DE102015005739B4

DE102015005739B4 - Method for filling a fluid dynamic bearing with a bearing fluid

Info

Publication number: DE102015005739B4
Application number: DE102015005739.1A
Authority: DE
Inventors: Lei Jiang; Igor Ross
Original assignee: MinebeaMitsumi Inc
Current assignee: MinebeaMitsumi Inc
Priority date: 2014-05-12
Filing date: 2015-05-07
Publication date: 2022-12-29
Anticipated expiration: 2035-05-08
Also published as: DE102015005739A1

Abstract

Verfahren zum Befüllen eines fluiddynamischen Lagers mit einem Lagerfluid, wobei ein Lagerspalt (20, 120, 220) zwischen einem feststehenden Lagerbauteil und einem rotierenden Lagerbauteil gebildet ist, und ein Rezirkulationskanal (30, 130, 230) im rotierenden Lagerbauteil angeordnet ist, der in einen Verbindungsspalt (21, 121, 221) mündet, wobei der Verbindungsspalt (21, 121, 221) den Lagerspalt (20, 120, 220) mit einem Einfüllreservoir (50, 150, 250) zum Einbringen des Lagerfluids (56) verbindet, wobeia. in einem ersten Schritt das fluiddynamische Lager in einer auf Umgebungsdruck stehenden Unterduckkammer (62) angeordnet wird,b. in einem weiteren Schritt die Unterdruckkammer (62) bis auf einen vorgegebenen Druck evakuiert wird,c. in einem weiteren Schritt die sich an das Einfüllreservoir (50, 150, 250) anschließende Öffnung des Lagerspalts (20, 120, 220) in ihrer Spaltbreite minimiert wird,d. in einem weiteren Schritt eine vorgegebene Menge an Lagerfluid (56) in das Einfüllreservoir (50, 150, 250) eingebracht wird,e. in einem weiteren Schritt eine vorgegebene Ruhezeit abgewartet wird, in der das Lagerfluid (56) durch Kapillarwirkung in Richtung des Rezirkulationskanals (30, 130, 230) wandert,f. in einem weiteren Schritt der Druck in der Unterdruckkammer (62) ausgehend vom herrschenden Druck entsprechend einer vorgegebenen Druck-Zeit-Funktion bis auf Umgebungsdruck erhöht wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Spaltbreite des Verbindungsspalts (21, 121, 221) durch eine axiale Verschiebung (60) des rotierenden Lagerbauteils (14) in Bezug auf das feststehende Lagerbauteil minimiert wird.Method for filling a fluid dynamic bearing with a bearing fluid, wherein a bearing gap (20, 120, 220) is formed between a stationary bearing component and a rotating bearing component, and a recirculation channel (30, 130, 230) is arranged in the rotating bearing component, which is in a Connecting gap (21, 121, 221) opens out, the connecting gap (21, 121, 221) connecting the bearing gap (20, 120, 220) to a filling reservoir (50, 150, 250) for introducing the bearing fluid (56), whereina. in a first step, the fluid dynamic bearing is arranged in a vacuum chamber (62) at ambient pressure, b. in a further step, the vacuum chamber (62) is evacuated to a predetermined pressure, c. in a further step, the width of the opening of the bearing gap (20, 120, 220) adjoining the filling reservoir (50, 150, 250) is minimized, d. in a further step, a predetermined quantity of bearing fluid (56) is introduced into the filling reservoir (50, 150, 250), e. in a further step, a predetermined idle time is awaited, during which the bearing fluid (56) migrates in the direction of the recirculation channel (30, 130, 230) by capillary action, f. in a further step, the pressure in the vacuum chamber (62) is increased from the prevailing pressure to ambient pressure in accordance with a predetermined pressure-time function, characterized in that the gap width of the connecting gap (21, 121, 221) is increased by an axial displacement ( 60) of the rotating bearing component (14) with respect to the stationary bearing component is minimized.

Description

Gebiet der Erfindungfield of invention

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Befüllen eines fluiddynamischen Lagers mit einem Lagerfluid, nach dem Oberbegriff der unabhängigen Patentansprüche..The invention relates to a method for filling a fluid dynamic bearing with a bearing fluid, according to the preamble of the independent patent claims.

Stand der TechnikState of the art

Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Verfahren zum Befüllen eines fluiddynamischen Lagers mit einem Lagerfluid bekannt.Various methods for filling a fluid dynamic bearing with a bearing fluid are known from the prior art.

Beispielsweise beschreibt die AT 505 381 A1 ein solches Verfahren, bei dem das fluiddynamische Lager in einer Unterdruckkammer angeordnet wird und die Unterdruckkammer auf einen vorgegebenen Druck evakuiert wird.For example, describes the AT 505 381 A1 such a method in which the fluid dynamic bearing is placed in a vacuum chamber and the vacuum chamber is evacuated to a predetermined pressure.

In einem weiteren Schritt wird eine vorgegebene Menge an Lagerfluid in einem mit dem Lagerspalt verbundenen Freiraum (Einführreservoir) eingebracht. Danach wird der Druck in der Unterdruckkammer bis auf Umgebungsdruck erhöht, so dass das Lagerfluid durch den außerhalb des Lagers herrschenden Überdruck in den Lagerspalt gedrückt wird.In a further step, a predetermined amount of bearing fluid is introduced into a free space (insertion reservoir) connected to the bearing gap. The pressure in the vacuum chamber is then increased to ambient pressure, so that the bearing fluid is pressed into the bearing gap by the overpressure prevailing outside the bearing.

Dabei ist es bekannt, die Belüftung der Unterdruckkammer, also den Schritt des Erhöhen des Druckes bis auf Umgebungsdruck, gemäß einer vorgegebenen Druck-Zeit-Funktion durchzuführen, so dass ein schnelles Befüllen des Lagers mit Lagerfluid ermöglicht wird ohne das Luft zusammen mit dem Lagerfluid in den Lagerspalt gelangt.It is known to carry out the venting of the vacuum chamber, i.e. the step of increasing the pressure to ambient pressure, according to a predetermined pressure-time function, so that the bearing can be quickly filled with bearing fluid without the air together with the bearing fluid in reaches the bearing gap.

Die AT 508 513 A1 beschreibt eine Weiterbildung des Verfahrens gemäß AT 505 381 A1 , bei dem das Belüften der Unterdruckkammer in mehreren Schritten durchgeführt wird, wobei bei der Belüftung der Unterdruckkammer mehrere Druckniveaus durchlaufen werden.
Dieses Verfahren soll das Risiko von Lufteinschlüssen im Lagerspalt nochmals verringern.the AT 508 513 A1 describes a further development of the method according to FIG AT 505 381 A1 , in which the venting of the vacuum chamber is carried out in several steps, with several pressure levels being passed through when the vacuum chamber is vented.
This procedure should further reduce the risk of air pockets in the bearing gap.

Dennoch zeigt sich in der Praxis, dass selbst die oben beschriebenen ausgeklügelten Verfahren zum Befüllen eines Lagers mit Lagerfluid nicht hundertprozentig verhindern können, dass Luftbläschen in den Lagerspalt gelangen, welche eine Fehlfunktion der Lager bewirken können, so dass diese Lager aussortiert werden müssen.However, practice has shown that even the sophisticated methods described above for filling a bearing with bearing fluid cannot completely prevent air bubbles from entering the bearing gap, which can cause the bearings to malfunction, so that these bearings have to be sorted out.

Die oben beschriebenen Befüllverfahren werden mit unterschiedlichem Erfolg bei verschiedenen Bauweisen von fluiddynamischen Lagern eingesetzt.
Insbesondere bei Lagersystemen, die einen Lagerspalt mit zwei offenen Enden aufweisen, ist die Gefahr von Lufteinschlüssen während des Befüllens mit Lagerfluid relativ groß, so dass man bestrebt ist, die Füllverfahren für die Befüllung mit Lagerfluid zu verbessern.The filling methods described above are used with different designs of fluid dynamic bearings with varying degrees of success.
In particular in the case of bearing systems which have a bearing gap with two open ends, the risk of air inclusions during filling with bearing fluid is relatively high, so that efforts are being made to improve the filling methods for filling with bearing fluid.

Fluiddynamische Lagersysteme mit einem Lagerspalt mit zwei offenen Enden umfassen in der Regel einen sogenannten Rezirkulationskanal, der den Lagerspalt im Bereich der beiden Enden direkt miteinander verbindet, so dass eine Zirkulation des Lagerfluids durch den Lagerspalt und durch den Rezirkulationskanal möglich ist.Fluid-dynamic bearing systems with a bearing gap with two open ends usually include a so-called recirculation channel, which directly connects the bearing gap in the region of the two ends, so that the bearing fluid can circulate through the bearing gap and through the recirculation channel.

Der Durchmesser des Rezirkulationskanals ist in der Regel um zwei Größenordnungen größer als der Durchmesser des Lagerspalts. Das Lagerfluid dringt beim Befüllprozess zunächst in den Lagerspalt ein und erst hernach in den Rezirkulationskanal, so dass die Gefahr, dass Luft zusammen mit dem Lagerfluid in den Rezirkulationskanal gelangt, besonders groß ist. Der Grund dafür ist, dass aufgrund der Kapillarwirkung das Lagerfluid zuerst in die dünnen Spalte, wie beispielsweise den Lagerspalt eindringt, während Spalte mit größerer Spaltbreite bzw. größerem Durchmesser, wie z. B. der Rezirkulationskanal, erst danach befüllt werden.The diameter of the recirculation channel is usually two orders of magnitude larger than the diameter of the bearing gap. During the filling process, the bearing fluid first penetrates into the bearing gap and only afterwards into the recirculation channel, so that the risk of air entering the recirculation channel together with the bearing fluid is particularly high. The reason for this is that due to the capillary action, the bearing fluid first penetrates into the thin gaps, such as the bearing gap, while gaps with a larger gap width or larger diameter, such as e.g. B. the recirculation channel, are only then filled.

Bevor die Unterdruckkammer wieder belüftet wird, ist es in der Regel vorgesehen, nach dem Einbringen des Lagerfluids in das Einfüllreservoir eine Ruhezeit von ca. 10 Sekunden abzuwarten, damit das Lagerfluid durch den Kapillareffekt bereits teilweise in den Lagerspalt eindringen konnte. Nach dieser Ruhezeit wird dann das Vakuum schrittweise oder entsprechend einer Druck-Zeit-Funktion entfernt und der Druck in der Unterdruckkammer erhöht.Before the vacuum chamber is vented again, it is usually provided to wait for a rest period of about 10 seconds after the bearing fluid has been introduced into the filling reservoir, so that the bearing fluid can already partially penetrate the bearing gap through the capillary effect. After this rest period, the vacuum is then removed step by step or according to a pressure-time function and the pressure in the vacuum chamber is increased.

DE 10 2012 016 172 A1 , DE 10 2008 057 551 A1 , DE 10 2014 002 457 A1 , JP 2010-121 775 A und DE 10 2008 052 469 B4 offenbaren alle einen Spindelmotor mit einem fluiddynamischen Lager gefüllt mit einem Lagerfluid, wobei ein Lagerspalt zwischen einem feststehenden Lagerbauteil und einem rotierenden Lagerbauteil gebildet ist, und ein Rezirkulationskanal im rotierenden Lagerbauteil angeordnet ist, der in einen Verbindungsspalt mündet, welcher den Lagerspalt mit einem Einfüllreservoir zum Einbringen des Lagerfluids verbindet. DE 10 2012 016 172 A1 , DE 10 2008 057 551 A1 , DE 10 2014 002 457 A1 , JP 2010-121 775 A and DE 10 2008 052 469 B4 all disclose a spindle motor with a fluid dynamic bearing filled with a bearing fluid, wherein a bearing gap is formed between a stationary bearing component and a rotating bearing component, and a recirculation channel is arranged in the rotating bearing component, which opens into a connecting gap which connects the bearing gap with a filling reservoir for introduction of the bearing fluid connects.

