DE102015012664A1 - Fluiddynamisches Lagersystem - Google Patents

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Matthias Bosnjak
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Minebea Co Ltd
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Abstract

Fluiddynamisches Lagersystem mit mindestens einem feststehenden Lagerbauteil mit konischen Lagerflächen und mindestens einem um eine Drehachse drehbaren Lagerbauteil mit konischen Lagerflächen, wobei die Lagerflächen der beiden Lagerbauteile durch mindestens einen mit einem Lagerfluid gefüllten Lagerspalt voneinander getrennt sind, dadurch gekennzeichnet, dass das feststehende Lagerbauteil zumindest eine feststehende Lagerbuchse und das drehbare Lagerbauteil eine Welle und mindestens eine an der Welle befestigte oder mit der Welle einteilig ausgebildete Lagerkomponente aufweist.

Description

  • Gebiet der Erfindung
  • Die Erfindung betrifft ein fluiddynamisches Lagersystem nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein derartiges Lagersystem wird beispielsweise zur Drehlagerung eines Spindelmotors zum Antrieb von Festplattenlaufwerken verwendet.
  • Beschreibung des Standes der Technik
  • Als Drehlager in Spindelmotoren, wie sie z. B. zum Antrieb der Speicherplatten in Festplattenlaufwerken eingesetzt werden, kommen größtenteils fluiddynamische Lagersysteme zur Anwendung. Fluiddynamische Lagersysteme sind weiterentwickelte Gleitlager. Es sind verschiedene Bauformen von fluiddynamischen Lagersystemen bekannt, beispielsweise als Kombination von fluiddynamischen Radiallagern und Axiallagern oder als konische fluiddynamische Lagersysteme.
  • Konische fluiddynamische Lagersysteme können im Vergleich zu Lagersystem mit Radial- und Axiallagern höhere Kräfte aufnehmen und eignen sich daher gut für Anwendungen mit hoher Last.
  • Ein konisches fluiddynamisches Lagersystem ist in der US 6,911,748 B2 offenbart. Es sind zwei gegeneinander arbeitende konische fluiddynamische Lager vorgesehen. Die beiden konischen Lager sind symmetrisch aufgebaut. Das beschriebene Lager weist eine feststehende Welle auf. Da die Welle feststeht und somit das Lager bzw. der Lagerspalt auf beiden Seiten des Lagers offen ist, kann die Welle an beiden Enden an einem Gehäuse befestigt werden, was die Steifigkeit des Lagers gegenüber einer lediglich einseitig befestigten Welle verbessert. Ein solches konisches fluiddynamisches Lagersystem ist sehr gut zur Drehlagerung von hohen Lasten geeignet. Jedes konische Lager weist einen an der feststehenden Welle angeordneten Lagerkonus auf, der mit einem Gegenlager zusammenwirkt, welches in einem Rotorbauteil angeordnet ist. Die Lagerflächen jedes konischen Lagers sind durch einen eigenen, mit einem Lagerfluid gefüllten Lagerspalt voneinander getrennt. Die Lagerspalte der beiden konischen Lager weisen jeweils zwei Enden auf, wobei jedes offene Ende durch einen Dichtungsspalt abgedichtet ist. Wird das Lager beispielsweise zur Drehlagerung eines Spindelmotors verwendet, ist ein erstes Ende der Welle in der Regel in einer Basisplatte und ein zweites Wellenende in einer oberen Abdeckung des Spindelmotors fest aufgenommen.
  • Bei dem oben beschriebenen Lagersystem kann es allerdings durch zu hoch angelegten Differenzdruck, beispielsweise bei der Reinigung des Motors mit Drucklust oder unter Vakuum, zu Ölverlust kommen. Um diesem Problem entgegen zu wirken, ist es vorteilhaft, wenn zur Drehlagerung des Spindelmotors ein fluiddynamisches Lagersystem mit rotierender Welle und feststehender Lagerbuchse verwendet wird. Eine hohe Lastkapazität des Lagersystems ist beispielsweise in Festplattenlaufwerken mit fünf oder mehr Speicherplatten notwendig, die am Rotor des Spindelmotors montiert sind und von diesem drehend angetrieben werden. Bisher war ein solches hochbelastbares Lagersystem mit rotierender Welle für Spindelmotoren nicht verfügbar.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein fluiddynamisches Lagersystem mit rotierender Welle zur Drehlagerung eines Spindelmotors anzugeben, das für hohe Lasten ausgelegt ist.
