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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft ein fluiddynamisches Lagersystem, wie es beispielsweise zur Drehlagerung eines Spindelmotors zum Antrieb von Festplattenlaufwerken verwendet wird.
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Stand der Technik
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Ein Spindelmotor mit fluiddynamischem Lagersystem umfasst im Wesentlichen einen Stator, einen Rotor und mindestens das zwischen diesen beiden Teilen angeordnete fluiddynamische Lagersystem. Der elektromotorisch angetriebene Rotor ist mit Hilfe des fluiddynamischen Lagersystems gegenüber dem Stator drehgelagert.
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Eine bekannte Ausgestaltung eines Spindelmotors mit fluiddynamischem Lagersystem ist in der
DE 102 39 650 B3 offenbart. Der Spindelmotor umfasst eine Grundplatte mit einer im Wesentlichen zentral angeordneten Öffnung, in die eine Lagerbuchse eingesetzt ist. Die Lagerbuchse weist eine axiale Lagerbohrung zur Aufnahme einer Welle auf. Die Welle rotiert frei in der Lagerbohrung der feststehenden Lagerbuchse und bildet zusammen mit dieser mindestens ein Radiallager aus. Die in gegenseitiger Wirkverbindung stehenden Lageroberflächen von Welle und Lagerbuchse sind durch einen dünnen, konzentrischen und mit einem Lagerfluid gefüllten Lagerspalt voneinander beabstandet. In wenigstens einer Lageroberfläche der Lagerbuchse oder der Welle ist eine Lagerrillenstruktur eingearbeitet, welche infolge der rotatorischen Relativbewegung zwischen Welle und Lagerbuchse lokale Beschleunigungskräfte auf das im Lagerspalt befindliche Lagerfluid ausübt. Auf diese Weise entsteht eine Pumpwirkung, die zur Ausbildung eines homogenen und gleichmäßig dicken Schmiermittelfilms innerhalb des Lagerspalts führt, der durch Zonen fluiddynamischen Druckes stabilisiert wird.
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Die Welle trägt eine Nabe, auf der z. B. eine oder mehrere Speicherplatten eines Festplattenlaufwerks angeordnet sind.
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Eine axiale Verschiebung der Welle entlang der Rotationsachse wird durch entsprechend ausgestaltete fluiddynamische Axiallager verhindert. Die fluiddynamischen Axiallager werden vorzugsweise durch eine Stirnfläche einer bevorzugt an einem Ende der Welle angeordneten Druckplatte gebildet, wobei der Stirnfläche der Druckplatte eine entsprechende Stirnfläche der Lagerbuchse zugeordnet ist. Eine Abdeckplatte verschließt die offene Seite des Lagersystems und verhindert, dass Luft in den mit Lagerfluid gefüllten Lagerspalt eindringt oder das Lagerfluid ausläuft. Bei dem gezeigten Lagersystem wird ein flüssiges Lagerfluid, beispielsweise ein Lageröl verwendet.
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Es ist ein elektromagnetisches Antriebssystem vorhanden, das aus einer am feststehenden Teil des Motors angeordneten Statoranordnung und einem an der Nabe angeordneten Magnetanordnung besteht. Es handelt sich hier um ein bei Festplattenmotoren häufig verwendetes Single-Plate-Design (d. h. es ist nur eine Druckplatte vorhanden). Der Motor umfasst relativ wenige, einfach und kostengünstig produzierbare und verbindbare Teile und Funktionskomponenten, und ist daher sehr robust, da Toleranzen und auch die Funktionsweise von radialem und axialem Lager praktisch unabhängig voneinander sind. Es ist eine Anordnung aller Bauteile des Motors unter der glockenförmigen Nabe möglich, insbesondere auch des Fluidlagersystems, das auf der Seite der Axiallager verschlossen ist, wobei die gegenüberliegende offene Seite durch eine konische Kapillardichtung abgedichtet ist.