US 2013 / 0 259 413 A1 offenbart einen Spindelmotor mit fluiddynamischem Lager und einem Dichtungsspalt, der als Einfüllreservoir für das Lagerfluid dient. U.S. 2013/0 259 413 A1 discloses a spindle motor with a fluid dynamic bearing and a sealing gap which serves as a filling reservoir for the bearing fluid.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of Invention

Es ist die Aufgabe der Erfindung ein Verfahren zum Befüllen eines fluiddynamischen Lagersystems mit Lagerfluid zu verbessern und insbesondere die Gefahr von Lufteinschlüssen während des Befüllprozesses zu verringern.The object of the invention is a method for filling a fluid dynamic storage system tems with bearing fluid and in particular to reduce the risk of air pockets during the filling process.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gemäß den Merkmalen der unabhängigen Ansprüchen 1 und 2 gelöst.According to the invention, this object is achieved by a method according to the features of independent claims 1 and 2 .

Erfindungsgemäß wird zu Beginn des Befüllvorgangs der direkte Zugang zwischen dem Einfüllreservoir und dem Lagerspalt auf eine minimale Spaltbreite verringert, so dass das Lagerfluid zunächst nur in den mit dem Einfüllreservoir verbundenen Rezirkulationskanal eindringen kann und diesen ausfüllt. Durch den Rezirkulationskanal gelangt das Lagerfluid bis zum anderen offenen Ende des Lagerspalts. Vorzugsweise erst zu diesem Zeitpunkt wird die Unterdruckkammer kontrolliert bis auf Atmosphärendruck gebracht, so dass der Lagerspalt dann insbesondere von der der Einfüllseite gegenüber liegenden Seite mit Lagerfluid gefüllt wird.According to the invention, the direct access between the filling reservoir and the bearing gap is reduced to a minimum gap width at the beginning of the filling process, so that the bearing fluid can initially only penetrate into the recirculation channel connected to the filling reservoir and fills it. The bearing fluid reaches the other open end of the bearing gap through the recirculation channel. Preferably only at this point in time is the vacuum chamber brought to atmospheric pressure in a controlled manner, so that the bearing gap is then filled with bearing fluid, in particular from the side opposite the filling side.

Ein weiteres Verfahren sieht vor, das fluiddynamische Lagersystem in einer auf Umgebungsdruck stehenden Unterdruckkammer anzuordnen, dann die Unterdruckkammer bis auf einen vorgegebenen Druck zu evakuieren, anschließend eine vorgegebene Menge an Lagerfluid in das Einfüllreservoir einzubringen, eine vorgegebene Ruhezeit abzuwarten, in der das Lagerfluid durch die Kapillarwirkung in Richtung des Rezirkulationskanals wandert und abschließend den Druck in der Unterkammer entsprechend einer vorgegeben Druck-Zeit-Funktion bis auf Umgebungsdruck zu erhöhen. Erfindungsgemäß beträgt dabei während der Ruhezeit die Spaltbreite eines radialen Abschnitts des Lagerspalts nicht null.Another method provides for arranging the fluid dynamic bearing system in a vacuum chamber at ambient pressure, then evacuating the vacuum chamber to a specified pressure, then introducing a specified quantity of bearing fluid into the filling reservoir, waiting for a specified idle time in which the bearing fluid can flow through the Capillary action migrates in the direction of the recirculation channel and finally to increase the pressure in the lower chamber according to a predetermined pressure-time function up to ambient pressure. According to the invention, the gap width of a radial section of the bearing gap is not zero during the idle time.

In einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens ist während der Ruhezeit die Spaltbreite des Verbindungsspalts, der das Einfüllreservoir mit dem Lagerspalt verbindet, kleiner als die Spaltbreite des radialen Abschnitts des Lagerspalts.In a preferred embodiment of the method, the gap width of the connection gap, which connects the filling reservoir to the storage gap, is smaller than the gap width of the radial section of the storage gap during the idle time.

Besonders bevorzugt ist dabei die Spaltbreite des radialen Abschnitts des Lagerspalts zwei bis fünf Mal größer als die Spaltbreite des Verbindungsspalts.The gap width of the radial section of the bearing gap is particularly preferably two to five times larger than the gap width of the connecting gap.

Beispielsweise kann die Spaltbreite des Verbindungsspalts während der Ruhezeit 12 Mikrometer betragen, während die Spaltbreite des radialen Abschnitts des Lagerspalts 24 Mikrometer beträgt. Die Summe der beiden Spaltbreiten kann beispielsweise zwischen 10 und 50 Mikrometern betragen.For example, the gap width of the connection gap during the rest period may be 12 microns, while the gap width of the radial portion of the bearing gap is 24 microns. The sum of the two gap widths can be between 10 and 50 micrometers, for example.

Durch diese Verfahren, die zunächst eine forcierte Befüllung des Rezirkulationskanals mit Lagerfluid vorsehen, wird die Gefahr des Eintragens von Luft zusammen mit dem Lagerfluid in den Rezirkulationskanal und in den Lagerspalt deutlich verringert.These methods, which initially provide for forced filling of the recirculation channel with bearing fluid, significantly reduce the risk of air entering the recirculation channel and the bearing gap together with the bearing fluid.

Hierbei kann es auch hilfreich sein, die Ruhezeit, die zwischen dem Einbringen des Lagerfluids in das Einfüllreservoir und der kontrollierten Belüftung der Unterdruckkammer verstreicht, im Gegensatz zu bekannten Befüllverfahren, zu erhöhen und insbesondere eine Ruhezeit von größer 20 Sekunden vorzusehen, bevor eine kontrollierte Belüftung der Unterdruckkammer erfolgt. Während dieser Ruhezeit kann der Motor vorzugsweise geringen Vibrationen ausgesetzt sein, was den Befüllprozess positiv beeinflusst.It can also be helpful here to increase the rest time that elapses between the introduction of the bearing fluid into the filling reservoir and the controlled ventilation of the vacuum chamber, in contrast to known filling methods, and in particular to provide a rest time of more than 20 seconds before controlled ventilation of the Vacuum chamber takes place. During this idle time, the engine can preferably be exposed to low vibrations, which has a positive effect on the filling process.

Das Minimieren der Öffnung des Lagerspalts, die dem Einfüllreservoir benachbart liegt kann vorzugsweise durch eine axiale Bewegung des rotierenden Bauteils in Bezug auf das feststehende Bauteil des Lagers erreicht werden. Durch die axiale Bewegung des rotierenden Lagerbauteils in Richtung des Einfüllreservoirs schlägt das rotierende Bauteil am feststehenden Lagerbauteil an, so dass der radial verlaufende Verbindungsspalt zwischen dem Einfüllreservoir und der Öffnung des Lagerspaltes auf eine minimale axiale Höhe reduziert wird. Das in das Einfüllreservoir eingebrachte Lagerfluid kann somit nur in den Rezirkulationskanal eindringen und diesen ausfüllen, bevor es dann weiter in den Lagerspalt eindringt.Minimizing the opening of the bearing gap adjacent the fill reservoir can preferably be achieved by axial movement of the rotating member with respect to the stationary member of the bearing. Due to the axial movement of the rotating bearing component in the direction of the filling reservoir, the rotating component hits the stationary bearing component, so that the radially running connecting gap between the filling reservoir and the opening of the bearing gap is reduced to a minimum axial height. The bearing fluid introduced into the filling reservoir can thus only penetrate into the recirculation channel and fill it up before it then penetrates further into the bearing gap.

Um den Kapillareffekt innerhalb des Rezirkulationskanals zu verstärken bzw. sicher zu stellen, dass das Lagerfluid in den Rezirkulationskanal eindringt, ist es vorgesehen, dass die in radiale Richtung breiteste Stelle der oberen Öffnung des Rezirkulationskanals kleiner ist als die radiale Breite der obersten Stelle des Einfüllreservoirs.
Dadurch herrscht im Rezirkulationskanal ein größerer Kapillareffekt als vergleichsweise im Einfüllreservoir, so dass das Lagerfluid durch den Kapillareffekt vom Einfüllreservoir in den Rezirkulationskanal wandert.In order to strengthen the capillary effect within the recirculation channel or to ensure that the bearing fluid penetrates into the recirculation channel, it is provided that the widest point in the radial direction of the upper opening of the recirculation channel is smaller than the radial width of the top point of the filling reservoir.
As a result, there is a greater capillary effect in the recirculation channel than in the filling reservoir, so that the bearing fluid migrates from the filling reservoir into the recirculation channel as a result of the capillary effect.

Um sicher zu stellen, dass die in breiteste Stelle der oberen Öffnung des Rezirkulationskanals kleiner bleibt als die radiale Breite der obersten Stelle des Einfüllreservoirs ist vorgesehen, dass sich die Öffnung des Einfüllreservoirs sehr stark aufweitet, vorzugsweise in einem Winkel von ≥ 90 Grad, so dass über einen weiten Bereich der axialen Höhe des Einfüllreservoirs der Durchmesser des Einfüllreservoirs größer ist als der Durchmesser des Rezirkulationskanals.In order to ensure that the widest point of the upper opening of the recirculation channel remains smaller than the radial width of the top point of the filling reservoir, the opening of the filling reservoir widens very significantly, preferably at an angle of ≥ 90 degrees, so that the diameter of the filling reservoir is larger than the diameter of the recirculation channel over a wide range of the axial height of the filling reservoir.

Zwischen dem Einfüllreservoir und dem Verbindungsspalt ist vorzugsweise ein Dichtungsspalt angeordnet, wobei der Verbindungsspalt zwischen dem Dichtungsspalt und der Mündung des Rezirkulationskanals eine Querschnittsvergrößerung, vorzugsweise in Form eines Kanals oder einer Rille, aufweist. Dadurch wird dem Lagerfluid das Eindringen in den Rezirkulationskanals erleichtert.A sealing gap is preferably arranged between the filling reservoir and the connecting gap, the connecting gap between the sealing gap and the mouth of the recirculation channel having an enlarged cross section preferably in the form of a channel or groove. This makes it easier for the bearing fluid to penetrate into the recirculation channel.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Hierbei ergeben sich weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung.The invention is described in more detail below using exemplary embodiments. This results in further advantages and features of the invention.

Figurenlistecharacter list

1 zeigt einen Schnitt durch eine erste Ausgestaltung eines Spindelmotors mit fluiddynamischem Lagersystem. 1 shows a section through a first embodiment of a spindle motor with a fluid dynamic bearing system.
2 zeigt einen Schnitt durch eine zweite Ausgestaltung eines Spindelmotors mit fluiddynamischem Lagersystem. 2 shows a section through a second embodiment of a spindle motor with a fluid dynamic bearing system.
3 zeigt einen Schnitt durch eine dritte Ausgestaltung eines Spindelmotors mit fluiddynamischem Lagersystem. 3 shows a section through a third embodiment of a spindle motor with a fluid dynamic bearing system.
4 zeigt einen Spindelmotor in unbefülltem Zustand nach Einbringen des Lagerfluids in das Einfüllreservoir 4 shows a spindle motor in an unfilled state after introducing the bearing fluid into the filling reservoir

Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen der ErfindungDescription of preferred embodiments of the invention

Die 1 und 2 zeigen zwei unterschiedliche Ausgestaltungen eines erfindungsgemäßen Spindelmotors mit fluiddynamischem Lagersystem. Ein solcher Spindelmotor kann zum Antrieb von Speicherplatten eines Festplattenlaufwerks verwendet werden.the 1 and 2 show two different configurations of a spindle motor according to the invention with a fluid dynamic bearing system. Such a spindle motor can be used to drive storage disks of a hard disk drive.

