DE102016010734A1 - Fluiddynamisches Lagersystem - Google Patents

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Alexander Fehn
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein fluiddynamisches Lagersystem mit mindestens einem konischen Lager (26, 28), wobei das konische Lager (26, 28) einen an einer Welle (12) angeordneten Lagerkonus (14, 16) sowie ein in einem Rotorbauteil (18) angeordnetes konisches Gegenlager umfasst, die durch einen mit einem Lagerfluid gefüllten Lagerspalt (22) voneinander getrennt sind, wobei der Lagerkonus (14, 16) eine axiale Durchgangsbohrung mit einer axialen Länge a aufweist und mittels einer Pressverbindung an der Welle (12) befestigt ist, wobei die Durchgangsbohrung des Lagerkonus (14, 16) eine Einführzone für die Welle (12) aufweist, deren axiale Länge (b) mindestens 20% der axialen Länge (a) der Durchgangsbohrung beträgt, wobei der minimale Durchmesser (D) der Durchgangsbohrung in der Einführzone größer oder gleich dem Durchmesser (d) der Welle (12) ist.

Description

  • Gebiet der Erfindung
  • Die Erfindung betrifft ein fluiddynamisches Lagersystem, insbesondere ein fluiddynamisches Lagersystem mit konischen Lagern, welches beispielsweise zur Drehlagerung eines Spindelmotors verwendet werden kann. Spindelmotoren mit derartigen fluiddynamischen konischen Lagern werden beispielsweise zum Antrieb von Festplattenlaufwerken oder Lüftern verwendet.
  • Stand der Technik
  • Die DE 10 2015 006 477 A1 offenbart ein fluiddynamisches Lagersystem mit zwei gegeneinander wirkenden konischen Lagern. Jedes konische Lager weist einen an einer 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. Jeder Lagerkonus umfasst eine axiale Durchgangsbohrung und ist mittels einer Pressverbindung an der Welle befestigt. Die Lagerspalte der beiden konischen Lager können voneinander getrennt ausgebildet sein, d. h. keinen gemeinsamen Fluidkreislauf besitzen, sie können aber auch flüssigkeitsleitend miteinander verbunden sein und einen gemeinsamen Fluidkreislauf aufweisen.
  • Bei fluiddynamischen konischen Lagern ist es bekannt und üblich, dass die beiden Lagerkonusse durch eine Pressverbindung mit der Welle verbunden werden. Dabei muss eine relativ starke Presspassung vorgesehen werden, damit die erforderlichen Auspresskräfte zwischen Welle und Lagerkonussen erreicht werden. Hierbei ist es wichtig, dass die Mittelachse jedes Lagerkonus möglichst genau konzentrisch und parallel zur Mittelachse der Welle ausgerichtet und auf eine genaue axiale Position auf die Welle aufgepresst wird. Schon eine geringe „Verkantung” des Lagerkonus” beim Aufpressen kann zu einer unzulässigen Verformung der Lagerflächen oder einem Festfressen des Lagerkonus' führen, wodurch das Lager unbrauchbar wird.
  • Ferner kann es beim schrägen Aufpressen des Lagerkonus' auf die Welle zu ungewünschten Reibungseffekten zwischen den gefügten Teilen kommen, so dass übermäßig viele Metallpartikel entstehen, die das Lager beschädigen können, falls sie in den Lagerspalt gelangen. Außerdem erzeugen Partikel im Lagerspalt eine unerwünschte Lagerreibung.
