Abschnitt über, der sich entlang des Außenumfangs der Lagerbuchse10 zwischen der Lagerbuchse10 und einem zylindrischen Abschnitt des topfförmigen Bauteils24 erstreckt und den Dichtungsspalt44 bildet. - Die äußere Mantelfläche der Lagerbuchse
10 sowie die innere Mantelfläche des topfförmigen Rotorbauteils24 bilden die Begrenzung des Dichtungsspaltes44 . Somit verläuft der Dichtungsspalt44 etwa parallel zur Rotationsachse18 . Am Ende des Dichtungsspaltes44 kann die Lagerbuchse10 am Außenumfang eine Rille46 oder Stufe aufweisen, die beispielsweise mit einem Öl-Stopp-Lack versehen ist, um eine Migration des Lagerfluids über diese Barriere hinaus zu verhindern. - Die
2 zeigt einen Längsschnitt durch ein fluiddynamisches Lager nach einer zweiten Ausführung der Erfindung. Im Folgenden wird nur auf die Unterschiede zu der oben beschriebenen Ausführung eingegangen, gleiche Bauteile sind hierbei mit gleichen Bezugszeichen und vorangestellter „1” versehen. - Grundsätzlich zeigt die
2 im Vergleich zur1 ein erfindungsgemäßes Lager mit einer Lagerbuchse110 , die einen zum Teil vergrößerten Außendurchmesser aufweist. Dadurch ist Raum geschaffen, um den Außendurchmesser des Stopperrings14 im Vergleich zu1 nochmals zu vergrößern, wobei der Außendurchmesser des Stopperring ODStopper mehr als 1,6 mal so groß ist, hier sogar rund 2,2 mal so groß wie der Außendurchmesser ODWelle der Welle12 . Der vergrößerte Außendurchmesser der Lagerbuchse110 stellt sicher, dass die den Stopperring14 umgebende Wandung der Lagerbuchse110 eine bestimmte Dicke aufweist. - Wie oben beschrieben verbessert ein Stopperring mit großem Durchmesser das Schockverhalten des Lagers bei axialer Anregung. Dies wird bei dem Lager nach
2 noch durch ein zusätzliches axiales Pumplager152 zwischen Stopperring14 und Lagerbuchse110 unterstützt, wobei das Pumplager152 auf einer der beiden Flächen angeordnet sein kann. Der Lagerspalt16 weist in diesem Bereich eine Breite auf, die sicherstellt, dass sich die Wirkung des Pumplagers152 erst bei einem axialen Schock, also bei einer Verringerung der Spaltbreite, bemerkbar macht. Dadurch wird der Stromverbrauch im Betrieb ohne axiale Anregung möglichst gering gehalten. - Ein Vorteil der im Durchmesser vergrößerten Lagerbuchse
110 besteht darin, dass in der Wandung der Lagerbuchse110 Raum geschaffen ist, um einen Rezirkulationskanal128 parallel zur Lagerbohrung und außerhalb des Axiallagers gestalten zu können, wodurch dieser im Vergleich zu dem Rezirkulationskanal28 der1 wesentlich einfacher herzustellen ist. - Der Füllstand des Lagerfluids in der Kapillardichtung
44 kann durch den vergrößerten Durchmesser der Lagerbuchse110 ohne zusätzliche Mittel nicht eingesehen werden. Daher befindet sich in der Lagerbuchse110 eine Ölbohrung150 , die parallel zur Lagerbohrung verläuft und deren Mittelachse in die Kapillardichtung44 mündet. Durch die Ölbohrung150 ist das Lager mit dem Lagerfluid befüllbar. Auch lässt sich durch die Ölbohrung150 der Füllstand des Lagerfluids in der Kapillardichtung optisch überprüfen. - Die gezeigte Lagerbuchse
110 ist derart im Durchmesser vergrößert, dass die Statoranordnung36 auf einer Stufe der Lagerbuchse110 montierbar ist. Dadurch kann die gesamte Motoreinheit aufgebaut und getestet werden bevor die Lagerbuchse110 in die Basisplatte132 eingepresst wird. Die Lagerbuchse110 wird mit einem Teil ihrer Außenfläche in eine Bohrung der Basisplatte132 eingepresst. - Im Vergleich zur
1 ist die Fläche der Presspassung zwischen Lagerbuchse110 und Basisplatte132 enorm vergrößert. Die Verbindungssteifigkeit steigt mit größerem Durchmesser der Verbindungsmantelfläche. Es ist üblich eine Lagerbuchse zusätzlich zur Presspassung auch adhesiv mit einer Basisplatte zu verbinden. Durch die vergrößerte Pressfläche des Lagers nach2 kann jedoch auf die Verwendung eines Klebstoffes verzichtet werden. - Da die Basisplatte
132 gemeinhin aus Aluminium besteht und die Lagerbuchse110 meist aus einem härteren Material, wie zum Beispiel einem Stahl, wird die Basisplatte132 durch die größere Lagerbuchse110 zusätzlich versteift. Dies kann die Resonanzfrequenz der Basisplatte132 in einen kaum hörbaren hochfrequenten Bereich anheben. - Im Vergleich zu dem topfförmigen Rotorbauteil
24 und der Rotornabe34 der1 sind diese bei dem Lager der2 als einteilige Nabe134 ausgestaltet. Diese ist aus Stahl gefertigt, wodurch ein Rückschlussring (40 ) nicht mehr notwendig ist. Dadurch wird die Toleranzkette bei der Produktion vorteilhaft verkürzt. -
- 10
- Lagerbuchse
- 12
- Welle
- 14
- Stopperring
- 16
- Lagerspalt
- 18
- Rotationsachse
- 20
- Radiallager
- 22
- Radiallager
- 24
- Rotorbauteil
- 26
- Axiallager
- 28
- Rezirkulationskanal
- 30
- Abdeckplatte