  • Diese Aufgabe wird durch ein fluiddynamisches Lagersystem mit Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
  • Bevorzugte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Lagersystems und weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
  • Das fluiddynamische Lagersystem umfasst mindestens ein feststehendes Lagerbauteil mit konischen Lagerflächen und mindestens ein um eine Drehachse drehbares Lagerbauteil mit konischen Lagerflächen, wobei die Lagerflächen der beiden Lagerbauteile durch mindestens einen mit einem Lagerfluid gefüllten Lagerspalt voneinander getrennt sind.
  • Erfindungsgemäß weist das feststehende Lagerbauteil zumindest eine feststehende Lagerbuchse und das drehbare Lagerbauteil eine Welle und mindestens eine an der Welle befestigte oder mit der Welle einteilig ausgebildete Lagerkomponente auf.
  • Die Erfindung beruht auf einem konischen fluiddynamischen Lagersystem mit rotierender Welle, wie es bisher noch nicht bekannt war.
  • Bei einem Design mit rotierender Welle ist im Vergleich zu einem Lagersystem mit feststehender Welle das Risiko geringer, dass es zu Druckdifferenzen (innerhalb des Lagers) kommt.
  • Vorzugsweise ist die Lagerbuchse in einer Aussparung in einer Basisplatte gehalten.
  • Durch die geschlossene Unterseite des Lagersystems, sind Maßnamen zur Belüftung der verbleibenden Hohlräume und Zwischenräume notwendig.
  • Hierfür kann die Welle vorzugsweise eine Längsbohrung und mindestens eine davon abzweigende Querbohrung aufweisen, über welche mindestens ein mit Luft gefüllter Zwischenraum des Lagers mit der Außenatmosphäre verbunden ist.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist die Welle eine Längsbohrung und zwei davon abzweigende Querbohrungen auf, wobei die Längsbohrung in einen unteren Zwischenraum mündet, der teilweise von der Basisplatte begrenzt ist. Eine der beiden Querbohrungen mündet dabei vorzugsweise in einen mittleren Zwischenraum, der von der Welle und der Lagerbuchse begrenzt ist, während die andere Querbohrung vorzugsweise in einen oberen Zwischenraum mündet, der teilweise von einer an der Welle befestigten Nabe begrenzt ist und mit der Außenatmosphäre verbunden ist. So sind der untere und der mittlere Zwischenraum über die Längsbohrung und die Querbohrungen miteinander und mit dem oberen Zwischenraum und dadurch auch mit der Außenatmosphäre verbunden.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist die Welle eine Längsbohrung und eine davon abzweigende Querbohrung auf, wobei die Längsbohrung in einen unteren Zwischenraum mündet, der teilweise von der Basisplatte begrenzt ist und die Querbohrung in einen mittleren Zwischenraum mündet, der von der Welle und der Lagerbuchse begrenzt ist. Vorzugsweise weist die Basisplatte eine in den unteren Zwischenraum mündende Bohrung auf, über welche der untere Zwischenraum mit der Außenatmosphäre verbunden ist. So sind der untere und der mittlere Zwischenraum über die Längsbohrung und die Querbohrung miteinander und über die Bohrung in der Basisplatte auch mit der Außenatmosphäre verbunden.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist die Welle ebenfalls eine Längsbohrung und eine davon abzweigende Querbohrung auf, über die der untere und der mittlere Zwischenraum miteinander verbunden sind. Vorzugsweise weist hier die Lagerbuchse eine in den mittleren Zwischenraum mündende Bohrung auf, über welche der mittlere Zwischenraum mit der Außenatmosphäre verbunden ist. Durch die Verbindung zwischen dem mittleren und dem unteren Zwischenraum ist somit auch der untere Zwischenraum mit der Außenatmosphäre verbunden.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist die Welle auch wieder eine Längsbohrung und eine davon abzweigende Querbohrung auf, über die der untere und der mittlere Zwischenraum miteinander verbunden sind. Vorzugsweise ist hier zwischen der Basisplatte und der Lagerbuchse ein in den unteren Zwischenraum mündender Kanal angeordnet, der entweder in der Basisplatte und/oder der Lagerbuchse ausgebildet ist, und, über den der untere Zwischenraum mit der Außenatmosphäre verbunden ist. Durch die Verbindung zwischen dem mittleren und dem unteren Zwischenraum ist somit auch der untere Zwischenraum mit der Außenatmosphäre verbunden.