  • Bisher wird versucht, durch entsprechend aufwändig konstruierte Pressvorrichtungen und geeignete Verfahrensabläufe, eine möglichst präzise Montage der Lagerkonusse auf der Welle zu gewährleisten.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein fluiddynamisches Lagersystem, insbesondere ein fluiddynamisches Lagersystem mit konischen Lagern, anzugeben, welches einfacher und genauer montiert werden kann.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein fluiddynamisches Lagersystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
  • Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung und vorteilhafte Merkmale sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
  • Das fluiddynamische Lagersystem umfasst mindestens ein konisches Lager, das einen an einer Welle angeordneten Lagerkonus sowie ein in einem Rotorbauteil angeordnetes konisches Gegenlager umfasst, die durch einen mit einem Lagerfluid gefüllten Lagerspalt voneinander getrennt sind. Der Lagerkonus weist eine axiale Durchgangsbohrung mit einer axialen Länge a auf und ist mittels einer Pressverbindung an der Welle befestigt.
  • Erfindungsgemäß weist die Durchgangsbohrung des Lagerkonus' eine Einführzone für die Welle auf, deren axiale Länge b mindestens 20% der axialen Länge a der Durchgangsbohrung beträgt, wobei der minimale Durchmesser der Durchgangsbohrung in der Einführzone größer oder gleich dem Durchmesser der Welle ist.
  • Die im Vergleich zur axialen Länge a der Durchgangsbohrung relativ lange Einführzone, deren axiale Länge b zwischen 20% und 45% der axialen Länge a der Durchgangsbohrung beträgt, erleichtert das präzise und verkantungssichere Aufpressen der Lagerkonusse auf die Welle.
  • Durch die relativ lange Einführzone wird erreicht, dass der Lagerkonus bzw. dessen Mittelachse möglichst genau konzentrisch und parallel zur Rotationsachse der Welle ausgerichtet wird und kein übermäßiger Abrieb oder Verschleiß bzw. keine übermäßige Verformung des Lagerkonus beim Aufpressen erfolgt.
  • Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung umfasst das fluiddynamische Lagersystem ein erstes konisches Lager und ein dem ersten konischen Lager entgegenwirkendes zweites konisches Lager, wobei die beiden konischen Lager in einem axialen Abstand entlang der Welle angeordnet sind. Jedes konische Lager umfasst jeweils einen an der Welle angeordneten Lagerkonus sowie ein in einem Rotorbauteil angeordnetes konisches Gegenlager, die durch mindestens einen mit einem Lagerfluid gefüllten Lagerspalt voneinander getrennt sind. Jeder Lagerkonus hat eine axiale Durchgangsbohrung mit einer axialen Länge a und ist mittels einer Pressverbindung an der Welle befestigt. Die Durchgangsbohrung des Lagerkonus' weist eine Einführzone für die Welle auf, deren axiale Länge b mindestens 20% der axialen Länge a der Durchgangsbohrung beträgt, wobei der minimale Durchmesser D der Durchgangsbohrung in der Einführzone größer oder gleich dem Durchmesser d der Welle ist.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Einführzone zumindest eine Einführfase, deren Länge 20% bis 45% der axialen Länge a der Durchgangsbohrung beträgt.
  • In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung kann die Einführzone sowohl eine Einführfase mit einer Länge b1 als auch einen sich an die Einführfase anschließenden zylindrischen Einführabschnitt mit einer Länge b2 umfassen.
  • Der minimale Innendurchmesser D der Durchgangsbohrung im Bereich der Einführfase und des zylindrischen Einführabschnitts ist größer oder gleich dem Außendurchmesser d der Welle, so dass sich der Lagerkonus entlang der Einführzone relativ leicht auf die Welle aufschieben lässt und eine Verkantung des Lagerkonus' vermieden wird.
  • Vorzugsweise beträgt die axiale Länge b2 des zylindrischen Einführabschnitts der Durchgangsbohrung 15% bis 45% der axialen Länge der Durchgangsbohrung und die axiale Länge b1 der Einführfase beträgt b1 = b – b2.
  • Um sowohl eine lange Einführzone als auch eine ausreichend große Auspresskraft bzw. Pressverbindungslänge zu erhalten, ist es in einer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die axiale Länge a der Durchgangsbohrung des Lagerkonus' mindestens dem 1,25-Fachen des Wellendurchmessers entspricht. Dies gilt insbesondere für Wellendurchmesser größer gleich beispielsweise 3,9 mm.