Die Spindelmotoren und die fluiddynamischen Lager gemäß den 1 und 2 sind in ihrem Grundaufbau weitgehend identisch und unterscheiden sich hauptsächlich in ihrer Bauhöhe. 1 zeigt einen Spindelmotor mit ca. 5 mm Bauhöhe, während 2 einen Spindelmotor mit ca. 7 mm Bauhöhe zeigt.The spindle motors and the fluid dynamic bearings according to 1 and 2 are largely identical in their basic structure and differ mainly in their height. 1 shows a spindle motor with a height of about 5 mm, while 2 shows a spindle motor with a height of approx. 7 mm.

Anhand von 1 wird der Grundaufbau eines Spindelmotors mit einem fluiddynamischen Lager beschrieben. Der Spindelmotor umfasst eine Basisplatte 10, die eine im Wesentlichen zentrale zylindrische Öffnung aufweist, in welcher ein feststehendes Lagerbauteil 16 aufgenommen ist. Das feststehende Lagerbauteil 16 ist im Querschnitt etwa U-förmig ausgebildet und weist eine zentrale Öffnung auf. Das feststehende Lagerbauteil 16 ist beispielsweise mit Übergangspassung in der Öffnung der Basisplatte 10 angeordnet und vorzugsweise zusätzlich mit Klebstoff befestigt. Der verwendete Klebstoff kann teilweise ein elektrisch leitfähiger Klebstoff sein, um statische Aufladungen einzelner Lagerbauteile zu vermeiden.Based on 1 the basic structure of a spindle motor with a fluid dynamic bearing is described. The spindle motor includes a base plate 10 having a generally central cylindrical opening in which a stationary bearing member 16 is received. The fixed bearing component 16 is approximately U-shaped in cross section and has a central opening. The fixed bearing component 16 is arranged, for example, with a transition fit in the opening of the base plate 10 and is preferably additionally fastened with adhesive. Some of the adhesive used can be an electrically conductive adhesive in order to avoid static charging of individual bearing components.

Es ist eine zylindrische Welle 12 vorgesehen, die an einem Ende einen Flansch 12a aufweist, so dass die Welle 12 im Querschnitt etwa T-förmig ist. Der Flansch 12a der Welle 12 ist in der zentralen Öffnung des feststehenden Lagerbauteils 16 angeordnet, wobei der Flansch 12a mit seinem Außenumfang am Innenumfang des Lagerbauteils 16 angrenzt und vorzugsweise stoffschlüssig mit diesem verbunden ist. Diese stoffschlüssige Verbindung kann eine umlaufende Schweißnaht 13 sein. Das feststehende Lagerbauteil 16 kann auch einteilig mit dem Flansch 12a der Welle 12 ausgebildet sein. Das macht jedoch die maschinelle Bearbeitung der Oberflächen der Welle 12 und des Flansches 12a schwieriger.
Bei einer zweiteiligen Ausbildung des Flansches 12a und des Lagerbauteils 16 können die am Außenumfang der Welle 12 und auf der oberen Stirnseite des Flansches 12a befindlichen Lageroberflächen wesentlich leichter maschinell bearbeitet werden.A cylindrical shaft 12 is provided which has a flange 12a at one end, so that the shaft 12 is approximately T-shaped in cross section. The flange 12a of the shaft 12 is arranged in the central opening of the stationary bearing component 16, with the outer circumference of the flange 12a adjoining the inner circumference of the bearing component 16 and preferably being connected to it in a materially bonded manner. This material connection can be a circumferential weld seam 13 . The fixed bearing component 16 can also be formed in one piece with the flange 12a of the shaft 12 . However, this makes machining the surfaces of shaft 12 and flange 12a more difficult.
With a two-piece construction of flange 12a and bearing member 16, the bearing surfaces located on the outer periphery of shaft 12 and on the upper face of flange 12a are much easier to machine.

Der zylindrische Teil der Welle 12 erstreckt sich von der radial verlaufenden Grundfläche des Flansches 12a in axialer Richtung nach oben. An dem freien Ende der Welle 12 ist ein ringförmiges Stopperbauteil 18 angeordnet, dessen Durchmesser wesentlich größer als der Durchmesser der Welle 12 ist und das vorzugsweise kraftschlüssig oder stoffschlüssig an der Welle 12 befestigt ist. Das Stopperbauteil 18 liegt auf einer durch die Welle 12 gebildeten Stufe auf. Die Stufe der Welle 12 definiert einen Anschlag für die untere Stirnfläche der Stopperbauteils. Dadurch ist das Stopperbauteil 18 exakt an der vorgesehenen axialen Position der Welle 12 angeordnet und ausgerichtet und es ist eine Haltekraft in axialer Richtung nach unten gewährleistet. Das Stopperbauteil 18 wird vorzugsweise auf die Welle 12 aufgepresst, bis es auf der Stufe der Welle 12 aufliegt.The cylindrical portion of the shaft 12 extends upward in the axial direction from the radial base of the flange 12a. Arranged at the free end of the shaft 12 is an annular stopper component 18 whose diameter is substantially larger than the diameter of the shaft 12 and which is preferably fastened to the shaft 12 in a force-fitting or material-locking manner. The stopper component 18 rests on a step formed by the shaft 12 . The step of the shaft 12 defines a stop for the lower face of the stopper member. As a result, the stopper component 18 is arranged and aligned exactly at the intended axial position of the shaft 12 and a holding force in the axial direction downwards is ensured. The stopper component 18 is preferably pressed onto the shaft 12 until it rests on the step of the shaft 12 .

Die Welle 12 mit dem Flansch 12a bilden zusammen mit dem Lagerbauteil 16 und dem Stopperbauteil 18 eine kompakte Anordnung und das feststehende Lagerbauteil.The shaft 12 with the flange 12a together with the bearing member 16 and the stopper member 18 form a compact structure and the fixed bearing member.

Der Spindelmotor umfasst ferner ein Rotorbauteil 14, das eine zylindrische Lagerbuchse 14a umfasst. Das Rotorbauteil 14, genauer gesagt die Lagerbuchse 14a des Rotorbauteils 14, ist in einem durch die Welle 12, 12a und die beiden Bauteile 16, 18 gebildeten Zwischenraum relativ zu diesen Bauteilen 12, 12a, 16, 18 drehbar um eine Drehachse 40 angeordnet. Das Stopperbauteil 18 ist zumindest teilweise in einer ringförmigen Aussparung des Rotorbauteils 14 angeordnet. Oberflächen der Welle 12, des Flansches 12a und der beiden Bauteile 16, 18 sind durch einen beidseitig offenen Lagerspalt 20 von angrenzenden Oberflächen des Rotorbauteils 14 bzw. der Lagerbuchse 14a getrennt. Der Lagerspalt 20 ist mit einem Lagerfluid, beispielsweise einem Lageröl, gefüllt.The spindle motor further includes a rotor component 14 which includes a cylindrical bearing bush 14a. The rotor component 14, more precisely the bearing bushing 14a of the rotor component 14, is arranged in an intermediate space formed by the shaft 12, 12a and the two components 16, 18 so as to be rotatable about an axis of rotation 40 relative to these components 12, 12a, 16, 18. The stopper component 18 is at least partially arranged in an annular recess of the rotor component 14 . Surfaces of the shaft 12, the flange 12a and the two components 16, 18 are separated from adjacent surfaces of the rotor component 14 and the bearing bush 14a by a bearing gap 20 which is open on both sides. The storage Gap 20 is filled with a bearing fluid, such as a bearing oil.

Die am Rotorbauteil 14 angeordnete, vorzugsweise einteilig ausgebildete Lagerbuchse 14a hat eine zylindrische Lagerbohrung, an deren Innenumfang zwei zylindrische Radiallagerflächen ausbildet sind, welche axial durch einen Separatorspalt 26 voneinander beabstandet sind. Die Lagerflächen der Lagerbuchse 14a bilden mit jeweils gegenüberliegenden Lagerflächen der Welle 12 zwei fluiddynamische Radiallager 22, 24. Die Lagerflächen der beiden Radiallager 22, 24 sind beispielsweise mit sinus- oder parabelförmigen (herringbone) Lagerrillenstrukturen 22a, 24a versehen. Das obere Radiallager 22 ist dabei weitgehend symmetrisch ausgebildet, was bedeutet, dass der Teil der Lagerrillenstrukturen 24, der oberhalb des Apex angeordnet ist, etwa genauso lang ausgebildet ist, wie der untere Teil der Lagerrillen. Die Pumpwirkung beider Teile der Radiallagerrillen 24 weist in Richtung zum Apex, d.h. zur Lagermitte, so dass das Radiallager 22 tragfähig wird. Es gibt aufgrund der symmetrischen Ausbildung der Radiallagerrillen 22a des oberen Radiallagers 22 jedoch keine definierte Pumprichtung, die auf das Lagerfluid im Lagerspalt 20 wirkt. Demgegenüber ist das untere Radiallager 24 asymmetrisch ausgebildet insofern, als dass der Teil der Lagerrillenstrukturen 24a, der unterhalb des Apex angeordnet ist, länger ausgebildet als der obere Teil der Radiallagerrillen 24a. Hierdurch entsteht einerseits eine Drucksteigerung innerhalb des Lagerfluids in Richtung zum Apex des Radiallagers 24, wodurch das Radiallager 24 tragfähig wird, andererseits wird eine definierte Pumpwirkung auf das in Lagerspalt 20 befindliche Lagerfluid ausgeübt, welche das Lagerfluid axial nach oben in Richtung des oberen Radiallagers 22 befördert. Der Separatorspalt 26 weist eine im Vergleich zum axialen Abschnitt des Lagerspalts 20 deutlich größere Spaltbreite auf.The bearing bushing 14a, which is arranged on the rotor component 14 and is preferably designed in one piece, has a cylindrical bearing bore, on the inner circumference of which two cylindrical radial bearing surfaces are formed, which are spaced apart axially by a separator gap 26. The bearing surfaces of the bearing bushing 14a form two fluid dynamic radial bearings 22, 24 with opposite bearing surfaces of the shaft 12. The bearing surfaces of the two radial bearings 22, 24 are provided, for example, with sinusoidal or parabolic (herringbone) bearing groove structures 22a, 24a. The upper radial bearing 22 is designed largely symmetrically, which means that the part of the bearing groove structures 24 that is arranged above the apex is approximately the same length as the lower part of the bearing grooves. The pumping action of both parts of the radial bearing grooves 24 points in the direction of the apex, i.e. towards the center of the bearing, so that the radial bearing 22 becomes load-bearing. Due to the symmetrical design of the radial bearing grooves 22a of the upper radial bearing 22, however, there is no defined pumping direction that acts on the bearing fluid in the bearing gap 20. In contrast, the lower radial bearing 24 is designed asymmetrically in that the part of the bearing groove structures 24a that is arranged below the apex is longer than the upper part of the radial bearing grooves 24a. On the one hand, this creates an increase in pressure within the bearing fluid in the direction of the apex of the radial bearing 24, as a result of which the radial bearing 24 becomes capable of carrying loads, and on the other hand a defined pumping effect is exerted on the bearing fluid located in the bearing gap 20, which transports the bearing fluid axially upwards in the direction of the upper radial bearing 22 . The separator gap 26 has a gap width that is significantly greater than the axial section of the bearing gap 20 .