  • Vorzugsweise ist die Längsbohrung der Welle als Sacklochbohrung ausgebildet.
  • Alternativ kann die Bohrung auch als Durchgangsbohrung ausgebildet sein, wodurch die Längsbohrung und alle direkt oder über Querbohrungen mit der Längsbohrung verbundenen Zwischenräume mit der Außenatmosphäre verbunden sind.
  • Alle oben beschriebenen Ausführungen der Erfindung können auch beliebig miteinander kombiniert werden.
  • Zusätzlich oder alternativ können auch die Basisplatte des Spindelmotors und/oder die Lagerbuchse geeignete Bohrungen zur Belüftung eines oder mehrerer miteinander verbundener Zwischenräume aufweisen.
  • Es kann auch vorgesehen sein, dass die Längs- und Querbohrungen in der Welle vollständig entfallen, und die Belüftung der Zwischenräume lediglich durch Bohrungen in der Basisplatte und/oder der Lagerbuchse erfolgt.
  • Das beschriebene fluiddynamische Lagersystem kann vorzugsweise zur Drehlagerung eines Spindelmotors eingesetzt werden, wie er beispielsweise zum Antrieb von Festplattenlaufwerken oder Lüftern Verwendung findet.
  • Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 zeigt einen Schnitt durch einen Spindelmotor mit einem fluiddynamischen Lagersystem gemäß der Erfindung.
  • 2 zeigt einen Ausschnitt des fluiddynamischen Lagersystems von 1 gemäß einer ersten abgewandelten Ausführungsform.
  • 3 zeigt einen Ausschnitt des fluiddynamischen Lagersystems von 1 gemäß einer zweiten abgewandelten Ausführungsform.
  • 4 zeigt einen Ausschnitt des fluiddynamischen Lagersystems von 1 gemäß einer dritten abgewandelten Ausführungsform.
  • Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung
  • Die 1 zeigt einen Schnitt durch einen Spindelmotor mit einem fluiddynamischen Lagersystem bestehend aus zwei konischen fluiddynamischen Lagern.
  • Der Spindelmotor umfasst eine Basisplatte 10 als tragende Struktur, die eine zylindrische Aussparung aufweist, die durch einen erhöhten Rand 10a gebildet ist. Die Basisplatte 10 ist im Bereich der Aussparung bodenseitig geschlossen. In der Aussparung der Basisplatte 10 ist eine Lagerbuchse 16 angeordnet. Die Lagerbuchse ist vorzugsweise mittels einer Pressverbindung und/oder Klebeverbindung in der Aussparung der Basisplatte 10 befestigt, derart, dass die untere Stirnseite der Lagerbuchse 16 die Oberfläche der Basisplatte 10 nicht berührt und ein Zwischenraum 28 zwischen Lagerbuchse 16 und Basisplatte 10 verbleibt. Die Lagerbuchse 16 steht zum großen Teil über die Oberfläche der Basisplatte 10 hinaus und bildet das feststehende Lagerbauteil des Lagersystems.
  • In einer Lagerbohrung der Lagerbuchse 16 ist das drehbare Lagerbauteil des Lagersystems angeordnet. Das drehbare Lagerbauteil umfasst eine rotierende Welle 12, an der zwei Lagerkonusse 14, 114 befestigt sind. Die Lagerkonusse 14, 114 sind in einem axialen Abstand voneinander auf der Welle 12 angeordnet und mit dieser fest verbunden. Die Lagerkonusse 14, 114 haben einander zugewandte, in einem spitzen Winkel schräg zur Drehachse 44 verlaufende konische Lagerflächen.
  • Die Lagerbohrung der Lagerbuchse 16 weist entsprechende konische Lagerflächen auf, die den Lagerflächen der Lagerkonusse 14, 114 zugeordnet sind. Die Lagerflächen der Lagerkonusse 14, 114 und die zugeordneten Lagerflächen der Lagerbuchse 16 sind jeweils durch einen mit einem Lagerfluid gefüllten Lagerspalt 20, 120 voneinander getrennt.