  • Für Wellen mit einem Durchmesser kleiner als 3,9 mm ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die axiale Länge a der Durchgangsbohrung des Lagerkonus' mindestens das 1,35-Fache des Wellendurchmessers beträgt.
  • Die Härte des Materials der Lagerkonusse oder deren Hartbeschichtung beträgt vorzugsweise etwa 60% der Härte der Welle, so dass das Risiko eines Verklemmens oder Fressens beim Aufpressen der Lagerkonusse auf die Welle minimiert wird.
  • Die Lagerkonusse sind beispielsweise aus weichem Stahl gefertigt, beispielsweise SUS 303 mit ggf. einer Hartbeschichtung, und die Welle aus einem härteren Stahl, beispielsweise aus gehärtetem SUS 440 oder SUS 420J2. Die Hartbeschichtung auf den Lagerkonussen kann eine DLC- oder eine Nickelbeschichtung sein und ist zumindest auf den Lagerflächen vorgesehen, damit diese einen geringeren Verschleiß aufweisen. Die Hartbeschichtung bedeckt vorzugsweise ebenfalls die Durchgangsbohrung der Lagerkonusse, sie kann aber oder die Gesamtfläche der Lagerkonusse bedecken. Die Lagerkonusse können auch aus einer Messing- oder Bronzelegierung gefertigt sein.
  • Die Erfindung betrifft neben dem beschriebenen fluiddynamischen Lagersystem ebenfalls einen Spindelmotor mit einem Stator, einem Rotor, einem elektromagnetischen Antriebssystem und einem erfindungsgemäßen fluiddynamischen Lagersystem zur Drehlagerung des Rotors gegenüber dem Stator.
  • Ein Festplattenlaufwerk mit einem solchen Spindelmotor, welches mindestens eine durch den Spindelmotor angetriebene Speicherplatte und Mittel zum Schreiben und/oder Lesen von Daten auf die und von der Speicherplatte aufweist, sowie ein Lüfter oder ein Laserscanner mit einem solchen Spindelmotor werden ebenfalls beansprucht.
  • Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungsfiguren näher erläutert. Dabei ergeben sich weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 zeigt einen Schnitt durch einen Spindelmotor mit einer ersten Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen fluiddynamischen Lagersystems.
  • 2 zeigt einen Schnitt durch die Welle von 1 mit einem aufgepressten Lagerkonus.
  • 2X zeigt das Detail X von 2.
  • 2Z zeigt das Detail Z von 2.
  • 3 zeigt einen Schnitt durch eine Welle mit einem aufgepressten Lagerkonus in einer anderen Ausgestaltung der Erfindung.
  • 3X zeigt das Detail X von 3.
  • 4 zeigt einen Schnitt durch eine Welle mit einem aufgepressten Lagerkonus in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung.
  • 4X zeigt das Detail X von 4.
  • Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung
  • 1 zeigt einen Schnitt durch einen Spindelmotor mit einem erfindungsgemäßen fluiddynamischen Lagersystem. Der Spindelmotor umfasst eine feststehende Basisplatte 10 mit einer Bohrung, in welcher eine Welle 12 befestigt ist. Das Lagersystem ist als konisches Lagersystem mit zwei gegeneinander wirkenden konischen Lagerbereichen ausgebildet. An der Welle 12 sind in einem gegenseitigen axialen Abstand zwei Lagerkonusse 14, 16 angeordnet. Die Lagerkonusse 14, 16 sind mittels einer Pressverbindung mit der Welle 12 verbunden. Das obere freie Ende der Welle 12 weist eine Gewindebohrung 12a auf und kann mit einem feststehenden Bauteil (nicht dargestellt) verschraubt werden, welches beispielsweise ein Gehäusebauteil sein kann. Die Basisplatte 10, die Welle 12 und die beiden Lagerkonusse 14, 16 bilden die feststehende Komponente des Lagersystems.