Unterhalb des unteren Radiallagers 24 geht der axial verlaufende Abschnitt des Lagerspalts 20 in einen radial verlaufenden Abschnitt 20b über, entlang dessen ein fluiddynamisches Axiallager 28 angeordnet ist. Das Axiallager 28 ist durch radial verlaufende Lagerflächen auf der Stirnseite der Lagerbuchse 14a und entsprechend gegenüber liegende Lagerflächen des Flansches 12a der Welle 12 gebildet. Die Lagerflächen des Axiallagers 28 sind als zur Drehachse 40 senkrechte Kreisringe ausgebildet. Das fluiddynamische Axiallager 28 ist in bekannter Weise durch beispielsweise spiralförmige Lagerrillenstrukturen gekennzeichnet, die entweder auf der Stirnseite der Lagerbuchse 14a, dem Flansch 12a oder auf beiden Teilen angebracht werden können.Below the lower radial bearing 24, the axially running section of the bearing gap 20 merges into a radially running section 20b, along which a fluid-dynamic axial bearing 28 is arranged. The axial bearing 28 is formed by radially extending bearing surfaces on the end face of the bearing bush 14a and correspondingly opposite bearing surfaces of the flange 12a of the shaft 12. The bearing surfaces of the axial bearing 28 are designed as circular rings perpendicular to the axis of rotation 40 . The fluid dynamic axial bearing 28 is characterized in a known manner by, for example, spiral bearing groove structures, which can be attached either to the end face of the bearing bushing 14a, the flange 12a, or to both parts.

Vorzugsweise ist die Axiallagerfläche lediglich zwischen der radial verlaufenden Oberfläche des Flansches 12a und der gegenüber liegenden Unterseite der Lagerbuchse 14a angeordnet. Die angrenzende und ebenfalls radial verlaufende Oberfläche des feststehenden Lagerbauteils 16 ist um etwa 10 bis 100 Mikrometer tiefer angeordnet als die radial verlaufende Oberfläche des Flansches 12a, wodurch sich im zusammengebauten Zustand des fluiddynamischen Lagers ein entsprechend größerer Spaltabstand zwischen den radial verlaufenden Flächen der Lagerbuchse 14a und dem feststehenden Lagerbauteil 16, der sogenannte Ringspalt, ergibt.The axial bearing surface is preferably arranged only between the radially extending surface of the flange 12a and the opposite underside of the bearing bush 14a. The adjacent and also radially extending surface of the stationary bearing component 16 is located approximately 10 to 100 microns lower than the radially extending surface of the flange 12a, resulting in a correspondingly larger gap distance between the radially extending surfaces of the bearing bushing 14a and 14a in the assembled state of the fluid dynamic bearing the fixed bearing component 16, the so-called annular gap, results.

In vorteilhafter Weise sind alle für die Radiallager 22, 24 und das Axiallager 28 notwendigen Lagerrillenstrukturen an entsprechenden Lagerflächen der Lagerbuchse 14a angeordnet, was die Herstellung des Lagers, insbesondere der hochgenauen Lagerflächen an der Welle 12 und dem Flansch 12a vereinfacht. Vorzugsweise münden die Axiallagerrillen radial außen in den Ringspalt, der eine größere Spaltbreite aufweist als der Axiallagerspalt. Dieser Ringspalt beginnt etwa an der Stelle, an welcher ein Rezirkulationskanal 30, der innerhalb des Rotorbauteils 14 vorgesehen ist, in die radiale Verlängerung des Axiallagerspalts 28 mündet.All bearing groove structures required for the radial bearings 22, 24 and the axial bearing 28 are advantageously arranged on corresponding bearing surfaces of the bearing bush 14a, which simplifies the production of the bearing, in particular the high-precision bearing surfaces on the shaft 12 and the flange 12a. The axial bearing grooves preferably open out radially on the outside into the annular gap, which has a larger gap width than the axial bearing gap. This annular gap begins approximately at the point at which a recirculation channel 30 provided within the rotor component 14 opens into the radial extension of the axial bearing gap 28 .

An den radialen Abschnitt des Lagerspalts 20 im Bereich des Axiallagers 28 bzw. des Ringspalts schließt sich ein anteilig mit Lagerfluid gefüllter erster kapillarer Dichtungsspalt 34 an. Der Dichtungsspalt 34 ist durch einander gegenüberliegende im Wesentlichen axial verlaufende Flächen der Lagerbuchse 14a und des Lagerbauteils 16 gebildet und dichtet den Lagerspalt 20 an dieser Seite ab. Der Dichtungsspalt 34 umfasst den gegenüber dem Lagerspalt 20 verbreiterten kurzen radial verlaufenden Abschnitt des Ringspalts, der radial außerhalb des Axiallagers 28 angeordnet ist. Der kurze radial verlaufende Abschnitt des Dichtungsspalts 34 geht in einen längeren, sich konisch aufweitenden und nahezu axial verlaufenden Abschnitt über, der von einer äußeren Umfangsfläche der Lagerbuchse 14a und einer inneren Umfangsfläche des Lagerbauteils 16 begrenzt wird. Neben der Funktion als kapillare Dichtung dient der Dichtungsspalt 34 als Fluidreservoir und stellt die für die Lebensdauer des Lagersystems benötigte Fluidmenge bereit. Ferner können Fülltoleranzen und eine eventuelle thermische Ausdehnung des Lagerfluids ausgeglichen werden. Die beiden den konischen Abschnitt des Dichtungsspalts 34 bildenden Flächen der Lagerbuchse 14a und des Lagerbauteils 16 können beide jeweils im Verlauf des Dichtungsspalts zum Lageräußeren hin relativ zur Rotationsachse 40 nach innen geneigt sein. Der Neigungswinkel beträgt vorzugsweise zwischen 0 Grad und 5 Grad. Dabei ist der Neigungswinkel der äußeren Umfangsfläche des Rotorbauteils 14 größer ist als der Neigungswinkel der inneren Umfangsfläche des Lagerbauteils 16, wodurch sich eine konische Erweiterung der Kapillardichtung ergibt. Dadurch wird das Lagerfluid bei einer Drehung des Lagers aufgrund der Fliehkraft nach innen in Richtung des Lagerspalts 20 gedrückt.A first capillary sealing gap 34 partially filled with bearing fluid adjoins the radial section of the bearing gap 20 in the region of the axial bearing 28 or the annular gap. The sealing gap 34 is formed by opposing surfaces of the bearing bushing 14a and the bearing component 16 which run essentially axially and seals the bearing gap 20 on this side. The sealing gap 34 comprises the short, radially running section of the annular gap, which is widened compared to the bearing gap 20 and is arranged radially outside of the axial bearing 28 . The short, radially running section of the sealing gap 34 merges into a longer, conically widening and almost axially running section, which is delimited by an outer peripheral surface of the bearing bushing 14a and an inner peripheral surface of the bearing component 16 . In addition to the function as a capillary seal, the sealing gap 34 serves as a fluid reservoir and provides the amount of fluid required for the service life of the bearing system. Furthermore, filling tolerances and any thermal expansion of the bearing fluid can be compensated. The two surfaces of the bearing bushing 14a and of the bearing component 16 forming the conical section of the sealing gap 34 can both be inclined inward relative to the axis of rotation 40 in the course of the sealing gap towards the outside of the bearing. The angle of inclination is preferably between 0 degrees and 5 degrees. The angle of inclination of the outer peripheral surface of the rotor component 14 is greater than the angle of inclination of the inner peripheral surface of the bearing component 16, resulting in a conical widening of the capillary seal. As a result, when the bearing rotates, the bearing fluid is pressed inward in the direction of the bearing gap 20 due to the centrifugal force.

Am oberen Ende des ersten Dichtungsspaltes 34, an welchem der Dichtungsspalt 34 seine größte Breite aufweist, verengt sich der Spalt zwischen dem feststehenden Lagerbauteil 16 und dem Außenumfang der Lagerbuchse 14a wieder deutlich und bildet einen engen Spalt in Form einer Labyrinthdichtung 52. Diese Labyrinthdichtung 52 verhindert zum einen ein Austreten von Lagerfluid aus dem Dichtungsspalt 34 und ferner eine übermäßige Abdampfung des Lagerfluids aus dem Bereich des Dichtungsspaltes 34, was die Lebensdauer des Fluidlagers erhöht.At the upper end of the first sealing gap 34, at which the sealing gap 34 has its greatest width, the gap between the fixed bearing component 16 and the outer circumference of the bearing bush 14a narrows again significantly and forms a narrow gap in the form of a labyrinth seal 52. This labyrinth seal 52 prevents on the one hand, an escape of bearing fluid from the sealing gap 34 and, on the other hand, an excessive evaporation of the bearing fluid from the region of the sealing gap 34, which increases the service life of the fluid bearing.

Auf der anderen Seite des Lagersystems ist das Rotorbauteil 14 bzw. die Lagerbuchse 14a im Anschluss an das obere Radiallager 22 so gestaltet, dass es eine radial verlaufende Fläche ausbildet, die mit einer entsprechend gegenüberliegenden Fläche des Stopperbauteils 18 einen radialen Spalt 21 bildet. An den radialen Spalt 21 schließt sich ein axial verlaufender zweiter Dichtungsspalt 36 an, der anteilig mit Lagerfluid gefüllt ist und den Lagerspalt 20 an diesem Ende abdichtet. Der zweite Dichtungsspalt 36 wird durch einander gegenüberliegende Oberflächen des Rotorbauteils 14 und des Stopperbauteils 18 begrenzt und weitet sich am äußeren Ende mit vorzugsweise konischem Querschnitt auf. Dabei ist die äußere Umfangsfläche des Stopperbauteils 18 im Verlauf zum Lageräußeren leicht nach innen in Richtung zur Drehachse 40 geneigt. Die gegenüber liegende innere Umfangsfläche des Rotorbauteils 14 verläuft entweder parallel zur Drehachse 40 oder ist ebenfalls leicht nach innen geneigt, wobei der Neigungswinkel allerdings kleiner ist, als der Neigungswinkel der äußeren Umfangsfläche des Stopperbauteils 18, so dass sich eine konische Kapillardichtung ergibt. Der zweite Dichtungsspalt 36 kann vorzugsweise durch eine Pumpdichtung 38 ergänzt sein, die unterhalb der Kapillardichtung angeordnet ist. Die Pumpdichtung 38 ist vorzugsweise zwischen dem Außenumfang des Stopperbauteils 18 und der gegenüberliegenden Oberfläche des Rotorbauteils 14 gebildet. Die Pumpdichtung 38 umfasst Rillenstrukturen 38a, die auf der Oberfläche des Stopperbauteils 18 oder vorzugsweise des Rotorbauteils 14 angeordnet sind. Während sich das Lager dreht, erzeugen die Rillenstrukturen 39 der Pumpdichtung 38 eine Pumpwirkung auf das im Dichtungsspalt 36 befindliche Lagerfluid. Diese Pumpwirkung ist in das Innere des Lagerspalts, also in Richtung des Radiallagers 22 gerichtet. Dabei kann es vorgesehen sein, dass die Pumprillenstrukturen bis in den unteren Bereich der Kapillardichtung partiell herein reichen. Vorzugsweise reichen die Pumprillenstrukturen 38a jedoch nicht bis in den radial verlaufenden Spalt, der zwischen der Unterseite des Stopperbauteils 18 und der Lagerbuchse 14a gebildet ist.On the other side of the bearing system, the rotor component 14 or the bearing bushing 14a is designed following the upper radial bearing 22 in such a way that it forms a radially extending surface which forms a radial gap 21 with a correspondingly opposite surface of the stopper component 18 . The radial gap 21 is followed by an axially running second sealing gap 36 which is partially filled with bearing fluid and seals the bearing gap 20 at this end. The second sealing gap 36 is defined by opposing surfaces of the rotor component 14 and the stopper component 18 and widens at the outer end with a preferably conical cross-section. The outer peripheral surface of the stopper component 18 is inclined slightly inward in the direction of the axis of rotation 40 as it progresses towards the outside of the bearing. The opposite inner peripheral surface of the rotor member 14 is either parallel to the axis of rotation 40 or is also inclined slightly inward, the angle of inclination being smaller than the angle of inclination of the outer peripheral surface of the stopper member 18, so that a conical capillary seal results. The second sealing gap 36 can preferably be supplemented by a pumping seal 38 which is arranged below the capillary seal. The pumping seal 38 is preferably formed between the outer periphery of the stopper member 18 and the opposing surface of the rotor member 14 . The pumping seal 38 includes groove structures 38a which are arranged on the surface of the stopper component 18 or preferably the rotor component 14 . While the bearing rotates, the groove structures 39 of the pumping seal 38 produce a pumping effect on the bearing fluid located in the sealing gap 36 . This pumping action is directed into the interior of the bearing gap, ie in the direction of the radial bearing 22 . It can be provided that the pumping groove structures reach partially into the lower area of the capillary seal. However, the pumping groove structures 38a preferably do not reach into the radially running gap which is formed between the underside of the stopper component 18 and the bearing bushing 14a.