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Bei einem fluiddynamischen Lagersystem der oben genannten Art mit einseitig verschlossenem Lagerspalt kommt es bei einer ruckartigen axialen Bewegung der Welle in der Lagerbohrung zum sogenannten Kolbeneffekt. Eine axiale Bewegung der Welle, beispielsweise durch äußere Krafteinwirkung, übt einen Druck auf das zwischen der Stirnseite der Welle und der Abdeckplatte befindliche Lagerfluidvolumen aus. Das Lagerfluid kann als Reaktion auf die axiale Bewegung der Welle entweder durch den relativ dünnen Lagerspalt fließen, was unwahrscheinlich ist, oder sein Volumen durch Expansion oder Kompression ändern (Flüssigkeiten sind nur sehr gering komprimierbar) oder der Hohlraum zwischen der Stirnseite der Welle und Abdeckplatte wird erhalten, indem sich die Abdeckplatte aufgrund des durch das Fluid ausgeübten Drucks durchbiegt. Der letztgenannte Fall ist hierbei der wahrscheinlichste. Die Biegesteifigkeit der Abdeckplatte ist im Wesentlichen abhängig von ihrem Durchmesser und ihrer Dicke. Durch die Einstellung der Biegesteifigkeit der Abdeckplatte kann daher die axiale Transmissibilität des Lagersystems und damit die axiale Steifigkeit und die axiale Dämpfung eingestellt werden.
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Offenbarung der Erfindung
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Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein fluiddynamisches Lager der eingangs genannten Art hinsichtlich axialer Steifigkeit und axialer Dämpfung zu optimieren.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein fluiddynamisches Lager mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung und weitere vorteilhafte Merkmale sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Das erfindungsgemäße fluiddynamische Lagersystem umfasst eine Lagerbuchse mit einer Lagerbohrung mit zwei offenen Enden, eine in der Lagerbohrung angeordnete Welle, einen mit einem Lagerfluid gefüllten Lagerspalt, der zwischen den Oberflächen der Welle und der Lagerbohrung ausgebildet ist, und eine Abdeckplatte, die ein offenes Ende der Lagerbohrung verschließt und einer Stirnseite der Welle direkt gegenüberliegt. Erfindungsgemäß weist die Abdeckplatte eine Dicke zwischen 50 und 170 Mikrometer auf, wobei zwischen der Stirnseite der Welle und der Abdeckplatte ein Spalt gebildet ist, der eine Breite von weniger als 30 Mikrometern aufweist.
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Die Abdeckung weist vorzugsweise einen umlaufenden Rand auf, der auf der Stirnseite der Lagerbuchse aufliegt. Dabei kann der Rand am größten Umfang der Abdeckplatte angeordnet sein, d. h. radial möglichst weit außen, oder aber der Rand kann radial einwärts vom größten Umfang der Abdeckplatte angeordnet sein. Alternativ kann die Abdeckplatte vollkommen eben ausgebildet sein und der Rand dann an einer entsprechenden Position der Lagerbuchse angeordnet sein. Der Rand bestimmt den Abstand, also die Breite des Spaltes, zwischen der Abdeckplatte und der Stirnseite der Lagerbuchse.
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Vorzugsweise ist die Dicke der Abdeckplatte von ihrem Durchmesser abhängig. Das Verhältnis zwischen dem Durchmesser und der Dicke der Abdeckplatte ist vorzugsweise größer gleich 45.
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Bei allen bevorzugten Ausgestaltungen der Erfindung ist ein freies Ende der Welle mit einem Rotorbauteil verbunden, wobei eine Stirnseite der Lagerbuchse einer Stirnfläche des Rotorbauteils direkt gegenüberliegt.
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In einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Lagers ist an einem in der Lagerbuchse angeordneten Ende der Welle eine Druckplatte angeordnet, die unter Bildung eines mit Lagerfluid gefüllten Spaltes in einer Aussparung der Lagerbuchse angeordnet ist. Es ist mindestens ein Axiallager vorgesehen, das durch Lageflächen auf der Oberfläche der Druckplatte und Lagerflächen auf der Oberfläche der Lagerbuchse gebildet ist.
