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Die Erfindung betrifft ein fluiddynamisches Lagersystem mit mindestens einem konischen fluiddynamischen Lager nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Ein konisches fluiddynamisches Lagersystem ist beispielsweise in der
DE 10 2011 016 888 A1 offenbart. Das dort beschriebene konische fluiddynamische Lagersystem umfasst ein erstes konisches fluiddynamisches Lager und ein dem ersten fluiddynamischen konischen Lager entgegenwirkendes zweites konisches fluiddynamisches Lager, wobei die beiden konischen fluiddynamischen Lager entlang einer feststehenden Welle angeordnet sind.
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Jedes der beiden konischen fluiddynamischen Lager besteht aus einem an der Welle angeordneten Lagerkonus mit konischen Lagerflächen sowie einem in einem Rotorbauteil angeordneten konischen Gegenlager. Die Lagerflächen der konischen Lager sind durch einen mit einem Lagerfluid gefüllten Lagerspalt voneinander getrennt. Der Lagerspalt umfasst jeweils ein äußeres Ende und ein inneres Ende, die durch einen äußeren Dichtungsspalt und einen inneren Dichtungsspalt abgedichtet sind. Die beiden konischen fluiddynamischen Lager sind nicht miteinander verbunden, d. h. sie haben keinen gemeinsamen Fluidkreislauf, sondern sind durch einen luftgefüllten Freiraum voneinander getrennt.
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Jedes konische fluiddynamische Lager umfasst zwei Rezirkulationskanäle, die sich abschnittsweise innerhalb des Lagerkonus und abschnittsweise zwischen der Welle und dem Lagerkonus erstrecken, mit Lagerfluid gefüllt sind und Übergangsbereiche zwischen dem Lagerspalt und den kapillaren Dichtungsspalten miteinander verbinden. Die Rezirkulationskanäle liegen sich entlang des Umfangs des Lagerkonus vorzugsweise gegenüber.
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Beim Befüllen des Lagersystems mit Lagerfluid kann es vorkommen, dass das Lagerfluid nicht bis in alle Abschnitte der Rezirkulationskanäle vordringt, sodass z.B. im Bereich der Rezirkulationskanäle Luftbläschen verbleiben können. Dies stellt allerdings in der Regel kein Problem dar, denn diese Luftbläschen werden bei der ersten Inbetriebnahme des Lagersystems durch die Zirkulation des Lagerfluids aus dem Lager ausgetragen. Manchmal bleiben aber zumeist in einem Rezirkulationskanal Lufteinschlüsse zurück, da sich das Lagerfluid den Weg des geringsten Widerstands sucht und lediglich durch den anderen Rezirkulationskanal zirkuliert. Die verbleibenden Lufteinschlüsse können in bestimmten Fällen zu Problem führen, wie es unten näher beschrieben ist.
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Die beschriebenen konischen fluiddynamischen Lagersysteme werden insbesondere zur Drehlagerung von Spindelmotoren verwendet, welche zum Antrieb von Festplattenlaufwerken vorgesehen sind. Festplattenlaufwerke der neuesten Bauart werden mit einem Gas geringer Dichte befüllt, vorzugsweise mit Helium. Dadurch können der Strömungswiderstand und die Strömungsreibung an den Speicherplatten reduziert werden, und es können dünnere Speicherplatten verwendet werden. Beim Befüllen des Festplattenlaufwerks mit Helium wird die Luft im Festplattengehäuse abgesaugt (Vakuum) und danach das Helium eingefüllt. Durch das kurzzeitig anliegende Vakuum an den Dichtungsspalten des fluiddynamischen Lagersystems dehnen sich die möglicherweise verbliebenen Lufteinschlüsse im Lager stark aus, und es besteht die Gefahr, dass Lagerfluid aus den Dichtungsspalten des Lagersystems austreten kann.
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Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein konisches fluiddynamisches Lagersystem derart zu verbessern, dass Lufteinschlüsse im Lagersystem, insbesondere im Bereich der Rezirkulation, vermieden werden.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein konisches fluiddynamisches Lagersystem mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Das fluiddynamische Lagersystem besteht aus einem feststehenden Lagerbauteil, insbesondere einer Welle, einem drehbaren Lagerbauteil mit einer Lagerbohrung, die drehbar um eine Rotationsachse auf dem feststehenden Lagerbauteil angeordnet ist, und mindestens einem konischen fluiddynamischen Lager. Das konische fluiddynamische Lager umfasst einen auf dem feststehenden Lagerbauteil angeordneten Lagerkonus, eine konische Aussparung im drehbaren Lagerbauteil zur Aufnahme des Lagerkonus, und einen Lagerspalt, der zwischen dem Lagerkonus und dem drehbaren Lagerbauteil gebildet, mit einem Lagerfluid gefüllt ist und ein äußeres und ein inneres Ende aufweist. Zur Abdichtung der Lagerspalte sind ein äußerer kapillarer Dichtungsspalt zur Abdichtung des äußeren Endes des Lagerspalts, und ein innerer kapillarer Dichtungsspalt zur Abdichtung des inneren Endes des Lagerspalts vorgesehen.