  • Jeder Lagerkonus 14, 114 umfasst auf seiner Lagerfläche über den Umfang verteilt eine Anzahl von Lagerrillen. Die Lagerrillen sind in einem spitzen Winkel zur Drehrichtung geneigt und beispielsweise in einem bekannten Fischgrätenmuster (herringbone) angeordnet. Die Lagerrillen müssen nicht auf der Lagerfläche der Lagerkonusse 14, 114 angeordnet sein, sondern können auch auf den gegenüberliegenden konischen Lagerflächen der Lagerbuchse 16 oder auf beiden Bauteilen angeordnet sein. Bei Rotation der Welle 12 und der Lagerkonusse 14, 114 erzeugen die Lagerrillen eine Pumpwirkung auf das in den Lagerspalten 20, 120 befindliche Lagerfluid. Beide Äste der Lagerrillen erzeugen dabei eine Pumpwirkung, in Richtung des jeweils anderen Astes, also zur Mitte des konischen Lagers, wodurch das Lager tragfähig wird. Der Ast der Lagerrillen, der näher an dem Ende Welle angeordnet ist, generiert dabei eine etwas stärkere Pumpwirkung, so dass sich ein Fluss des Lagerfluids in Richtung der Wellenmitte, also zum Inneren des Lagersystems, einstellt.
  • Die Lagerkonusse 14, 114 sind relativ zur Lagerbuchse 16 so angeordnet, dass die Lagerspalte 20, 120 bei Zimmertemperatur eine definierte Spaltbreite von einigen Mikrometern aufweisen. Die Tragfähigkeit der konischen Lager hängt unter anderem von der Spaltbreite der Lagerspalte 20, 120 und der Viskosität des darin enthaltenen Lagerfluids ab.
  • Jeder Lagerspalt 20, 120 hat zwei offene Enden, die durch Dichtungsspalte abgedichtet sind. Die außen liegenden Enden der Lagerspalte 20, 120 werden jeweils durch äußere kapillare Dichtungsspalte 22, 122 abgedichtet, die durch eine äußere Umfangsfläche des zugeordneten Lagerkonus 14, 114 und eine innere Umfangsfläche von stirnseitigen Rändern 16a der Lagerbuchse 16 begrenzt werden. Die äußeren Dichtungsspalte 22, 122 bilden mit dem zugeordneten Lagerspalt 20, 120 einen stumpfen Winkel und mit der Drehachse 44 einen spitzen Winkel. Die Dichtungsspalte 22, 122 sind teilweise mit Lagerfluid gefüllt und wirkt als Fluidreservoir und Ausgleichsvolumen bei Temperaturausdehnung des Lagerfluids. Vorzugsweise sind beide die Dichtungsspalte 22, 122 begrenzenden Flächen ausgehend vom Lagerspalt 20, 120 zum Lageräußeren um einen kleinen Winkel von zwischen 0,5 Grad und 20 Grad in Richtung zur Drehachse 44 geneigt, wobei der Neigungswinkel der inneren Umfangsfläche der Ränder 16a der Lagerbuchse 16 um wenige Winkelgrade kleiner ist als der Neigungswinkel der äußeren Umfangsflächen der Lagerkonusse 14, 114, wodurch sich ein konischer Querschnitt der äußeren Dichtungsspalte 22, 122 ergibt.
  • Die dem Lagersysteminneren zugewandten Enden der Lagerspalte 20, 120 sind durch innere Dichtungsspalte 24, 124 abgedichtet, die durch entsprechende Abschnitte der äußeren Umfangsfläche der Welle 12 und der inneren Unfangsfläche der Lagerbuchse 16 begrenzt sind. Entlang jedes Dichtungsspaltes 24, 124 ist vorzugsweise eine dynamische Pumpdichtung 25, 125 sowie eine konische Kapillardichtung angeordnet. Die Pumpdichtungen 25, 125 umfassen Pumprillenstrukturen, die entweder auf der Welle 12 und/oder auf der Lagerbuchse 16 entlang des Dichtungsspaltes 24, 124 aufgebracht sind, wobei die Pumprillenstrukturen bei Rotation der Welle 12 eine Pumpwirkung auf das in den Dichtungsspalten 24, 124 befindliche Lagerfluid in Richtung des Lagerspalts 20, 120 erzeugen, also entgegengesetzt der von den äußeren Ästen der konischen Lager generierten Pumpwirkung. Im jedem Lagerkonus 14, 114 ist mindestens ein Rezirkulationskanal 26 angeordnet, durch welchen eine Zirkulation des Lagerfluids innerhalb Lagerspalts 20, 120 der konischen Lager möglich ist.