  • Jeder Lagerkonus 14, 16 besitzt eine konische, kegelstumpfförmige und konzentrisch zur Drehachse 50 ausgebildete Lagerfläche. Eine Lagerbuchse 18 ist um die Drehachse 50 drehbar auf der Welle 12 angeordnet.
  • Die Lagerbuchse 18 besitzt eine zylindrische Lagerbohrung, welche sich an den Enden konisch aufweitet und konische schräg zur Drehachse 50 angeordnete Lagerflächen bildet, die den Lagerflächen der Lagerkonusse 14, 16 jeweils gegenüberliegen. Bei der Montage des Lagers wird beispielsweise der untere Lagerkonus 16 auf der Welle 12 aufgepresst, dann wird die Lagerbuchse 18 auf die Welle 12 gesteckt und schließlich der obere Lagerkonus 14 in einem festgelegten axialen Abstand auf die Welle 12 montiert. Die Montage erfolgt so, dass die einander gegenüberliegenden konischen Lagerflächen der Lagerkonusse 14, 16 und der Lagerbuchse 18 jeweils durch einen konischen Lagerspalt 22a, 22b mit definierter Breite voneinander getrennt sind. Die konischen Lagerspalte 22a, 22b haben beispielsweise eine Breite von wenigen Mikrometern und sind mit einem Lagerfluid, beispielsweise einem Lageröl, gefüllt. Die Lagerbuchse 18 bildet zusammen mit einer an der Lagerbuchse 18 befestigten Nabe 20 das Rotorbauteil des Spindelmotors. Die Lagerbuchse 18 und die Nabe 20 können auch als ein gemeinsames einteiliges Rotorbauteil gefertigt sein.
  • Die konischen Lagerflächen der Lagerkonusse 14, 16 und/oder die konischen Lagerflächen der Lagerbuchse 18 besitzen Lagerrillenstrukturen 26, 28, die bei Rotation der Lagerbuchse 18 relativ zu den Lagerkonussen 14, 16 eine Pumpwirkung auf das im jeweiligen konischen Lagerspalt 22a, 22b befindliche Lagerfluid ausüben. Dadurch entsteht in den konischen Abschnitten 22a, 22b des Lagerspalts ein fluiddynamischer Druck, der die beiden konischen Lager tragfähig macht. Die konischen Lagerflächen der Lagerkonusse 14, 16 und/oder der Lagerbuchse 18 weisen beispielsweise fischgrätenartige Lagerrillenstrukturen 26, 28 auf, die eine größere Anzahl von über den Umfang der Lagerkonusse 14, 16 verteilten äußeren „Ästen” aufweisen, die den jeweiligen Dichtungsspalten 30, 32 benachbart angeordnet sind, sowie eine kleinere Anzahl von über den Umfang der Lagerkonusse 14, 16 verteilten inneren Ästen, welche dem Separatorspalt 24 benachbart angeordnet sind. Aufgrund der größeren Anzahl der äußeren Äste der Lagerrillenstrukturen 26, 28, die außerdem auf einem größeren Umfang der Lagerkonusse 14, 16 verteilt sind, erzeugen diese eine größere Pumpwirkung auf das in den Lagerspalten 22a, 22b befindliche Lagerfluid als die inneren Äste. Dadurch ergibt sich insgesamt eine in das Lagerinnere gerichtete Pumpwirkung der Lagerrillenstrukturen 26, 28. Aufgrund der konischen Ausgestaltung der Lagerkonusse 14, 16 wirken die konischen Lager zugleich als Radial- und als Axiallager.