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Erfindungsgemäß umfasst das Lagersystem lediglich einen Rezirkulationskanal, der eine im Lagerkonus angeordnete und bezüglich der Rotationsachse schräg verlaufende Bohrung und einen axial verlaufenden Kanal umfasst, der sich zwischen einem Außenumfang des feststehenden Lagerbauteils und einer inneren Umfangsfläche des Lagerkonus erstreckt und in welchen die schräg verlaufende Bohrung mündet.
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Demnach ist lediglich ein einziger Rezirkulationskanal in dem konischen fluiddynamischen Lager vorhanden, der genau eine schräg verlaufende Bohrung und genau einen ihr zugeordneten axialen Kanal aufweist.
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Da nur ein einziger Rezirkulationskanal und nicht wie bisher mehrere Rezirkulationskanäle vorgesehen ist, ist es ausgeschlossen, dass im Rezirkulationskanal Luftbläschen zurückbleiben, denn bei Inbetriebnahme des Lagersystems wird der einzige Rezirkulationskanal zwangsweise mit Lagerfluid durchspült, sodass möglicherweise enthaltene Lufteinschlüsse zuverlässig aus dem Lager ausgetragen werden.
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In einer ersten bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung erstreckt sich die schräg verlaufende Bohrung ausgehend von dem Übergangsbereich zwischen dem Lagerspalt und dem äußeren Dichtungsspalt von einer äußeren Umfangsfläche des Lagerkonus radial nach innen bis zu einem Mündungsbereich an der inneren Umfangsfläche des Lagerkonus.
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Der axial verlaufende Kanal ist durch eine axiale Nut an der inneren Umfangsfläche des Lagerkonus gebildet, die von dem Mündungsbereich der schrägen Bohrung an der inneren Umfangsfläche des Lagerkonus bis zu einer Stirnseite des Lagerkonus reicht, die an den Übergangsbereich zwischen dem Lagerspalt und dem inneren Dichtungsspalt angrenzt.
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Der Mündungsbereich ist ein Teil des axial verlaufenden Kanals und weist vorzugsweise eine größere Breite auf als der restliche Abschnitt des axialen Kanals.
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Die schräg verlaufende Bohrung und der axial verlaufende Kanal sind in Bezug auf die Rotationsachse auf demselben Umfangswinkel angeordnet.
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In einer zweiten bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung umfasst der Rezirkulationskanal einen axial verlaufenden Kanal, der durch eine Abstufung an einer inneren Umfangsfläche des Lagerkonus gebildet ist, wobei sich die Abstufung über den gesamten Umfang des Lagerkonus erstreckt und eine Vergrößerung des Innendurchmessers des Lagerkonus bewirkt. Es wird ein Ringkanal gebildet, der durch den Außenumfang des feststehenden Lagerbauteils und den Innenumfang des Lagerkonus im Bereich der Abstufung begrenzt.
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Die schräg verlaufende Bohrung erstreckt sich ausgehend von dem Übergangsbereich zwischen dem Lagerspalt und dem äußeren Dichtungsspalt von einer äußeren Umfangsfläche des Lagerkonus radial nach innen und mündet in den durch die Abstufung gebildeten Ringkanal an der inneren Umfangsfläche des Lagerkonus.
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Das konische fluiddynamische Lagersystem weist Lagerrillenstrukturen auf, die auf einer Lagerfläche des Lagerkonus und/oder auf einer Lagerfläche der Lagerbuchse angeordnet sind. Durch diese Lagerrillenstrukturen wird bei Drehung des Lagers im Lagerspalt ein hydrodynamischer Druck erzeugt, wobei das Lagerfluid im Lager zirkuliert. In beiden beschriebenen Ausgestaltungen der Erfindung reichen die Lagerrillenstrukturen bis zur Stirnseite des Lagerkonus, die an den inneren Dichtungsspalt angrenzt. Dadurch wird die Zirkulation des Lagerfluids im Lager verbessert.
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Das konische fluiddynamische Lagersystem weist in vorteilhafter Weise ein erstes und ein zweites konisches fluiddynamisches Lager auf, die identisch aufgebaut und entlang des feststehenden Lagerbauteils in einem axialen Abstand zueinander angeordnet sind.