  • Der obere Dichtungsspalt 22 bildet die äußere Begrenzung des fluiddynamischen Lagersystems. Damit keine Verunreinigungen in den Dichtungsspalt 22 eindringen können und ein übermäßiges Entweichen von an der Oberfläche des Dichtungsspalts 22 verdunstendem Lagerfluid verhindert wird, ist das obere konische fluiddynamische Lager jenseits des Dichtungsspalts 22 durch eine Abdeckung 18 abgedeckt.
  • Die Abdeckung 18 ist beispielsweise als Stanz- oder Drehteil in Form eines profilierten Blechrings ausgebildet, der einen äußeren Rand aufweist, der auf den oberen Rand 16a der Lagerbuchse 16 aufgesteckt bzw. aufgepresst und evtl. dort zusätzlich festgeklebt ist. Die Abdeckung 18 erstreckt sich radial nach innen in Richtung der Welle 12 und bildet mit dem Außenumfang der Welle 12 einen engen Luftspalt, so dass eine übermäßige Evaporation von Lagerfluid aus dem Bereich des äußeren Dichtungsspalts 22 verhindert wird.
  • Das untere Ende des Lagers, das durch den unteren Dichtungsspalt 122 abgedichtet ist, liegt in der geschlossenen Aussparung der Basisplatte 10, wodurch verdampftes Lagerfluid nicht entweichen kann und keine Partikel von außen eindringen können.
  • Die Lagerbuchse 16 kann vorzugsweise aus Stahl, Keramik oder ähnlichem, insbesondere aus einem Material mit einem kleinen thermischen Ausdehnungskoeffizienten, bestehen, während eine an der Welle befestigte Nabe 34 beispielsweise aus Aluminium, also einem Material mit vergleichsweise großem thermischen Ausdehnungskoeffizienten gefertigt ist und zur Aufnahme von mehreren Speicherplatten dient, die in diesem Fall ebenfalls aus Aluminium bestehen. Alternativ kann die Nabe 34 aus Stahl gefertigt sein, insbesondere dann, wenn die Speicherplatten aus Glas gefertigt sind.
  • Der Spindelmotor wird angetrieben durch ein elektromagnetisches Antriebssystem, das aus einer an der Basisplatte 10 befestigten Statoranordnung 36 und einem gegenüberliegend der Statoranordnung 36 an der Nabe 34 befestigten Rotormagneten 38 besteht, der radial von einem ferromagnetischen Rückschluss 40 umgeben ist.
  • Bedingt durch die Bauart des Lagersystems und die offenen Enden der Lagerspalte 20, 120 bzw. Dichtungsspalte 22, 122, 24, 124 weist das Lagersystem mehrere mit Luft gefüllte Zwischenräume 28, 30, 32 auf, die sowohl untereinander als auch mit der Außenatmosphäre verbunden sind, um einen Druckausgleich zwischen den entsprechenden Bereichen des Lagers und der Umgebung zu schaffen.
  • Oberhalb der Abdeckung 18 des oberen Lagers ist ein mit Luft gefüllter Zwischenraum 32 zwischen der Abdeckung 18 bzw. Lagerbuchse 16 und der Nabe 34 angeordnet, der über den Statorraum 46, in dem sich der Stator befindet, und einen Spalt zwischen Basisplatte 10 und Nabe 34 mit der Außenumgebung verbunden ist.
  • Die Welle 12 weist eine Längsbohrung 12a auf, die als Sacklochbohrung ausgehend vom unteren Ende der Welle 12 über einen Großteil der Länge der Welle 12 nach oben verläuft. Über eine obere Querbohrung 12b in der Welle 12 ist die Längsbohrung 12a mit dem Zwischenraum 32 und damit mit der Außenatmosphäre verbunden.
  • Die beiden konischen fluiddynamischen Lager sind durch einen luftgefüllten Zwischenraum 30 voneinander getrennt. Der Zwischenraum 30 ist zwischen dem Außenumfang der Welle 12 und der Lagerbuchse 16 gebildet und über eine weitere Querbohrung 12b mit der Längsbohrung 12a und damit ebenfalls mit der Außenatmosphäre verbunden.
  • Die untere Öffnung der Längsbohrung 12a verbindet einen unteren Zwischenraum 28 zwischen den Oberseite der Basisplatte 10 und der unteren Stirnseite der Lagerbuchse 16, der Welle 12 und des unteren Lagerkonus 114 mit den anderen Zwischenräumen 30, 32 und der Außenatmosphäre.