  • Die Lagerspalte 22a, 22b der beiden konischen Lager sind Teil eines gemeinsamen Lagerspalts 22 des Lagers und über einen verbreiteten Abschnitt des Lagerspalts 22, den sogenannten Separatorspalt 24, miteinander verbunden. Zwischen den Stirnseiten der Lagerbuchse 18 und einer jeweiligen Stufe der Lagerkonusse bildet der Lagerspalt 22 zwei kurze, radial verlaufende Abschnitte 22c, 22d, die mit axial verlaufenden, kapillaren Dichtungsspalten 30, 32 verbunden und abgedichtet sind. Die Dichtungsspalte 30, 32 sind anteilig mit Lagerfluid gefüllt. Die Dichtungsspalte 30, 32 werden begrenzt durch eine äußere Umfangsfläche der Lagerkonusse 14, 16 und eine gegenüberliegende innere Umfangsfläche der Nabe 20.
  • Zwischen dem Separatorspalt 24 und den Lagerrillenstrukturen 28 des zweiten konischen Lagers ist eine erste dynamische Pumpdichtung 33 angeordnet. Die erste dynamische Pumpdichtung 33 weist schräg zur Drehrichtung des Lagers angeordnete Pumprillenstrukturen auf, die auf der äußeren Umfangsfläche der Welle 12 oder vorzugsweise auf der inneren Umfangsfläche der Lagerbuchse 18 angeordnet sind. Bei Drehung des Lagersystems pumpt die erste dynamische Pumpdichtung 33 das Lagerfluid vom Separatorspalt 24 in Richtung des konischen Lagerspalts 22b des unteren konischen Lagers.
  • Die Dichtungsspalte 30, 32 verlaufen im Wesentlichen in axialer Richtung parallel zur Drehachse 50 und münden jeweils in Richtung der beiden Enden der Welle 12 in Freiräume 36, 38. Die beiden Freiräume 36, 38 dienen als Ausgleichsvolumen und Einfüllreservoir für das Lagerfluid.
  • Entlang des unteren Dichtungsspalts 32 ist vorzugsweise eine zweite dynamische Pumpdichtung 34 angeordnet, die beispielsweise schräg zur Drehrichtung des Lagers angeordnete Pumprillenstrukturen aufweist, die auf der äußeren Umfangsfläche des Lagerkonus 16 und/oder der inneren Umfangsfläche der Nabe 20 angeordnet sind. Die Pumprillenstrukturen der zweiten dynamischen Pumpdichtung 34 sind so angeordnet, dass sie das im zweiten Dichtungsspalt 32 befindliche Lagerfluid in Richtung des Lagerinneren, d. h. in Richtung des konischen Lagerspalts 22b, pumpen.
  • Das Rotorbauteil 18, 20 wird durch ein elektromagnetisches Antriebssystem drehend gegenüber den feststehenden Motorbauteilen angetrieben. Das Antriebssystem besteht aus einer ringförmigen Statoranordnung 44 mit mehreren Phasenwicklungen, die an der Basisplatte 10 befestigt ist. Die Statoranordnung 44 ist innerhalb einer Aussparung der Nabe 20 befestigt und liegt einem ringförmigen Rotormagneten 46 direkt gegenüber. Der Rotormagnet 46 ist am Innenumfang eines magnetischen Rückschlussrings 48 angeordnet. Dieser ist an einem inneren Rand der Nabe 20 angeordnet und durch einen Luftspalt von der Statoranordnung 44 getrennt. Durch entsprechende Bestromung der Phasenwicklungen der Statoranordnung 44 wird ein elektromagnetisches Drehfeld erzeugt, welches auf den Rotormagneten 46 wirkt und das Rotorbauteil 18, 20 in Drehung versetzt.
  • 2 zeigt einen Schnitt durch die Welle 12 und den unteren, mittels einer Pressverbindung auf der Welle 12 befestigten Lagerkonus 16. Der Lagerkonus 16 weist eine axiale Durchgangsbohrung auf, die eine Länge (a) hat.
  • Erfindungsgemäß weist die Durchgangsbohrung des Lagerkonus 16 eine Einführzone zum Einführen der Welle 12 auf, deren axiale Länge (b) mindestens 20% der axialen Länge (a) der Durchgangsbohrung des Lagerkonus' 16 beträgt.