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In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist ein freies Ende der Welle mit einem Rotorbauteil verbunden, wobei eine Stirnseite der Lagerbuchse einer Stirnfläche des Rotorbauteils direkt gegenüber liegt. Es ist mindestens ein Axiallager durch Lagerflächen auf der Stirnseite der Lagerfläche und der Stirnfläche des Rotorbauteils gebildet. In dieser Ausgestaltung der Erfindung ist an einem in der Lagerbuchse befindlichen Ende der Welle ein Stopperring angeordnet, der unter Bildung eines mit Lagerfluid gefüllten Spaltes in einer Aussparung der Lagerbuchse angeordnet ist. Der Stopperring verhindert ein Herausfallen der Welle aus der Lagerbohrung und hat ansonsten keine Lagerfunktion.
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Alternativ kann der Stopperring an einem ringförmigen Rand des Rotorbauteils angeordnet sein, und zusammen mit einem Außenumfang der Lagerbuchse einen mit Lagerfluid gefüllten Dichtungsspalt ausbilden.
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Im Gegensatz zu einem herkömmlichen Lagersystem, wird erfindungsgemäß eine Abdeckplatte mit verringerter Dicke, vorzugsweise weniger als 250 Mikrometer, verwendet. Die Dicke wird so gewählt, dass sowohl die Lagerdämpfung als auch die Steifigkeit bei axialem Schock auf die Welle optimiert ist. Hierbei hat sich herausgestellt, dass nicht nur die Dicke der Abdeckplatte Einfluss auf die Dämpfung und Steifigkeit hat, sondern auch der Abstand der Abdeckplatte von der Stirnseite der Lagerbuchse bzw. Stirnseite der Welle einen Einfluss hat. Vorzugsweise wird die Abdeckplatte so ausgebildet, dass sie nur mit einer relativ kleinen, ringförmigen Fläche auf der Lagerbuchse aufliegt, so dass die restliche Fläche der Abdeckplatte frei schwingen kann.
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Das fluiddynamische Lagersystem wird vorzugsweise zur Drehlagerung eines Spindelmotors eingesetzt. Derartige fluiddynamisch gelagerte Spindelmotoren werden vorzugsweise in Festplattenlaufwerken zum Antrieb der Speicherplatten verbaut.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Dabei ergeben sich aus den Zeichnungen und ihrer Beschreibung weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1: zeigt einen Schnitt durch einen Spindelmotor mit einer ersten Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen fluiddynamischen Lagersystems
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2: zeigt einen Schnitt durch einen Spindelmotor mit einer zweiten Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen fluiddynamischen Lagersystems
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3a: zeigt eine vergrößerte Ansicht des Lagers aus 1 im Bereich der Druckplatte
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3b: zeigt eine vergrößerte Ansicht des Lagers aus 1 im Bereich der Druckplatte mit alternativer Ausgestaltung der Abdeckplatte
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3c: zeigt eine vergrößerte Ansicht des Lagersystems aus 1 im Bereich der Druckplatte mit alternativer Ausgestaltung der Abdeckplatte und ihrer Befestigung
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4: zeigt einen Schnitt durch eine dritte Ausgestaltung eines erfindungs-gemäßen Lagersystems
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5: zeigt ein Diagramm mit einer Gegenüberstellung der axialen Transmissibilität von Lagersystemen mit verschieden dicker Abdeckplatte
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Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung
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1 zeigt einen Spindelmotor mit einem erfindungsgemäßen fluiddynamischen Lagersystem. Der Spindelmotor umfasst eine Basisplatte 32 mit einer im Wesentlichen zentralen Öffnung, in welcher eine Lagerbuchse 10 beispielsweise im Presssitz gehalten ist. Die Lagerbuchse 10 weist eine axiale Lagerbohrung zur Aufnahme einer Welle 12 auf. Der Durchmesser der Welle ist geringfügig kleiner als der Durchmesser der Lagerbohrung, so dass zwischen dem Innendurchmesser der Lagerbohrung und dem Außendurchmesser der Welle 12 ein ringförmiger konzentrischer Lagerspalt 16 gebildet wird. Der Lagerspalt 16 ist mit einem Lagerfluid, beispielweise einem Lageröl, gefüllt. Die Welle 12 kann frei in der feststehenden Lagerbuchse 10 um eine Rotationsachse 18 rotieren und bildet zusammen mit der Lagerbuchse 10 in bekannter Weise zwei fluiddynamische Radiallager 20, 22, die in einem axialen Abstand zueinander angeordnet sind. Die Radiallager 20, 22 sind durch Lagerrillenstrukturen gekennzeichnet, die auf der Oberfläche der Welle 12 und/oder der Lagerbohrung der Lagerbuchse 10 angeordnet sind. Die Lagerrillenstrukturen üben bei Rotation der Welle 12 eine Pumpwirkung auf das im Lagerspalt 16 zwischen Welle 12 und Lagerbuchse 10 befindliche Lagerfluid aus, so dass die Radiallager 20, 22 tragfähig werden.