  • Die erfindungsgemäße Bauart des Lagersystems mit drehender Welle 12 ermöglicht es, einen Spindelmotor zu realisieren, der hohe Lasten aufnehmen kann und bei dem das Risiko reduziert ist, dass es zu Druckdifferenzen innerhalb des Lagers kommt. Unterhalb der Nabe 34 ist ausreichend Bauraum für das elektromagnetische Antriebssystem, wobei die Statoranordnung 36 und der Rotormagnet 38 axial zwischen den beiden konischen fluiddynamischen Lagern angeordnet sind. Dadurch liegt die Wirkungslinie der Antriebskraft des Antriebsystems nahe am Schwerpunkt des rotierenden Motorbauteils.
  • Die Belüftung der Zwischenräume 28, 30, 32 im Lagersystem kann erfindungsgemäß auch auf eine andere Weise gelöst werden als es in 1 dargestellt ist.
  • Beispielsweise kann gemäß 2 die Welle 12 eine Längsbohrung 12a aufweisen, die von der unteren Stirnseite bis in die Höhe des mittleren Zwischenraums 30 zwischen den konischen Lagern reicht, wobei der mittlere Zwischenraum 30 über die Querbohrung 12b mit der Längsbohrung 12a verbunden ist.
  • Der untere Zwischenraum 28 und die Längsbohrung 12a sind über eine zusätzliche Bohrung 48 mit der Außenatmosphäre verbunden. Diese zusätzliche Bohrung 48 kann in der Basisplatte 10 vorgesehen sein. Der obere Zwischenraum 32 ist wie in 1 gezeigt über den Statorraum 46 und den Spalt zwischen Basisplatte 10 und Nabe 34 mit der Außenumgebung verbunden. Die Bohrung 48 kann nach der Montage des Lagers wieder verschlossen werden. Dies kann mit einem sogenannten Dotseal passieren. Hierfür wird beispielsweise eine Klebefolie auf der Unterseite der Basisplatte 10 angebracht, die dann die Öffnung verschließt.
  • Alternativ kann gemäß 3 eine zusätzliche Bohrung 50 in der Lagerbuchse 16 den mittleren Zwischenraum 30 mit dem Statorraum 46 und somit mit der Außenumgebung verbinden. Der untere Zwischenraum wird durch die Querbohrung 12b und die Längsbohrung 12a der Welle 12 mit dem mittleren Zwischenraum 30 und letztlich auch mit der Außenumgebung verbunden.
  • In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung gemäß 4 kann mindestens ein Kanal 52 entlang der Verbindung zwischen dem Außendurchmesser der Lagerbuchse 16 und der Wandung der Ausnehmung der Basisplatte 10 vorgesehen sein, der vom Statorraum 46 bis in den unteren Zwischenraum 28 reicht. Der Kanal 52 kann als Nut am Außenumgang der Lagerbuchse 16 und/oder am Innenumfang der Basisplatte 10 ausgebildet sein. Der mittlere Zwischenraum 30 ist über die Querbohrung 12b und die Längsbohrung 12a der Welle mit dem unteren Zwischenraum 28 und somit auch mit dem Statorraum 46 und der Außenumgebung verbunden.
  • Die in den 2 bis 4 gezeigten Methoden der Belüftung des Lagers haben den Vorteil, dass die Längsbohrung 12a in der Welle 12 im Vergleich zu 1 wesentlich kürzer ausgebildet sein kann. Das verringert den Fertigungsaufwand und spart Kosten. Ferner wird die Welle 12 nicht durch Bohrungen geschwächt.
  • Es können auch die Methoden der Belüftung gemäß den 2 bis 4 miteinander kombiniert werden, so dass im günstigsten Fall überhaupt keine Längsbohrung 12a und Querbohrungen 12b in der Welle 12 notwendig sind.