  • Bei dem in 2 dargestellten Beispiel beträgt die axiale Länge b der Einführzone etwa 35% der axialen Länge (a) der Durchgangsbohrung.
  • 2X zeigt das Detail X von 2 und eine vergrößerte Darstellung der Welle 12 und des Lagerkonus 16 im Bereich der Einführzone.
  • Die axiale Länge (b) der Einführzone kann sich erfindungsgemäß unterteilen in eine Einführfase mit einer axialen Länge (b1) und einen zylindrischen Einführabschnitt mit einer axialen Länge (b2). Der Außendurchmesser (d) der Welle 12 beträgt beispielsweise 3 bis 4 mm.
  • Der Anfangsdurchmesser der Einführfase des Lagerkonus' 16 ist deutlich größer als der Außendurchmesser der Welle 12. Der Durchmesser der Durchgangsbohrung des Lagerkonus 16 im Bereich des zylindrischen Einführabschnitts ist größer oder gleich dem Außendurchmesser der Welle 12, so dass sich hier eine Übergangspassung zwischen der Welle 12 und dem Lagerkonus 16 ergibt, wodurch das Einführen der Welle durch die Kombination von Einführfase und zylindrischem Einführabschnitt erleichtert und verbessert wird. Beispielsweise ist der Durchmesser des zylindrischen Einführabschnitts der Durchgangsbohrung 2 bis 50 Mikrometer größer als der Außendurchmesser der Welle 12.
  • In 2Z, die das Detail Z in 1 zeigt, ist dargestellt, dass sich an den zylindrischen Einführabschnitt ein weiterer Abschnitt der Durchgangsbohrung mit einer axialen Länge (c) anschließt. Dieser Abschnitt mit der Länge (c) ist als Presspassung zwischen dem Lagerkonus 16 und der Welle 12 ausgebildet.
  • Im Bereich der Presspassung ist der Durchmesser der Durchgangsbohrung des Lagerkonus' 16 deutlich geringer als der Außendurchmesser d der Welle, beispielsweise zwischen 10 bis 30 Mikrometer kleiner als der Außendurchmesser der Welle 12.
  • 3 zeigt eine Welle 112 und einen auf die Welle 112 aufgepressten Lagerkonus 116 gemäß einer abgewandelten Ausgestaltung der Erfindung. Der Lagerkonus 116 weist eine andere Formgebung als der Lagerkonus 16 von 2 auf. Im Unterschied zum Lagerkonus 16 weist der Lagerkonus 116 am Innenumfang seiner Durchgangsbohrung eine umlaufende Nut 116a auf. Die Nut 116a ist etwa auf halber axialer Länge der Durchgangsbohrung des Lagerkonus' 116 angeordnet.
  • Die Einführzone zum Einführen der Welle 112 in die Durchgangsbohrung erstreckt sich von einem Ende der Durchgangsbohrung bis zur Nut 116a über eine Länge (b), während sich die Pressverbindung von der Nut 116a bis zum anderen Ende der Durchgangsbohrung über eine Länge (c) erstreckt.
  • 3X zeigt das Detail X aus 3, wobei man erkennt, dass die Einführzone aus einer Einführfase besteht, die sich über eine Länge (b) vom Anfang der Durchgangsbohrung bis zum Anfang der Nut 116a erstreckt.
  • Im Beispiel von 3X beträgt die Länge (b) der Einführfase etwa 35% der axialen Länge (a) der Durchgangsbohrung.
  • Die Länge (c) der Pressverbindung beträgt etwa 50% der axialen Länge (a) der Durchgangsbohrung.
  • Die 4 und 4X zeigen weitere Ausgestaltungen der Erfindung, ähnlich den Ausgestaltungen in der 3 und 3X, wobei in der 4 und 4X die axiale Länge der Einführzone (b) sich unterteilt in eine axiale Länge (b1) einer Einführfase und eine axiale Länge (b2) eines zylindrischen Einführabschnitts.
