DE102015005739B4 - Method for filling a fluid dynamic bearing with a bearing fluid - Google Patents
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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
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
Dieses Verfahren soll das Risiko von Lufteinschlüssen im Lagerspalt nochmals verringern.the
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.
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
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
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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 Einfüllreservoir4 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
Die Spindelmotoren und die fluiddynamischen Lager gemäß den
Anhand von
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
With a two-piece construction of
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
Der Spindelmotor von
Die Bauhöhe des Stopperbauteils 118 ist gegenüber
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
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
Die
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
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
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
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
Der Spindelmotor von
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
If there is no second axial bearing, a corresponding counterforce or preload force must be provided to the
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
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
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
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
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
In allen drei Ausführungsformen gemäß den
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
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
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
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
Beforehand, it is ensured that the
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
Der Kapillareffekt wirkt besonders stark, wenn die in radiale Richtung betrachtet breiteste Stelle d der oberen Öffnung des Rezirkulationskanals 30 (vgl.
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
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
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
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 (5)
Priority Applications (1)
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Applications Claiming Priority (3)
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DE102015005739.1A DE102015005739B4 (en) | 2014-05-12 | 2015-05-07 | Method for filling a fluid dynamic bearing with a bearing fluid |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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DE102015005739A1 DE102015005739A1 (en) | 2015-11-12 |
DE102015005739B4 true DE102015005739B4 (en) | 2022-12-29 |
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