Ein Rezirkulationskanal 30 verläuft ausgehend von dem radialen Spalt 21 zwischen der Stirnfläche des Rotorbauteils 14 und einer gegenüberliegenden Stirnfläche des Stopperbauteils 18 schräg nach unten durch das Rotorbauteil 14 und mündet radial außerhalb des Axiallagers 28 in den radial verlaufenden Abschnitt des Dichtungsspalts 34 (Ringspalt).Starting from the radial gap 21 between the end face of the rotor component 14 and an opposite end face of the stopper component 18, a recirculation channel 30 runs obliquely downwards through the rotor component 14 and opens out radially outside of the axial bearing 28 into the radially running section of the sealing gap 34 (annular gap).

Am axial äußeren Ende des Dichtungsspaltes 36 weitet sich der Dichtungsspalt in einen Freiraum auf, der als Einfüllreservoir 50 dient und dessen Volumen vorzugsweise so groß ist, dass er das gesamte im Lager befindliche Volumen an Lagerfluid aufnehmen kann. Dieses Einfüllreservoir 50 wird lediglich zum Befüllen des Lagers mit Lagerfluid benötigt. Hierbei wird das Lagersystem in eine Unterdruckkammer eingebracht und die Unterdruckkammer evakuiert, so dass auch die Hohlräume im Lagersystem, d.h. der Lagerspalt 20, die Dichtungsspalte 34, 36 und der Rezirkulationskanal evakuiert sind. Danach wird das Gesamtvolumen an Lagerfluid in den Freiraum 50 gefüllt. Schließlich wird die Unterdruckkammer wieder belüftet, wodurch das Volumen an Lagerfluid aus dem Freiraum 50 in das Lager und die Dichtungsspalte gedrückt wird.At the axially outer end of the sealing gap 36, the sealing gap widens into a free space that serves as a filling reservoir 50 and whose volume is preferably large enough to accommodate the entire volume of bearing fluid in the bearing. This filling reservoir 50 is only required to fill the bearing with bearing fluid. In this case, the bearing system is placed in a vacuum chamber and the vacuum chamber is evacuated, so that the cavities in the storage system, i.e. the bearing gap 20, the sealing gaps 34, 36 and the recirculation channel are also evacuated. After that, the total volume of bearing fluid is filled into the free space 50 . Eventually, the vacuum chamber is vented again, forcing the volume of bearing fluid from the clearance 50 into the bearing and seal gaps.

Der zweite Dichtungsspalt 36 und das Einfüllreservoir 50 sind ist von einer ringförmig profilierten Abdeckung 32 abgedeckt. Die Abdeckung 32 ist auf einen Rand des Rotorbauteils 14 aufgesteckt und dort beispielsweise angeklebt, wobei die Abdeckung 32 auf einem umlaufenden Rand des Rotorbauteils 14 aufliegt. Ein innerer Rand der Abdeckung 32 bildet zusammen mit dem Außenumfang des Stopperbauteils 18 einen Luftspalt als Spaltdichtung 54. Diese Spaltdichtung 54 erhöht die Sicherheit gegen ein Austreten von Lagerfluid aus dem Dichtungsspalt 36 bzw. verringert ein Abdampfen des Lagerfluids und erhöht somit die Lebensdauer des Fluidlagers.The second sealing gap 36 and the filling reservoir 50 are covered by a cover 32 with an annular profile. The cover 32 is slipped onto an edge of the rotor component 14 and glued there, for example, with the cover 32 resting on a peripheral edge of the rotor component 14 . An inner edge of the cover 32 together with the outer circumference of the stopper component 18 forms an air gap as a gap seal 54. This gap seal 54 increases security against bearing fluid escaping from the sealing gap 36 and reduces evaporation of the bearing fluid and thus increases the service life of the fluid bearing.

Der Spindelmotor weist ein elektromagnetisches Antriebssystem auf, das in bekannter Weise gebildet ist durch eine an der Basisplatte 10 angeordnete Statoranordnung 42 und einem die Statoranordnung in einem Abstand konzentrisch umgebenden, ringförmigen Permanentmagneten 44, der an einer inneren Umfangsfläche des Rotorbauteils 14 angeordnet ist. Dargestellt ist somit ein Außenläufermotor, jedoch kann ohne Einschränkung alternativ ein Innenläufermotor verwendet werden, bei welchem die Statoranordnung radial außerhalb des Rotormagneten angeordnet ist.The spindle motor has an electromagnetic drive system, which is formed in a known manner by a stator arrangement 42 arranged on the base plate 10 and an annular permanent magnet 44 which concentrically surrounds the stator arrangement at a distance and is arranged on an inner peripheral surface of the rotor component 14. An external rotor motor is thus shown, but an internal rotor motor can alternatively be used without restriction, in which case the stator arrangement is arranged radially outside of the rotor magnet.

Da der Spindelmotor vorzugsweise lediglich ein einziges fluiddynamisches Axiallager 28 aufweist, das auf das Rotorbauteil 14 eine Kraft in Richtung des Stopperbauteils 18 erzeugt, ist eine entsprechende Gegenkraft oder Vorspannkraft notwendig, die das Rotorbauteil 14 axial im Kräftegleichgewicht hält. Hierzu sind die Statoranordnung 42 und der Rotormagnet 44 axial zueinander versetzt angeordnet, und zwar so, dass die magnetische Mitte des Rotormagneten 44 axial weiter entfernt von der Basisplatte 10 angeordnet wird als die Mitte der Statoranordnung 42. Dadurch wird vom Magnetsystem des Motors eine axiale Kraft auf das Rotorbauteil 14 ausgeübt, die entgegengesetzt zur Lagerkraft des Axiallagers 28 im Betrieb desselben wirkt.Since the spindle motor preferably has only a single fluid dynamic axial bearing 28, which exerts a force on the rotor component 14 in Rich tion of the stopper component 18 is generated, a corresponding counterforce or prestressing force is necessary, which keeps the rotor component 14 axially in balance of forces. For this purpose, the stator assembly 42 and the rotor magnet 44 are arranged axially offset from one another in such a way that the magnetic center of the rotor magnet 44 is arranged axially further away from the base plate 10 than the center of the stator assembly 42. This creates an axial force from the magnet system of the motor exerted on the rotor component 14, which acts opposite to the bearing force of the axial bearing 28 during operation of the same.

2 zeigt einen Spindelmotor, der im Grundaufbau dem Spindelmotor von 1 entspricht. Gleiche Bauteile sind hierbei mit denselben Bezugszeichen wie in 1 bezeichnet, wobei jeder Ziffer eine „1“ vorangestellt wurde, so dass die Basisplatte Ziffer „10“ in 1 der Basisplatte Ziffer „110“ in 2 entspricht. Für den Spindelmotor von 2 gilt die grundsätzliche Beschreibung des Aufbaus und der Funktionsweise des Spindelmotors gemäß 1. 2 shows a spindle motor, the basic structure of the spindle motor 1 is equivalent to. Identical components are given the same reference numbers as in FIG 1 denoted, with each digit preceded by a "1", so that the base plate digit "10" in 1 the base plate digit "110" in 2 is equivalent to. For the spindle motor from 2 the basic description of the structure and function of the spindle motor applies 1 .

Der Spindelmotor von 2 weist eine größere Bauhöhe auf als der Spindelmotor von 1. Die Bauhöhe beträgt ca. 7 Millimeter, wobei sofort auffällt, dass dadurch der Lagerabstand zwischen den beiden Radiallagern 122 und 124 größer wird, d. h. die axiale Länge des Separatorspalts 126 ist wesentlich größer als beim Spindelmotor von 1.The spindle motor from 2 has a greater overall height than the spindle motor from 1 . The overall height is approximately 7 millimeters, and it is immediately apparent that this increases the bearing spacing between the two radial bearings 122 and 124, ie the axial length of the separator gap 126 is significantly greater than in the spindle motor from 1 .

Die Bauhöhe des Stopperbauteils 118 ist gegenüber 1 ebenfalls etwas vergrößert.The height of the stopper member 118 is opposite 1 also slightly enlarged.

Ferner ist die Labyrinthdichtung 152 zwischen dem Außenumfang der Lagerbuchse 114a und dem Innenumfang des Lagerbauteils 116 vorzugsweise wesentlich länger und damit wirksamer ausgebildet als im Beispiel gemäß 1.Furthermore, the labyrinth seal 152 between the outer circumference of the bearing bushing 114a and the inner circumference of the bearing component 116 is preferably designed to be significantly longer and therefore more effective than in the example according to FIG 1 .

Zudem kann alternativ oder zusätzlich zum Versatz zwischen der Statoranordnung 142 und dem Rotormagneten 144 des Antriebssystems unterhalb des Rotormagneten 144 ein an der Basisplatte befestigter Zugring 146 aus ferromagnetischem Material vorgesehen sein. Der Zugring 46 wird vom Rotormagneten 44 magnetisch angezogen, so dass eine auf das Rotorbauteil 14 wirkende axiale magnetische Kraft erzeugt wird, die der Lagerkraft des fluiddynamischen Axiallagers 28 entgegenwirkt.In addition, as an alternative or in addition to the offset between the stator arrangement 142 and the rotor magnet 144 of the drive system, a pull ring 146 made of ferromagnetic material and fastened to the base plate can be provided below the rotor magnet 144 . The pull ring 46 is magnetically attracted by the rotor magnet 44 so that an axial magnetic force is generated which acts on the rotor component 14 and which counteracts the bearing force of the fluid-dynamic axial bearing 28 .