  • Die beiden Längen (b1) und (b2) der beiden Abschnitte sind etwa gleich groß bzw. lang und haben eine Gesamtlänge (b) von etwa 35% der axialen Länge (a) der Durchgangsbohrung.
  • Bei den in der 3 und 4 dargestellten Ausführungsbeispielen weist die Welle 112 neben der Gewindebohrung 112a eine axiale Sackbohrung 112b und von der Sackbohrung 112b abzweigende Querbohrungen 112c auf.
  • Bei einem Lagersystem mit zwei separaten konischen Lagern und jeweils einem separaten Lagerspalt für jedes konische Lager weisen die Lagerspalte zwei offene Enden auf. Die im Lagerinneren mündenden Öffnungen des Lagerspalts bzw. die erforderlichen Dichtungsspalte müssen belüftet werden, so dass an der Grenze zwischen dem im Lagerspalt befindlichen Lagerfluid und der umgebenden Luft Umgebungsdruck herrscht. Eine Belüftung des Lagerinneren erfolgt vorzugsweise durch die in der Welle 112 angeordnete Sackbohrung 112b. Die Sackbohrung 112b weist Querbohrungen 112c auf, die mit Freiräumen im Lagerinneren verbunden sind. In diese Freiräume münden die Lagerspalte bzw. Dichtungsspalte. Somit herrscht in den Freiräumen wie auch an den Enden der Lagerspalte bzw. Dichtungsspalte Umgebungsdruck.
  • Bezugszeichenliste
  • 10
    Basisplatte
    12, 112
    Welle
    12a, 112a
    Gewindebohrung
    112b
    Sackbohrung
    112c
    Querbohrung
    14
    Lagerkonus
    16, 116
    Lagerkonus
    116a
    Nut
    18
    Lagerbuchse
    20
    Nabe
    22
    Lagerspalt
    22a, b
    konische Abschnitte des Lagerspalts
    22c, d
    radiale Abschnitte des Lagerspalts
    24
    Separatorspalt
    26
    Lagerrillen
    28
    Lagerrillen
    30
    erster Dichtungsspalt
    32
    zweiter Dichtungsspalt
    33
    dynamische Pumpdichtung
    34
    dynamische Pumpdichtung
    36
    Freiraum
    38
    Freiraum
    40
    Abdeckung
    42
    Abdeckung
    44
    Statoranordnung
    46
    Rotormagnet
    48
    Magnetischer Rückschlussring
    50
    Drehachse
    52
    Luftspalt
    a
    axiale Länge der Durchgangsbohrung
    b
    axiale Länge der Einführzone
    b1
    axiale Länge der Einführfase
    b2
    axiale Länge des zylindrischen Einführabschnitts
    c
    Länge der Pressverbindung
    d
    Durchmesser der Welle
    D
    minimaler Durchmesser der Durchgangsbohrung in der Einführzone
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102015006477 A1 [0002]

Claims (14)

  1. Fluiddynamisches Lagersystem mit mindestens einem konischen Lager (26, 28), wobei das konische Lager (26, 28) einen an einer Welle (12, 112) angeordneten Lagerkonus (14, 16, 116) sowie ein in einem Rotorbauteil (18) angeordnetes konisches Gegenlager umfasst, die durch einen mit einem Lagerfluid gefüllten Lagerspalt (22) voneinander getrennt sind, wobei der Lagerkonus (14, 16, 116) eine axiale Durchgangsbohrung mit einer axialen Länge (a) aufweist und mittels einer Pressverbindung an der Welle (12, 112) befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchgangsbohrung des Lagerkonus' (14, 16, 116) eine Einführzone zum Einführen der Welle (12, 112) aufweist, deren axiale Länge (b) mindestens 20% der axialen Länge (a) der Durchgangsbohrung beträgt, wobei der minimale Durchmesser (D) der Durchgangsbohrung in der Einführzone größer oder gleich dem Durchmesser (d) der Welle (12, 112) ist.