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Am freien Ende der Welle 12 ist eine Nabe 28 befestigt, auf der z. B. eine oder mehrere Speicherplatten (nicht dargestellt) eines Festplattenlaufwerks angeordnet werden können. Eine Verschiebung der Lageranordnung entlang der Rotationsachse 18 wird durch ein fluiddynamisches Axiallager 30 verhindert. Das fluiddynamische Axiallager 30 wird vorzugsweise durch eine Stirnfläche einer bevorzugt an einem Ende der Welle 12 angeordneten ringförmigen Druckplatte 14 gebildet. Diese Stirnfläche der Druckplatte 14 ist einer entsprechenden Stirnfläche der Lagerbuchse 10 zugeordnet. Eine oder beide einander zugeordneten Lagerflächen des Axiallagers 30 sind in bekannter Weise mit Lagerrillenstrukturen versehen. Die Lagerflächen des Axiallagers 30 sind durch den Lagerspalt 16 voneinander getrennt. Eine Abdeckplatte 24 verschießt eine offene Seite des Lagersystems und verhindert, dass Luft in den mit Lagerfluid gefüllten Lagerspalt 16 eindringt oder Lagerfluid austritt.
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Das andere offene Ende des Lagerspalts 16, nahe der Nabe 28, kann in bekannter Weise durch eine konische Kapillardichtung 40 abgedichtet werden. Die konische Kapillardichtung 40 ist mit dem Lagerspalt 16 verbunden und anteilig mit Lagerfluid gefüllt. Die Kapillardichtung wirkt gleichzeitig als Ausgleichsvolumen und Reservoir für das Lagerfluid.
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Der Spindelmotor wird in bekannter Weise durch ein elektromagnetisches Antriebssystem angetrieben, das im Wesentlichen aus einer am feststehenden Teil des Motors angeordneten Statoranordnung 34 und einem an der Nabe 28 angeordneten Rotormagneten 36 besteht. Der magnetische Kreis des Rotormagneten wird durch einen Rückschlussring 38 geschlossen.
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Wie man in 1 und im Detail auch in 3 erkennt, weist die Abdeckplatte 24 an ihrem Außendurchmesser einen Rand 24a auf. Die Abdeckplatte 24 ist in einer Aussparung der Lagerbuchse 10 angeordnet, wobei ihr Rand 24a auf der Stirnseite der Lagerbuchse 10 aufliegt. Die übrige Oberfläche der Abdeckplatte 24 weist keine Berührung zur Lagerbuchse 10 oder einem anderen Lagerbauteil auf. Vielmehr ist zwischen der Abdeckplatte 24 und der Stirnseite der Lagerbuchse 10 als auch der Stirnfläche der Druckplatte 14 und der Stirnfläche der Welle 12 ein Spalt 26 gebildet. Dieser Spalt 26 ist mit Lagerfluid gefüllt und über einen Spalt am Außenumfang der Druckplatte 14 mit dem Lagerspalt 16 verbunden.
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Erfindungsgemäß beträgt die Dicke der Abdeckplatte zwischen 50 und 250 Mikrometer bei einem Durchmesser von ca. 3 bis 4 Millimeter. Das im Spalt 26 befindliche Volumen an Lagerfluid wird bei einer axialen Bewegung der Welle 12 und Druckplatte 14 in Pfeilrichtung 44 komprimiert bzw. expandiert. Dadurch kommt es zu einer Ausbeulung bzw. Einbuchtung der Abdeckplatte 24, deren Dicke erfindungsgemäß derart eingestellt ist, dass sich sowohl ein gutes Dämpfungsverhalten als auch einen gute axiale Steifigkeit des Lagers ergibt. Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Spalt 26 sich über fast den gesamt Durchmesser der Abdeckplatte 24 entlang erstreckt, wobei die Abdeckplatte nur in einem kleinen Bereich, also im Bereich des Randes 24a aufliegt, während die anderen Bereiche der Abdeckplatte 24 frei beweglich schwingen können.