- 32
- Basisplatte
- 34
- Nabe
- 36
- Statoranordnung
- 38
- Rotormagnet
- 40
- Rückschlussring
- 42
- Metallring
- 44
- Dichtungsspalt
- 46
- Rille
- 48
- Spalt
- 110
- Lagerbuchse
- 112
- Welle
- 114
- Stopperring
- 116
- Lagerspalt
- 118
- Rotationsachse
- 120
- Radiallager
- 122
- Radiallager
- 126
- Axiallager
- 128
- Rezirkulationskanal
- 130
- Abdeckplatte
- 132
- Basisplatte
- 134
- Nabe
- 136
- Statoranordnung
- 138
- Rotormagnet
- 144
- Dichtungsspalt
- 148
- Spalt
- 150
- Ölbohrung
- 152
- axiales Pumplager
Claims (13)
- Fluiddynamisches Lagersystem, insbesondere für einen Spindelmotor zum Antrieb von Speicherplatten eines Festplattenlaufwerkes, welches umfasst: eine Lagerbuchse (
10 ,110 ), eine drehbar in einer Lagerbohrung der Lagerbuchse (10 ,110 ) gelagerte Welle (12 ;112 ), ein mit der Welle (12 ;112 ) verbundenes Rotorbauteil (24 ,134 ), einen Lagerspalt (16 ;116 ) gefüllt mit einem Lagerfluid, mit einem axialen Abschnitt zwischen einander gegenüberliegenden Oberflächen der Welle (12 ;112 ) und der Lagerbuchse (10 ,110 ), und einem radialen Abschnitt zwischen einander gegenüberliegenden Oberflächen der Welle (12 ;112 ) und des Rotorbauteils (24 ,134 ), mindestens ein fluiddynamisches Radiallager (20 ,22 ;120 ,122 ) gebildet durch einander zugeordnete Lagerflächen der Welle (12 ;112 ) und der Lagerbuchse (10 ,110 ), mindestens ein fluiddynamisches Axiallager (26 ;126 ) gebildet durch einander zugeordnete Lagerflächen der Lagerbuchse (10 ,110 ) und des Rotorbauteils (24 ,134 ), und einem an einem Ende der Welle (12 ;112 ) angeordneten Stopperring (14 ;114 ) als Ausfallsicherung für die Welle (12 ;112 ), dadurch gekennzeichnet, dass der Stopperring (14 ;114 ) einen Außendurchmesser ODStopper aufweist und die Welle (12 ;112 ) einen Außendurchmesser ODWelle, wobei gilt: - Fluiddynamisches Lagersystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Stopperring (
14 ;114 ) einteilig mit der Welle (12 ;112 ) ausgebildet ist. - Fluiddynamisches Lagersystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Stopperring (
14 ;114 ) eine Dicke von 0.4 bis 0.5 mm aufweist. - Fluiddynamisches Lagersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Stopperring (
14 ;114 ) in einer sich an die Lagerbohrung anschließenden Aussparung der Lagerbuchse (10 ,110 ) angeordnet ist. - Fluiddynamisches Lagersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparung an einer Stirnseite der Lagerbuchse (
10 ,110 ) angeordnet und durch eine Abdeckung (30 ;130 ) verschlossen ist. - Fluiddynamisches Lagersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche des Stopperrings (
14 ;114 ) durch einen mit Lagerfluid gefüllten und mit dem axialen Abschnitt des Lagerspalts (16 ;116 ) verbundenen Spalt (48 ;148 ) von den angrenzenden Oberflächen der Lagerbuchse (10 ,110 ) und der Abdeckung (30 ;130 ) getrennt ist. - Fluiddynamisches Lagersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass einander zugewandeten Oberflächen des Stopperrings (
114 ) und der Lagerbuchse (110 ) ein weiters Axiallager (152 ) ausbilden. - Fluiddynamisches Lagersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der radiale Abschnitt des Lagerspalts durch einen Dichtungsspalt (
44 ;144 ) abgedichtet ist, der teilweise mit Lagerfluid gefüllt ist und eine Kapillardichtung ausbildet. - Fluiddynamisches Lagersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass auf einer Lagerfläche der Lagerbuchse (
10 ;110 ) und/oder auf einer Lagerfläche der Welle (12 ;112 ) Druck erzeugende Lagerstrukturen ausgebildet sind als Teil des fluiddynamischen Radiallagers (20 ,22 ;120 ,122 ). - Fluiddynamisches Lagersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass auf einer Lagerfläche der Lagerbuchse (
10 ,110 ) und/oder einer dieser Lagerfläche gegenüber liegenden Lagerfläche des Rotorbauteils (24 ,134 ) Druck erzeugende Lagerstrukturen ausgebildet sind als Teil des fluiddynamischen Axiallagers (26 ;126 ). - Spindelmotor mit einem Stator und einem Rotor, der mittels des fluiddynamischen Lagersystems gemäß den Ansprüchen 1 bis 11 gegenüber dem Stator drehgelagert ist, und einem elektromagnetischen Antriebssystem (
36 ,38 ,40 ;136 ,138 ) zum Antrieb des Rotors. - Festplattenlaufwerk mit einem Spindelmotor gemäß Anspruch 12 zum Drehantrieb von mindestens einer magnetischen Speicherplatte, sowie einer Schreib- und Lesevorrichtung zum Schreiben und Lesen von Daten auf oder von der magnetischen Speicherplatte.
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DE102011122704A1 (de) | 2010-12-24 | 2012-06-28 | Minebea Co., Ltd. | Fluiddynamisches Lager und Spindelmotor mit einem solchen fluiddynamischen Lager |
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