  2. Fluiddynamisches Lager gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Länge (b) der Einführzone höchstens 45% der axialen Länge (a) der Durchgangsbohrung des Lagerkonus (14, 16, 116) beträgt.
  3. Fluiddynamisches Lager gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Einführzone eine Einführfase mit einer axialen Länge (b1) umfasst.
  4. Fluiddynamisches Lager gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Länge (b1) der Einführfase 20% bis 45% der axialen Länge (a) der Durchgangsbohrung des Lagerkonus' (14, 16, 116) beträgt.
  5. Fluiddynamisches Lager gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Einführzone der Durchgangsbohrung des Lagerkonus' (14, 16, 116) eine Einführfase mit einer Länge (b1) und einen zylindrischen Einführabschnitt mit einer Länge (b2) umfasst, deren minimaler Innendurchmesser (D) größer oder gleich dem Außendurchmesser (d) der Welle (12, 112) ist.
  6. Fluiddynamisches Lager gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Länge (b2) des zylindrischen Einführabschnitts der Durchgangsbohrung 15% bis 45% der axialen Länge der Durchgangsbohrung beträgt, und die axiale Länge (b1) der Einführfase (b1) = (b) – (b2) beträgt.
  7. Fluiddynamisches Lager gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Länge (a) der Durchgangsbohrung des Lagerkonus' (14, 16, 116) mindestens dem 1,25-fachen des Durchmessers (d) der Welle (12, 112) beträgt.
  8. Fluiddynamisches Lager gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Länge (a) der Durchgangsbohrung des Lagerkonus' (14, 16, 116) mindestens dem 1,35-fachen des Durchmessers (d) der Welle (12, 112) beträgt.
  9. Fluiddynamisches Lager gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Härte nach Rockwell (HRC) des Materials der Lagerkonusse (14, 16, 116) oder einer Oberflächenbeschichtung an den inneren Flächen der Durchgangsbohrung der Lagerkonusse (14, 16, 116) mindestens 60% der Härte nach Rockwell (HRC) der Welle (12, 112) beträgt.
  10. Fluiddynamisches Lagersystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass es ein erstes konisches Lager (26) und ein dem ersten konischen Lager entgegenwirkendes zweites konisches Lager (28) aufweist, wobei die beiden konischen Lager (26, 28) in einem axialen Abstand entlang der Welle (12) angeordnet sind, wobei jedes konische Lager (26, 28) jeweils einen an der Welle angeordneten Lagerkonus (14, 16, 116) sowie ein in einem Rotorbauteil (18) angeordnetes konisches Gegenlager umfasst, die durch mindestens einen mit einem Lagerfluid gefüllten Lagerspalt (22) voneinander getrennt sind, wobei jeder Lagerkonus (14, 16, 116) eine axiale Durchgangsbohrung mit einer axialen Länge (a) aufweist und mittels einer Pressverbindung an der Welle (12) befestigt ist, wobei die Durchgangsbohrung des Lagerkonus' (14, 16, 116) eine Einführzone für die Welle (12) aufweist, deren axiale Länge (b) mindestens 20% der axialen Länge (a) der Durchgangsbohrung beträgt, wobei der minimale Durchmesser (D) der Durchgangsbohrung in der Einführzone größer oder gleich dem Durchmesser (d) der Welle (12) ist.
  11. Spindelmotor mit einem Stator, einem Rotor, einem elektromagnetischen Antriebssystem und einem fluiddynamischen Lagersystem gemäß den Merkmalen der Ansprüche 1 bis 10 zur Drehlagerung des Rotors relativ zum Stator.
  12. Festplattenlaufwerk mit einem Spindelmotor gemäß Anspruch 11, mindestens einer durch den Spindelmotor angetriebenen Speicherplatte und Mittel zum Schreiben und/oder Lesen von Daten auf die und von der Speicherplatte.
  13. Lüfter mit einem Spindelmotor gemäß Anspruch 11.
  14. Laserscanner mit einem Spindelmotor gemäß Anspruch 11.
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