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3b zeigt eine abgewandelte Ausgestaltung der Lagerbuchse 10' bzw. der Abdeckplatte 24'. In dieser Ausgestaltung ist die Abdeckplatte 24' als ebene Platte ohne einen Rand ausgebildet, und liegt auf einer Stufe der Lagerbuchse 10' im Bereich ihres äußeren Durchmessers auf. Die Stufe an der Lagerbuchse 10' bestimmt den Abstand der Abdeckplatte 24' zur Stirnseite der Lagerbuchse 10' bzw. den Stirnseiten der Druckplatte 14 und der Welle 12. Dieser Abstand entspricht einem Spalt 26' der, wie oben beschrieben, mit Lagerfluid gefüllt ist.
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3c zeigt eine weitere Ausgestaltung einer Lagerbuchse 10'' und Abdeckplatte 24'. Die Lagerbuchse 10 ist wie in 3a ausgebildet, während die Abdeckplatte 24' als ebene Platte ohne Rand ausgebildet ist. Die Abdeckplatte wird in einer Aussparung der Lagerbuchse 10 angeordnet derart, dass sich ein vorgegebener Abstand zwischen den Stirnseiten der Lagerbuchse 10, der Welle 12 und der Druckplatte 14 ergibt. In diesem vorgegebenen Abstand, welcher dem Spalt 26'' entspricht, wird dann die Abdeckplatte 24' fixiert.
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In allen Ausgestaltungen beträgt das Verhältnis des Durchmessers der Abdeckplatte, was im Wesentlichen auch dem Durchmesser des Spaltes 26 entspricht und der Dicke der Abdeckplatte 24, etwa 45:1 oder mehr.
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Die 2 zeigt einen Schnitt durch einen Spindelmotor mit einer weiteren Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen fluiddynamischen Lagersystems. Der Spindelmotor umfasst eine feststehende Lagerbuchse 110, die eine zentrale Bohrung aufweist und das feststehende Bauteil des Lagersystems ausbildet. In die Bohrung der Lagerbuchse 110 ist eine Welle 112 eingesetzt, deren Durchmesser geringfügig kleiner ist, als der Durchmesser der Bohrung. Zwischen den Oberflächen der Lagerbuchse 110 und der Welle 112 verbleibt ein Lagerspalt 116, der mit einem Lagerfluid gefüllt ist. Die einander gegenüberliegenden Oberflächen der Welle 112 und der Lagebuchse 110 bilden zwei fluiddynamische Radiallager 120, 122 aus, mittels denen die Welle 112 um eine Rotationsachse 118 drehbar in der Lagerbuchse 110 gelagert ist. Die Radiallager 120, 122 sind durch Lagerrillenstrukturen gekennzeichnet, die auf die Oberfläche der Welle 112 und/oder der Lagerbuchse 110 aufgebracht sind.
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An der Unterseite der Welle 112 ist ein einteilig mit der Welle oder ein separat ausgebildeter Stopperring 114 angeordnet, der einen vergrößerten Außendurchmesser im Vergleich zum Wellendurchmesser aufweist. Der Stopperring 114 verhindert ein Herausfallen der Welle 112 aus der Lagerbuchse 110. Das Lager ist an dieser Seite der Lagerbuchse 110 durch eine Abdeckplatte 124 verschlossen.