Die 3 zeigt einen Spindelmotor mit einem fluiddynamischen Lager und großer Bauhöhe wie er vorzugsweise zum Antrieb von Festplattenlaufwerken mit großer Speicherkapazität (Servereinsatz) verwendet wird. Der Aufbau dieses Spindelmotors ist ähnlich dem Aufbau der Spindelmotoren aus den 1 und 2.the 3 shows a spindle motor with a fluid dynamic bearing and a large overall height as is preferably used to drive hard disk drives with a large storage capacity (server use). The structure of this spindle motor is similar to the structure of the spindle motors from the 1 and 2 .

Der Spindelmotor umfasst eine Basisplatte 210, die eine im Wesentlichen zentrale zylindrische Öffnung aufweist, in welcher ein feststehendes Lagerbauteil 216 aufgenommen ist. Das feststehende Lagerbauteil 216 ist etwa becherförmig ausgebildet und umfasst eine zentrale Öffnung, in welcher die Welle 212 befestigt ist. An dem freien Ende der feststehenden Welle 212 ist ein ringförmiges Lagerbauteil 218 angeordnet, das vorzugsweise einteilig mit der Welle 212 ausgebildet ist. Die genannten Bauteile 210, 212, 216 und 218 bilden die feststehende Lagerkomponente des fluiddynamischen Lagers. Die Welle 212 weist an ihrem oberen Ende eine Gewindebohrung (nicht dargestellt) zur Befestigung an einem Gehäusedeckel des Spindelmotors bzw. des Festplattenlaufwerks auf.The spindle motor includes a base plate 210 having a generally central cylindrical opening in which a stationary bearing member 216 is received. The fixed bearing component 216 is approximately cup-shaped and includes a central opening in which the shaft 212 is fixed. At the free end of the fixed shaft 212 is an annular bearing member 218 which is preferably formed integrally with the shaft 212 . Said components 210, 212, 216 and 218 form the stationary bearing component of the fluid dynamic bearing. The shaft 212 has a threaded hole (not shown) at its upper end for attachment to a housing cover of the spindle motor or the hard disk drive.

Das fluiddynamische Lagersystem umfasst ein Rotorbauteil 214 mit einer zentralen Lagerbuchse 214a, die vorzugsweise einteilig mit dem Rotorbauteil 214 ausgebildet ist. Das Rotorbauteil 214 bildet mit der Lagerbuchse 214a die drehbewegliche Lagerkomponente. Die Lagerbuchse 214a ist in einem durch die Welle 212 und die beiden Lagerbauteile 216, 218 gebildeten Zwischenraum relativ zu diesen Bauteilen drehbar angeordnet. Das ringförmige Lagerbauteil 218 ist in einer ringförmigen Aussparung des Rotorbauteils 214 angeordnet. Oberflächen der Welle 212 und der beiden Lagerbauteile 216, 218 sind durch einen beidseitig offenen Lagerspalt 220 von angrenzenden Oberflächen des Rotorbauteils 214 bzw. der Lagerbuchse 214a getrennt. Der Lagerspalt 220 ist mit einem Lagerfluid, beispielsweise einem Lageröl, gefüllt.The fluid dynamic bearing system comprises a rotor component 214 with a central bearing bushing 214a, which is preferably designed in one piece with the rotor component 214. The rotor component 214 forms the rotatable bearing component with the bearing bushing 214a. The bearing bush 214a is arranged in an intermediate space formed by the shaft 212 and the two bearing components 216, 218 so as to be rotatable relative to these components. The annular bearing component 218 is arranged in an annular recess of the rotor component 214 . Surfaces of the shaft 212 and the two bearing components 216, 218 are separated from adjacent surfaces of the rotor component 214 and the bearing bushing 214a by a bearing gap 220 that is open on both sides. The bearing gap 220 is filled with a bearing fluid, for example a bearing oil.

Die am Rotorbauteil 214 angeordnete Lagerbuchse 214a hat eine zylindrische Bohrung, an deren Innenumfang zwei zylindrische Radiallagerflächen ausbildet sind, welche durch einen dazwischen liegenden Separatorspalt 226 getrennt sind. Die Radiallagerflächen umschließen die stehende Welle 212 in einem Abstand von wenigen Mikrometern unter Bildung eines axial verlaufenden Abschnitts des Lagerspalts 220 und bilden mit jeweils gegenüberliegenden Lagerflächen der Welle 212 zwei fluiddynamische Radiallager 222, 224, die durch sinus- oder parabelförmige Lagerrillenstrukturen 222a, 224a gekennzeichnet sind.The bearing bushing 214a arranged on the rotor component 214 has a cylindrical bore, on the inner circumference of which two cylindrical radial bearing surfaces are formed, which are separated by a separator gap 226 lying between them. The radial bearing surfaces enclose the stationary shaft 212 at a distance of a few micrometers, forming an axially running section of the bearing gap 220 and, with opposite bearing surfaces of the shaft 212, form two fluid dynamic radial bearings 222, 224, which are characterized by sinusoidal or parabolic bearing groove structures 222a, 224a .

An das untere Radiallager 224 schließt sich ein radial verlaufender Abschnitt 220b des Lagerspalts 220 an, der durch radial verlaufende Lagerflächen der Lagerbuchse 214a und entsprechend gegenüber liegende Lagerflächen des feststehenden Lagerbauteiles 216 gebildet wird. Diese Lagerflächen sind als zur Rotationsachse 240 senkrechte Kreisringe ausgebildet und bilden ein fluiddynamisches Axiallager 228. Das fluiddynamische Axiallager 228 ist in bekannter Weise durch beispielsweise spiralförmige Lagerrillenstrukturen gekennzeichnet, die entweder auf der unteren Stirnseite der Lagerbuchse 214a, der oberen Fläche des feststehenden Lagerbauteils 216 oder beiden Teilen angebracht werden können. In vorteilhafter Weise sind alle für die Radiallager 222, 224 und das Axiallager 228 notwendigen Lagerrillenstrukturen an Lagerflächen der Lagerbuchse 214a angeordnet, was die Herstellung des Lagers insbesondere der Welle 212 und des feststehenden Lagerbauteils 216 vereinfacht.The lower radial bearing 224 is adjoined by a radially running section 220b of the bearing gap 220, which is formed by radially running bearing surfaces of the bearing bushing 214a and correspondingly opposite bearing surfaces of the fixed bearing component 216. These bearing surfaces are designed as circular rings perpendicular to the axis of rotation 240 and form a fluid-dynamic axial bearing 228. The fluid-dynamic axial bearing 228 is characterized in a known manner by, for example, spiral bearing groove structures, which can be mounted on either the lower face of bearing bushing 214a, the upper surface of stationary bearing member 216, or both. All bearing groove structures required for the radial bearings 222, 224 and the axial bearing 228 are advantageously arranged on bearing surfaces of the bearing bushing 214a, which simplifies the production of the bearing, in particular the shaft 212 and the stationary bearing component 216.

Der Spindelmotor von 3 kann ein zweites Axiallager 248 aufweisen, das entlang des radialen Spalts 221 angeordnet ist und gegen das erste Axiallager 228 arbeitet.
Falls kein zweites Axiallager vorhanden ist, muss eine entsprechende Gegenkraft oder Vorspannkraft zum Axiallager 228 am beweglichen Lagerteil vorgesehen werden, die das Lagersystem axial im Gleichgewicht hält. Hierzu ist an der Basisplatte 210 ein ferromagnetischer Ring 226 angeordnet, der dem Rotormagneten 244 axial gegenüberliegt und von diesem magnetisch angezogen wird. Diese magnetische Anziehungskraft wirkt entgegen der Kraft des Axiallagers 228 und hält das Lagersystem axial stabil. Alternativ oder zusätzlich zu dieser Lösung können die Statoranordnung 242 und der Rotormagnet 244 axial zueinander versetzt angeordnet werden, und zwar so, dass die magnetische Mitte des Rotormagneten 244 axial weiter entfernt von der Basisplatte 210 angeordnet wird als die Mitte der Statoranordnung 242. Auch dadurch wird durch das Magnetsystem des Motors eine axiale Kraft aufgebaut, die entgegengesetzt zum Axiallager 228 wirkt.The spindle motor from 3 may have a second thrust bearing 248 disposed along the radial gap 221 and working against the first thrust bearing 228 .
If there is no second axial bearing, a corresponding counterforce or preload force must be provided to the axial bearing 228 on the movable bearing part, which keeps the bearing system in axial balance. For this purpose, a ferromagnetic ring 226 is arranged on the base plate 210, which is axially opposite the rotor magnet 244 and is magnetically attracted by it. This magnetic attraction counteracts the force of the axial bearing 228 and keeps the bearing system axially stable. Alternatively or in addition to this solution, the stator assembly 242 and the rotor magnet 244 can be arranged axially offset from one another in such a way that the magnetic center of the rotor magnet 244 is arranged axially further away from the base plate 210 than the center of the stator assembly 242 An axial force is built up by the magnet system of the motor, which acts in the opposite direction to the axial bearing 228.

An den radialen Abschnitt 220b des Lagerspalts 220 radial außerhalb des Axiallagers 228 schließt sich ein anteilig mit Lagerfluid gefüllter erster Dichtungsspalt 234 an, der durch einander gegenüberliegende Flächen des Rotorbauteils 214 und des Lagerbauteils 216 gebildet wird und das Ende des fluiddynamischen Lagersystems an dieser Seite abdichtet. Der erste Dichtungsspalt 234 beginnt in einem Spaltabschnitt radial außerhalb des Axiallagers 228 und geht in einen sich konisch öffnenden nahezu axial verlaufenden Abschnitt über, der von einer inneren Umfangsfläche des Rotorbauteils 214 und einer äußeren Umfangsfläche des Lagerbauteils 216 begrenzt wird. Neben der Funktion als kapillare Dichtung dient der erste Dichtungsspalt 234 als Fluidreservoir und stellt die für die Lebensdauer des Lagersystems benötigte Fluidmenge bereit. Ferner können Fülltoleranzen und eine eventuelle thermische Ausdehnung des Lagerfluids ausgeglichen werden. Hierbei verläuft die äußere Umfangsfläche der Lagerbuchse 214a parallel zur Drehachse 240 während sich die innere Umfangsfläche des feststehenden Lagerbauteils 216 in einem spitzen Winkel zur Drehachse 240 öffnet, so dass sich der Querschnitt des ersten Dichtungsspalts 234 konisch aufweitet.The radial section 220b of the bearing gap 220 radially outside of the axial bearing 228 is adjoined by a first sealing gap 234, which is partially filled with bearing fluid and is formed by opposing surfaces of the rotor component 214 and the bearing component 216 and seals the end of the fluid dynamic bearing system on this side. The first sealing gap 234 begins in a gap section radially outside of the thrust bearing 228 and transitions into a conically opening, nearly axially extending section bounded by an inner peripheral surface of the rotor component 214 and an outer peripheral surface of the bearing component 216 . In addition to the function as a capillary seal, the first sealing gap 234 serves as a fluid reservoir and provides the amount of fluid required for the service life of the bearing system. Furthermore, filling tolerances and any thermal expansion of the bearing fluid can be compensated. The outer peripheral surface of the bearing bushing 214a runs parallel to the axis of rotation 240 while the inner peripheral surface of the fixed bearing component 216 opens at an acute angle to the axis of rotation 240, so that the cross section of the first sealing gap 234 widens conically.