  • Bezugszeichenliste
  • 10
    Basisplatte
    10a
    Rand
    12
    Welle
    12a
    Längsbohrung
    12b
    Querbohrung
    14, 114
    Lagerkonus
    16
    Lagerbuchse
    16a
    Rand der Lagerbuche
    18
    Abdeckung
    20, 120
    Lagerspalt
    22, 122
    Dichtungsspalt
    24, 124
    Dichtungsspalt
    25, 125
    Pumpdichtung
    26, 126
    Rezirkulationskanal
    28
    Zwischenraum
    30
    Zwischenraum
    32
    Zwischenraum
    34
    Nabe
    36
    Statoranordnung
    38
    Rotormagnet
    40
    Rückschluss
    44
    Drehachse
    46
    Statorraum
    48
    Bohrung
    50
    Bohrung
    52
    Kanal
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • US 6911748 B2 [0004]

Claims (12)

  1. Fluiddynamisches Lagersystem mit mindestens einem feststehenden Lagerbauteil (16) mit konischen Lagerflächen und mindestens einem um eine Drehachse (44) drehbaren Lagerbauteil (12, 14, 114) mit konischen Lagerflächen, wobei die Lagerflächen der beiden Lagerbauteile (12, 14, 16 114) durch mindestens einen mit einem Lagerfluid gefüllten Lagerspalt (20, 120) voneinander getrennt sind, dadurch gekennzeichnet, dass das feststehende Lagerbauteil zumindest eine feststehende Lagerbuchse (16) und das drehbare Lagerbauteil eine Welle (12) und mindestens eine an der Welle befestigte oder mit der Welle einteilig ausgebildete Lagerkomponente (14, 114) aufweist.
  2. Fluiddynamisches Lagersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerbuchse (16) in einer Aussparung in einer Basisplatte (10) gehalten ist.
  3. Fluiddynamisches Lagersystem nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (12) eine Längsbohrung (12a) und mindestens eine davon abzweigende Querbohrung (12b) aufweist, über welche mindestens ein, mit Luft gefüllter Zwischenraum (28, 30) des Lagers mit der Außenatmosphäre verbunden ist.
  4. Fluiddynamisches Lagersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (12) eine Längsbohrung (12a) und zwei davon abzweigende Querbohrungen (12b) aufweist, wobei die Längsbohrung (12a) in einen unteren Zwischenraum (28) mündet, der teilweise von der Basisplatte (10) begrenzt ist, und wobei die eine Querbohrung (12b) in einen mittleren Zwischenraum (30) mündet, der von der Welle (12) und der Lagerbuchse (16) begrenzt ist, und wobei die andere Querbohrung (12b) in einen oberen Zwischenraum (32) mündet, der teilweise von einer an der Welle (12) befestigten Nabe (34) begrenzt ist und mit der Außenatmosphäre verbunden ist.
  5. Fluiddynamisches Lagersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (12) eine Längsbohrung (12a) und eine davon abzweigende Querbohrung (12b) aufweist, wobei die Längsbohrung (12a) in einen unteren Zwischenraum (28) mündet, der teilweise von der Basisplatte (10) begrenzt ist und die Querbohrung (12b) in einen mittleren Zwischenraum (30) mündet, der von der Welle (12) und der Lagerbuchse (16) begrenzt ist.
  6. Fluiddynamisches Lagersystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Basisplatte (10) eine in den unteren Zwischenraum (28) mündende Bohrung (48) aufweist, über welche der untere Zwischenraum (28) mit der Außenatmosphäre verbunden ist.
  7. Fluiddynamisches Lagersystem nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerbuchse (16) eine in den mittleren Zwischenraum (30) mündende Bohrung (50) aufweist, über welche der mittlere Zwischenraum (30) mit der Außenatmosphäre verbunden ist.
  8. Fluiddynamisches Lagersystem nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Basisplatte (10) und der Lagerbuchse (16) ein in den unteren Zwischenraum (28) mündender Kanal (52) angeordnet ist, der entweder in der Basisplatte (10) und/oder der Lagerbuchse (16) ausgebildet ist, und, über welchen der untere Zwischenraum (28) mit der Außenatmosphäre verbunden ist.
  9. Fluiddynamisches Lagersystem nach ein dem Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsbohrung (12a) der Welle (12) eine Sacklochbohrung ist.
  10. Spindelmotor mit einem fluiddynamischen Lager gemäß den Merkmalen der Ansprüche 1 bis 9.
  11. Festplattenlaufwerk, angetrieben von einem Spindelmotor gemäß Anspruch 10.
  12. Lüfter, angetrieben von einem Spindelmotor gemäß Anspruch 10.
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DE102020102075A1 (de) 2020-01-29 2021-07-29 Minebea Mitsumi Inc. Spindelmotor mit einem fluiddynamischen Lagersystem

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