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Ein freies Ende der Welle 112 ist mit einer Nabe 128 verbunden, welche die Lagerbuchse 110 teilweise umgibt. Eine untere, ebene Fläche der Nabe 128 bildet zusammen mit einer Stirnfläche der Lagerbuchse 110 ein fluiddynamisches Axiallager 130 aus. Hierbei ist die Stirnfläche der Lagerbuchse 110 oder die gegenüberliegende Fläche der Nabe 128 mit Lagerrillenstrukturen versehen, die bei Rotation der Welle 112 eine Pumpwirkung auf das im Lagerspalt 116 zwischen der Nabe 128 und der Stirnseite der Lagerbuchse 110 befindliche Lagerfluid ausübt, so dass das Axiallager 130 tragfähig wird.
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Die Lagerbuchse 110 ist in einer Basisplatte 132 des Spindelmotors angeordnet. An der Basisplatte ist eine Statoranordnung 134 angeordnet, welche aus einem ferromagnetischen Statorblechpaket sowie aus entsprechenden Statorwicklungen besteht. Diese Statoranordnung 134 ist umgeben von einem ringförmigen Rotormagneten 136, welcher am Innenumfang eines umlaufenden Randes der Nabe 128 befestigt ist. Unterhalb des Rotormagneten 136 ist ein ferromagnetischer Metallring 138 angeordnet, der den Rotormagneten 136 anzieht, wodurch sich eine nach unten zur Basisplatte 132 hin gerichtete Kraft ergibt. Diese Kraft dient der axialen Vorspannung des Lagersystems und ist entgegengesetzt zur Lagerkraft des Axiallagers 130 gerichtet.
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Der Lagerspalt 116 umfasst einen axialen Abschnitt, der sich entlang der Welle 112 und der Radiallager 120, 122 erstreckt, und einen radialen Abschnitt, der sich entlang der Stirnseite der Lagerbuchse 110 und des Axiallagers 130 erstreckt. Am radial äußeren Ende seines radialen Abschnitts geht der Lagerspalt 116 in einen Spalt mit größerem Spaltabstand über, welcher teilweise einen kapillaren Dichtungsspalt 140 ausbildet.
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Bei diesem Lager besitzt die Abdeckplatte 124 ebenfalls einen umlaufenden Rand 124a am äußeren Durchmesser, der auf einer Stirnseite der Lagerbuchse 110 aufliegt, während die restlichen Teile der Abdeckplatte 124 frei schwingen können. Zwischen der Abdeckplatte 124 und der Stirnseite der Welle 112 bzw. des Stopperrings 114 ist wiederum ein Spalt 126 vorgesehen, der mit Lagerfluid gefüllt ist und mit dem Lagerspalt 116 verbunden ist. Auch hier ist die Abdeckplatte 124 im Vergleich zu ihrem Durchmesser sehr dünn ausgebildet, vorzugsweise zwischen 50 und 170 Mikrometern.
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4 zeigt eine abgewandelte Ausgestaltung eines Lagersystems gemäß 2. Eine Welle 212 ist in einer Lagerbuchse 210 drehbar gelagert mittels zwei Radiallagern 220 und 222, die entlang eines Lagerspaltes 216 angeordnet sind. Am freien Ende der Welle 212 ist ein Rotorbauteil 228 angeordnet, welches einer ebenen Unterseite der Stirnfläche der Lagerbuchse 110 gegenüberliegt und mit dieser, ähnlich wie in 2, ein Axiallager 230 ausbildet. Das offene Ende der Lagerbuchse 210 wird durch eine Abdeckplatte 224 abgedeckt, die einen umlaufenden äußeren Rand 224a aufweist, welcher auf der Stirnseite der Lagerbuchse 210 aufliegt. Zwischen der Stirnseite der Lagerbuchse 210, der Stirnseite der Welle 212 und der Abdeckplatte 224 verbleibt ein Spalt 226, der mit dem Lagerspalt verbunden und mit Lagerfluid gefüllt ist. In dieser bevorzugten Ausführungsform beträgt die Dicke der Abdeckplatte weniger als 170 Mikrometer, vorzugsweise weniger als 120 Mikrometer, bei einem Durchmesser von ca. 4 bis 5 Millimetern.