An der anderen Seite des Fluidlagersystems ist das Rotorbauteil 214 im Anschluss an das obere Radiallager 222 so gestaltet, dass es eine radial verlaufende Fläche ausbildet, die mit einer entsprechend gegenüberliegenden Fläche des zweiten Lagerbauteils 218 einen radialen Spalt 221 bildet. An den radialen Spalt 221 schließt sich ein axial verlaufender zweiter Dichtungsspalt 236 an, der das Fluidlagersystem an diesem Ende abschließt. Entlang des zweiten Dichtungsspalts 236 ist vorzugsweise eine Pumpdichtung 238 angeordnet, wobei sich der zweite Dichtungsspalt 236 am äußeren Ende mit vorzugsweise konischem Querschnitt aufweitet. Der zweite Dichtungsspalt 236 wird durch einander gegenüberliegende Oberflächen des Rotorbauteils 214 und des Lagerbauteils 218 begrenzt. Am axial äußeren Ende des Dichtungsspaltes 236 weitet sich der Dichtungsspalt in einen Freiraum auf, der als Einfüllreservoir 250 dient und dessen Volumen vorzugsweise so groß ist, dass er das gesamte im Lager befindliche Volumen an Lagerfluid aufnehmen kann. Dieses Einfüllreservoir 250 wird lediglich zum Befüllen des Lagers mit Lagerfluid benötigt und ist von einer ringförmigen Abdeckkappe 232 abgedeckt sein. Die Abdeckkappe 232 ist an einer Stufe des Rotorbauteils 214 gehalten und dort beispielsweise angeklebt. Der innere Rand der Abdeckkappe 232 kann zusammen mit dem Außenumfang der Welle 212 eine Spaltdichtung 254 ausbilden. Diese Spaltdichtung 254 erhöht die Sicherheit gegen ein Austreten von Lagerfluid aus dem zweiten Dichtungsspalt 236.On the other side of the fluid bearing system, the rotor component 214 adjacent the upper radial bearing 222 is configured to form a radially extending surface that forms a radial gap 221 with a corresponding opposing surface of the second bearing component 218 . The radial gap 221 is followed by an axially running second sealing gap 236 which closes off the fluid bearing system at this end. A pumping seal 238 is preferably arranged along the second sealing gap 236, the second sealing gap 236 widening at the outer end with a preferably conical cross section. The second sealing gap 236 is defined by opposing surfaces of the rotor component 214 and the bearing component 218 . At the axially outer end of the sealing gap 236, the sealing gap widens into a free space which serves as a filling reservoir 250 and whose volume is preferably large enough to accommodate the entire volume of bearing fluid located in the bearing. This filling reservoir 250 is only required to fill the bearing with bearing fluid and is covered by an annular cap 232 . The covering cap 232 is held on a step of the rotor component 214 and glued there, for example. The inner edge of the cover cap 232 can form a gap seal 254 together with the outer circumference of the shaft 212 . This gap seal 254 increases security against the escape of bearing fluid from the second seal gap 236.

Ein Rezirkulationskanal 230 verläuft ausgehend vom radialen Spalt 221 zwischen der Stirnfläche des Rotorbauteils 214 und einer gegenüberliegenden Stirnfläche des Lagerbauteils 218 axial nach unten und schräg radial nach außen in Längsrichtung durch das Rotorbauteil 214 und mündet radial außerhalb des Axiallagers 228 in den Spaltabschnitt zwischen dem Lagerspalt 220 und dem ersten Dichtungsspalt 234.Starting from the radial gap 221 between the end face of the rotor component 214 and an opposite end face of the bearing component 218, a recirculation channel 230 runs axially downwards and obliquely radially outwards in the longitudinal direction through the rotor component 214 and opens out radially outside of the axial bearing 228 into the gap section between the bearing gap 220 and the first sealing gap 234.

Das elektromagnetische Antriebssystem des Spindelmotors wird gebildet durch eine an einem Rand der Basisplatte 210 angeordnete Statoranordnung 242 und einem die Statoranordnung in einem Abstand konzentrisch umgebenden, ringförmigen Permanentmagneten 244, der an einer inneren Umfangsfläche des Rotorbauteils 214 angeordnet ist.The electromagnetic drive system of the spindle motor is formed by a stator arrangement 242 arranged on an edge of the base plate 210 and an annular permanent magnet 244 which concentrically surrounds the stator arrangement at a distance and is arranged on an inner peripheral surface of the rotor component 214 .

In der Ausgestaltung des Spindelmotors schließt sich an das aufgeweitete Ende des ersten Dichtungsspaltes 234 ein sehr enger Luftspalt 252 an, der im Wesentlichen einen verengten radial verlaufenden Abschnitt aufweist, der durch eine Stirnkante des Lagerbauteils 216 und eine gegenüberliegenden Fläche des Rotorbauteils 214 gebildet ist. Daran schließt sich ein sehr enger axial verlaufender Abschnitt des Luftspalts 252 an, der durch eine äußere Umfangsfläche des Lagerbauteils 216 und einen innere Umfangsfläche eines Randes 214b des Rotorbauteils 214 begrenzt ist. Im Dichtungsspalt 234 kann sich verdampfendes Lagerfluid in der Gasphase ansammeln, wobei durch den engen Luftspalt 152 das Entweichen des gasförmigen Lagerfluids in andere Bereiche des Spindelmotors reduziert wird. Wenigstens ein Teil des sublimierten Lagerfluids kann nach dem Abkühlen des Elektromotors an den Wänden des Dichtungsspaltes 234 kondensieren, und wieder in den Fluidkreislauf zurück gelangen.In the embodiment of the spindle motor, the widened end of the first sealing gap 234 is followed by a very narrow air gap 252, which essentially has a narrowed, radially extending section formed by an end edge of the bearing component 216 and an opposite surface of the rotor component 214. This is followed by a very narrow axially running one Portion of the air gap 252, which is bounded by an outer peripheral surface of the bearing member 216 and an inner peripheral surface of a rim 214b of the rotor member 214. Evaporating bearing fluid in the gas phase can collect in the sealing gap 234, the escape of the gaseous bearing fluid into other areas of the spindle motor being reduced by the narrow air gap 152. At least part of the sublimated bearing fluid can condense on the walls of the sealing gap 234 after the electric motor has cooled down and can return to the fluid circuit.

In allen drei Ausführungsformen gemäß den 1 bis 3 ist das Rotorbauteil 14, 114, 214 mit einem gewissen axialen Spiel von einigen zehn Mikrometern, also axialen Spiel, zwischen den beiden Lagerbauteilen 16, 18, 116, 118, 216, 218 gehalten.In all three embodiments according to 1 until 3 the rotor component 14, 114, 214 is held between the two bearing components 16, 18, 116, 118, 216, 218 with a certain axial play of a few tens of micrometers, i.e. axial play.

Im Stillstand des Spindelmotors kann man das Rotorbauteil 14, 114, 214 axial bewegen, so dass es entweder an dem feststehenden Lagerbauteil 16, 116, 216 anschlägt, so dass der gegenüberliegende radiale Spalt 21, 121, 221 seinen größten Spaltdurchmesser erreicht oder aber man kann das Rotorbauteil 14, 114, 214 in die andere Richtung bewegen, so dass es am ringförmigen Lagerbauteil 18, 118, 218 anschlägt, so dass der Spalt im Bereich des unteren Axiallagers 28, 128, 228 seine größte Spaltbreite erreicht.When the spindle motor is at a standstill, the rotor component 14, 114, 214 can be moved axially so that it either strikes the stationary bearing component 16, 116, 216, so that the opposite radial gap 21, 121, 221 reaches its largest gap diameter, or you can move the rotor component 14, 114, 214 in the other direction so that it hits the annular bearing component 18, 118, 218, so that the gap in the region of the lower axial bearing 28, 128, 228 reaches its greatest gap width.

Die letztgenannte Stellung des Rotorbauteils 14, 114, 214, in welcher die Spaltbreite des radialen Spaltes 21, 121, 221 minimal wird, wird vorzugsweise im Rahmen der Erfindung während des Befüllens des Lagers mit Lagerfluid ausgenutzt.The latter position of the rotor component 14, 114, 214, in which the gap width of the radial gap 21, 121, 221 is minimal, is preferably utilized within the scope of the invention during the filling of the bearing with bearing fluid.

4 zeigt den Spindelmotor mit Lagersystem gemäß 1 in unbefülltem Zustand bzw. nach dem Einbringen des Lagerfluids in das Einfüllreservoir 50. 4 shows the spindle motor with bearing system according to 1 in the unfilled state or after the bearing fluid has been introduced into the filling reservoir 50.

Das fluiddynamische Lager bzw. der Spindelmotor befinden sich hierbei in einer Unterdruckkammer 62, welche vor dem Einbringen des Lagerfluids in das Einfüllreservoir 50 bis auf einen vorgegebenen Druck von beispielsweise weniger als 100 Pascal evakuiert wurde.The fluid dynamic bearing or the spindle motor is located in a vacuum chamber 62 which was evacuated to a predetermined pressure of, for example, less than 100 pascals before the bearing fluid was introduced into the filling reservoir 50 .

In einem weiteren Schritt wird das Lagerfluid in das Einfüllreservoir 50 eingefüllt. Vorzugsweise wird die für das fluiddynamische Lager benötigte Gesamtmenge des Lagerfluids 56 in das ringförmige Einfüllreservoir 50 eingebracht. Dies erfolgt mit einer speziellen Dosiervorrichtung 68, welche eine abgemessene Menge an Lagerfluid 56 in das Einfüllreservoir 50 einfüllt.
Zuvor wird sichergestellt, dass das Rotorbauteil 14 sich in seiner oberen Stellung befindet, d. h. an der Unterseite des Lagerbauteils 18 anschlägt, so dass die Spaltbreite des radial verlaufenden Spalts 21 minimal wird.In a further step, the bearing fluid is filled into the filling reservoir 50 . The total amount of bearing fluid 56 required for the fluid dynamic bearing is preferably introduced into the annular filling reservoir 50 . This is done with a special dosing device 68 which fills a measured amount of bearing fluid 56 into the filling reservoir 50 .
Beforehand, it is ensured that the rotor component 14 is in its upper position, ie it strikes the underside of the bearing component 18, so that the gap width of the radial gap 21 is minimal.

Dadurch steht dem Lagerfluid 56 lediglich der Weg durch den Dichtungsspalt 36 und einen radial außen liegenden Abschnitt 58 des Spaltes 21 zur Verfügung, um weiter in den Rezirkulationskanal 30 zu gelangen. Das Lagerfluid dringt insbesondere durch den Kapillareffekt in den Rezirkulationskanal ein.As a result, only the path through the sealing gap 36 and a radially outer section 58 of the gap 21 is available for the bearing fluid 56 in order to get further into the recirculation channel 30 . The bearing fluid penetrates into the recirculation channel in particular due to the capillary effect.

Der Kapillareffekt wirkt besonders stark, wenn die in radiale Richtung betrachtet breiteste Stelle d der oberen Öffnung des Rezirkulationskanals 30 (vgl. 1) kleiner ist als die radiale Breite b der obersten Stelle des Einfüllreservoirs 50. Innerhalb von einigen zehn Sekunden wird nun das Lagerfluid 56 vom Einfüllreservoir 50 durch den Dichtungsspalt 36 und den radialen Spaltabschnitt 58 durch Kapillarwirkung in den Rezirkulationskanal 30 wandern und von dort weiter dem Rezirkulationskanal folgen und in Richtung des radialen Abschnitts 20b des Lagerspaltes wandern.The capillary effect is particularly strong when the widest point d of the upper opening of the recirculation channel 30 (cf. 1 ) is smaller than the radial width b of the uppermost point of the filling reservoir 50. Within a few tens of seconds, the bearing fluid 56 will now migrate from the filling reservoir 50 through the sealing gap 36 and the radial gap section 58 by capillary action into the recirculation channel 30 and from there on to the recirculation channel follow and migrate in the direction of the radial portion 20b of the bearing gap.