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Radial auswärts des Axiallagers 230 geht der Lagerspalt in einen Dichtungsspalt 240 über, der begrenzt wird durch einen Außenumfang der Lagerbuchse 210 und einen Innenumfang eines Stopperrings 214, der an einem Ansatz des Rotorbauteils 228 befestigt ist. Der Stopperring 214 wirkt mit einer Stufe 210a der Lagerbuchse 210 zusammen und verhindert ein Herausfallen der Welle bzw. des Rotorbauteils aus der Lagerbuchse. Die Stopperflächen sind hier von Lagerfluid umgeben, sind also fluidgeschmiert, und befinden sich im Bereich des Dichtungsspaltes 240. Die Abdeckplatte 224 kann als einfaches Stanz- oder Pressteil ausgebildet sein, wie auch in den anderen Ausgestaltungen gemäß 1 und 2.
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5 zeigt ein Diagramm eines Vergleichs der axialen Transmissibilität von mehreren Lagersystemen mit unterschiedlich dicken Abdeckplatten. Die Kurve 50 zeigt die axiale Bewegung des Rotors, was zur Durchbiegung der Abdeckplatte führt, in Mikroinch (1 Mikroinch = 0,0254 Mikrometer) pro Beschleunigungskraft g in Abhängigkeit der Frequenz der Anregung. Diese Kurve 50 betrifft einen Referenzmotor bzw. ein Referenzlager mit im Vergleich zur erfindungsgemäßen Abdeckplatte relativ dicker Abdeckplatte von beispielsweise 500 Mikrometer.
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Die Frequenzen zwischen 0 bis ca. 300 Hertz beschreiben dabei vornehmlich die axiale Steifigkeit des Lagers, während der Frequenzbereich von 300 Hertz aufwärts die axiale Dämpfung des Lagers beschreibt. Man erkennt ein Maximum der Kurve 50 im Bereich von ca. 900 Hertz. Dieses Maximum bedeutet in diesem Frequenzbereich einen großen Ausschlag, also einen schlechten Dämpfungswert.
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Die Kurve 52 zeigt die axiale Transmissibilität eines Lagersystems mit einer Abdeckplatte, die eine Dicke von 1000 Mikrometern aufweist. Hier wurde die Abdeckplatte absichtlich dicker ausgebildet, als beim Referenzmotor. Man erkennt wiederum ein Maximum der Kurve 52 bei ca. 900 Hertz, was schlechten Dämpfungseigenschaften entspricht sowie ebenfalls ein Maximum bei niedrigen Frequenzen, was anzeigt, dass sich auch die Steifigkeit des Lagersystems durch die dicke Abdeckplatte verschlechtert.
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Die Kurve 54 zeigt ein Lagersystem mit einer erfindungsgemäßen Abdeckplatte mit einer Dicke von 150 Mikrometern. Man erkennt den relativ gleichmäßigen Verlauf der axialen Transmissibilität über den gesamten Frequenzbereich mit nur einem geringen Maximum bei zwischen 900 und 1000 Hertz. Das Maximum ist sehr viel kleiner, typischerweise 50%, als beim Referenzmotor (Kurve 50) bzw. beim Lager mit dicker Abdeckplatte (Kurve 52). Das bedeutet eine verbesserte Dämpfung des Motors im Bereich höherer Frequenzen. Auch die Steifigkeit des Motors ändert sich im Vergleich zum Referenzmotor Kurve 50.
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Bezugszeichenliste
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- 10, 110, 210
- Lagerbuchse
- 12, 112, 212
- Welle
- 14, 114, 214
- Druckplatte, Stopperring
- 16, 116, 216
- Lagerspalt
- 18, 118
- Rotationsachse
- 20, 120, 220
- Radiallager
- 22, 122, 222
- Radiallager
- 24, 124, 224
- Abdeckplatte
- 24a, 124a, 224a
- Rand
- 26, 126, 226
- Spalt
- 28, 128, 228
- Nabe
- 30, 130, 230
- Axiallager
- 32, 132
- Basisplatte
- 34, 134
- Statoranordnung
- 36, 136
- Rotormagnet
- 38, 138
- Rückschlussring, ferromagnetischer Ring
- 40, 140, 240
- Dichtungsspalt
- 242
- Rezirkulationskanal
- 44
- Pfeilrichtung
- 50
- Kurve
- 52
- Kurve
- 54
- Kurve
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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