Nach einer Wartezeit von beispielsweise 20 Sekunden oder mehr wird nun mittels des Ventils 66 die Unterdruckkammer 62 kontrolliert belüftet, so dass an den Öffnungen des Lagers im Bereich des Einfüllreservoirs 50 und des unteren Dichtungsspaltes 34 ein höherer Druck herrscht, wie im Inneren des Lagerspaltes, beispielsweise im axialen Abschnitt 20a.After a waiting time of, for example, 20 seconds or more, the vacuum chamber 62 is then vented in a controlled manner by means of the valve 66, so that there is a higher pressure at the openings of the bearing in the area of the filling reservoir 50 and the lower sealing gap 34 than inside the bearing gap, for example in the axial section 20a.

Dadurch wird das Lagerfluid durch den außen herrschenden Überdruck in die noch nicht befüllten Abschnitte des Lagerspalts 20 gedrückt und das Lager vollständig mit Lagerfluid gefüllt.As a result, the bearing fluid is pressed into the sections of the bearing gap 20 that have not yet been filled by the overpressure prevailing outside, and the bearing is completely filled with bearing fluid.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird erreicht, dass möglichst keine Luft mit dem Lagerfluid 56 in den Lagerspalt 20 und insbesondere in den Rezirkulationskanal 30 und anderen Hohlräume des Lagers transportiert wird.The method according to the invention ensures that as little air as possible is transported with the bearing fluid 56 into the bearing gap 20 and in particular into the recirculation channel 30 and other cavities of the bearing.

BezugszeichenlisteReference List

10, 110, 21010, 110, 210: Basisplattebase plate
12, 112, 21212, 112, 212: WelleWave
12a, 112a12a, 112a: Flanschflange
13, 11313, 113: SchweißnahtWeld
14, 114, 21414, 114, 214: Rotorbauteilrotor component
14a, 114a, 214a14a, 114a, 214a: Lagerbuchsebearing bush
16,116,21616,116,216: Lagerbauteilbearing component
18, 118, 21818, 118, 218: Stopperbauteilstopper component
20, 120, 22020, 120, 220: Lagerspaltbearing gap
20a20a: axialer Abschnittaxial section
20b, 120b, 220b20b, 120b, 220b: radialer Abschnittradial section
22, 122, 22222, 122, 222: Radiallagerradial bearing
22a, 122a, 222a22a, 122a, 222a: Lagerrillenstrukturenbearing groove structures
24, 124, 22424, 124, 224: Radiallagerradial bearing
24a, 124a, 224a24a, 124a, 224a: Lagerrillenstrukturenbearing groove structures
26, 126, 22626, 126, 226: Separatorspaltseparator gap
28, 128, 22828, 128, 228: Axiallagerthrust bearing
30, 130, 23030, 130, 230: Rezirkulationskanalrecirculation channel
32, 132, 23232, 132, 232: Abdeckungcover
34, 134, 23434, 134, 234: Dichtungsspaltsealing gap
36, 136, 23636, 136, 236: Dichtungsspaltsealing gap
38, 138,23838, 138,238: Pumpdichtungpump seal
38a, 138a, 238a38a, 138a, 238a: Pumprillenstrukturenpump groove structures
40, 140. 24040, 140. 240: Drehachseaxis of rotation
42, 142, 24242, 142, 242: Statoranordnungstator assembly
44, 144, 24444, 144, 244: Rotormagnetrotor magnet
146,246 ...... 248146,246......248: Zugringpull ring
50, 150, 25050, 150, 250: Einfüllreservoirfilling reservoir
52, 152, 25252, 152, 252: Labyrinthdichtunglabyrinth seal
54, 154, 25454, 154, 254: Spaltdichtunggap seal
5656: Lagerfluidbearing fluid
5858: Kanalchannel
6060: Pfeilrichtung - VerschiebungArrow direction - displacement
6262: Unterdruckkammervacuum chamber
6464: Pumpepump
6666: VentilValve

Claims

Verfahren zum Befüllen eines fluiddynamischen Lagers mit einem Lagerfluid, wobei ein Lagerspalt (20, 120, 220) zwischen einem feststehenden Lagerbauteil und einem rotierenden Lagerbauteil gebildet ist, und ein Rezirkulationskanal (30, 130, 230) im rotierenden Lagerbauteil angeordnet ist, der in einen Verbindungsspalt (21, 121, 221) mündet, wobei der Verbindungsspalt (21, 121, 221) den Lagerspalt (20, 120, 220) mit einem Einfüllreservoir (50, 150, 250) zum Einbringen des Lagerfluids (56) verbindet, wobei a. in einem ersten Schritt das fluiddynamische Lager in einer auf Umgebungsdruck stehenden Unterduckkammer (62) angeordnet wird, b. in einem weiteren Schritt die Unterdruckkammer (62) bis auf einen vorgegebenen Druck evakuiert wird, c. in einem weiteren Schritt die sich an das Einfüllreservoir (50, 150, 250) anschließende Öffnung des Lagerspalts (20, 120, 220) in ihrer Spaltbreite minimiert wird, d. in einem weiteren Schritt eine vorgegebene Menge an Lagerfluid (56) in das Einfüllreservoir (50, 150, 250) eingebracht wird, e. in einem weiteren Schritt eine vorgegebene Ruhezeit abgewartet wird, in der das Lagerfluid (56) durch Kapillarwirkung in Richtung des Rezirkulationskanals (30, 130, 230) wandert, f. in einem weiteren Schritt der Druck in der Unterdruckkammer (62) ausgehend vom herrschenden Druck entsprechend einer vorgegebenen Druck-Zeit-Funktion bis auf Umgebungsdruck erhöht wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Spaltbreite des Verbindungsspalts (21, 121, 221) durch eine axiale Verschiebung (60) des rotierenden Lagerbauteils (14) in Bezug auf das feststehende Lagerbauteil minimiert wird.Method for filling a fluid dynamic bearing with a bearing fluid, wherein a bearing gap (20, 120, 220) is formed between a stationary bearing component and a rotating bearing component, and a recirculation channel (30, 130, 230) is arranged in the rotating bearing component, which is in a Connecting gap (21, 121, 221), the connecting gap (21, 121, 221) connecting the bearing gap (20, 120, 220) to a filling reservoir (50, 150, 250) for introducing the bearing fluid (56), wherein a . in a first step, the fluid dynamic bearing is arranged in a vacuum chamber (62) at ambient pressure, b. in a further step, the vacuum chamber (62) is evacuated to a predetermined pressure, c. in a further step, the opening of the bearing gap (20, 120, 220) adjoining the filling reservoir (50, 150, 250) is minimized in terms of its gap width, d. in a further step, a predetermined quantity of bearing fluid (56) is introduced into the filling reservoir (50, 150, 250), e. in a further step, a specified idle time is awaited, during which the bearing fluid (56) migrates in the direction of the recirculation channel (30, 130, 230) by capillary action, f. in a further step, the pressure in the vacuum chamber (62) based on the prevailing pressure is increased to ambient pressure in accordance with a predetermined pressure-time function, characterized in that the gap width of the connecting gap (21, 121, 221) is minimized by an axial displacement (60) of the rotating bearing component (14) in relation to the stationary bearing component .

Verfahren zum Befüllen eines fluiddynamischen Lagers mit einem Lagerfluid, wobei ein Lagerspalt (20, 120, 220) zwischen einem feststehenden Lagerbauteil und einem rotierenden Lagerbauteil gebildet ist und einen radialen Abschnitt (20b, 120b, 220b) aufweist, und ein Rezirkulationskanal (30, 130, 230) im rotierenden Lagerbauteil angeordnet ist, der in einen Verbindungsspalt (21, 121, 221) mündet, wobei der Verbindungsspalt (21, 121, 221) den Lagerspalt (20, 120, 220) mit einem Einfüllreservoir (50, 150, 250) zum Einbringen des Lagerfluids (56) verbindet, wobei a. in einem ersten Schritt das fluiddynamische Lager in einer auf Umgebungsdruck stehenden Unterdruckkammer (62) angeordnet wird, b. in einem weiteren Schritt die Unterdruckkammer (62) bis auf einen vorgegebenen Druck evakuiert wird, c. in einem weiteren Schritt eine vorgegebene Menge an Lagerfluid (56) in das Einfüllreservoir (50, 150, 250) eingebracht wird, d. in einem weiteren Schritt eine vorgegebene Ruhezeit abgewartet wird, in der das Lagerfluid (56) durch Kapillarwirkung in Richtung des Rezirkulationskanals (30, 130, 230) wandert, e. in einem weiteren Schritt der Druck in der Unterdruckkammer (62) ausgehend vom herrschenden Druck entsprechend einer vorgegebenen Druck-Zeit-Funktion bis auf Umgebungsdruck erhöht wird, dadurch gekennzeichnet, dass während des Schritts d die Spaltbreite des radialen Abschnitts (20b, 120b, 220b) des Lagerspalts (20, 120, 220) nicht null beträgt.Method for filling a fluid dynamic bearing with a bearing fluid, wherein a bearing gap (20, 120, 220) is formed between a stationary bearing component and a rotating bearing component and has a radial section (20b, 120b, 220b), and a recirculation channel (30, 130 , 230) is arranged in the rotating bearing component, which opens into a connecting gap (21, 121, 221), the connecting gap (21, 121, 221) connecting the bearing gap (20, 120, 220) with a filling reservoir (50, 150, 250 ) for introducing the bearing fluid (56), wherein a. in a first step, the fluid dynamic bearing is arranged in a vacuum chamber (62) at ambient pressure, b. in a further step, the vacuum chamber (62) is evacuated to a predetermined pressure, c. in a further step, a predetermined amount of bearing fluid (56) is introduced into the filling reservoir (50, 150, 250), d. in a further step, a predetermined idle time is awaited, during which the bearing fluid (56) migrates in the direction of the recirculation channel (30, 130, 230) by capillary action, e. in a further step, the pressure in the vacuum chamber (62) is increased from the prevailing pressure to ambient pressure in accordance with a predetermined pressure-time function, characterized in that during step d the gap width of the radial section (20b, 120b, 220b) of the bearing gap (20, 120, 220) is not zero.

Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass während des Schritts d die Spaltbreite des Verbindungsspalts (21, 121, 221) kleiner als die Spaltbreite des radialen Abschnitts (20b, 120b, 20b) des Lagerspalts (20, 120, 220) ist.procedure after claim 2 , characterized in that during step d the gap width of the connecting gap (21, 121, 221) is smaller than the gap width of the radial section (20b, 120b, 20b) of the bearing gap (20, 120, 220).

Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass während des Schritts d die Spaltbreite des radialen Abschnitts (20b, 120b, 20b) des Lagerspalts (20, 120, 220) zwei bis fünf Mal größer als die Spaltbreite des Verbindungsspalts (21, 121, 221) ist.Procedure according to one of claims 2 or 3 , characterized in that during step d the gap width of the radial section (20b, 120b, 20b) of the bearing gap (20, 120, 220) is two to five times larger than the gap width of the connecting gap (21, 121, 221).

Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die vorgegebene Ruhezeit zwischen 15 und 60 Sekunden beträgt.Procedure according to one of Claims 1 until 4 , characterized in that the predetermined idle time is between 15 and 60 seconds.