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Das erfindungsgemäße konische fluiddynamische Lagersystem ist insbesondere geeignet zur Drehlagerung eines Spindelmotors mit einem Stator, einem Rotor und einem elektromagnetischen Antriebssystem.
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Mit einem solchen Spindelmotor kann beispielsweise ein Festplattenlaufwerk angetrieben werden.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele mit Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Hieraus ergeben sich weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung,
- 1 zeigt einen Schnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Spindelmotors mit zwei konischen fluiddynamischen Lagern.
- 2 zeigt einen Schnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Spindelmotors mit zwei konischen fluiddynamischen Lagern.
- 3 zeigt einen vergrößerten Schnitt durch einen Lagerkonus von 1.
- 4 zeigt einen vergrößerten Schnitt durch einen Lagerkonus von 2.
- 5 zeigt einen Schnitt durch das Rotorbauteil.
- 6 zeigt einen vergrößerten Schnitt durch ein konisches Lager von 1.
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Der Spindelmotor von 1 kann vorzugsweise zum Antrieb eines Festplattenlaufwerks mit mehreren Speicherplatten eingesetzt werden.
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Der Spindelmotor umfasst eine Basisplatte 10 mit einer Bohrung, in welcher eine Welle 12 aufgenommen ist. Die Welle 12 ist vorzugsweise z. B. mittels einer Presspassung und/oder Klebstoff und/oder einer Laserschweißverbindung in der Basisplatte 10 befestigt.
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Das fluiddynamische Lagersystem ist als konisches fluiddynamisches Lagersystem mit zwei gegeneinander wirkenden konischen fluiddynamischen Lagern 26, 126 ausgebildet. An der Welle 12 sind in einem gegenseitigen axialen Abstand zwei Lagerkonusse 14, 114 angeordnet. Jeder Lagerkonus 14, 114 besitzt eine konusförmige, schräg zur Rotationsachse 40 angeordnete Lagerfläche.
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Das obere freie Ende der Welle 12 weist eine Gewindebohrung auf und kann mittels einer in die Gewindebohrung eingedrehten Schraube mit einem feststehenden Bauteil (nicht dargestellt) verbunden sein, welches beispielsweise ein Gehäusebauteil des Festplattenlaufwerks sein kann. Die Basisplatte 10, die Welle 12 und die beiden Lagerkonusse 14, 114 bilden die feststehende Komponente des fluiddynamischen Lagersystems. Zusammen mit einer an der Basisplatte 10 befestigten elektrischen Statoranordnung 36 bilden sie das feststehende Motorbauteil des Spindelmotors.
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Ein Rotorbauteil 16 ist um die Rotationsachse 40 relativ zu den Lagerkonussen 14, 114 drehbar angeordnet. Das Rotorbauteil 16 umfasst eine Lagerbohrung zur Aufnahme der Welle 12 und konische und schräg zur Rotationsachse 40 angeordnete Lagerflächen, die den Lagerflächen der Lagerkonusse 14, 114 jeweils zugeordnet sind und diesen gegenüberliegen.
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Aufgrund der konischen Ausgestaltung der Lagerflächen der Lagerkonusse 14, 114 und des Rotorbauteils wirken die konischen Lager zugleich als Radial- und als Axiallager.
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Bei der Montage des Lagersystems wird beispielsweise der untere Lagerkonus 114 auf der Welle 12 montiert, dann wird das Rotorbauteil 16 über die Welle 12 gesteckt und schließlich der obere Lagerkonus 14 in einem festgelegten axialen Abstand zum unteren Lagerkonus 114 auf die Welle 12 montiert. Die Montage erfolgt so, dass die einander gegenüberliegenden Lagerflächen der Lagerkonusse 14, 114 und des Rotorbauteils 16jeweils durch einen ringförmigen Lagerspalt 20, 120 definierter Breite voneinander getrennt sind. Die Lagerspalte 20, 120 haben eine Breite von wenigen Mikrometern und sind mit einem Lagerfluid, beispielsweise einem Lageröl, gefüllt.
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Die mit Lagerfluid gefüllten Lagerspalte 20, 120 der beiden konischen Lager sind nicht miteinander verbunden, sondern weisen jeweils durch Dichtungsspalte 22, 122 und 28, 128 abgedichtete, außenliegende und innenliegende Enden auf. Die Dichtungsspalte 22, 122, 28, 128 grenzen an die Außenumgebung des Lagers an. Die äußeren Dichtungsspalte 22, 122 verlaufen etwa in axialer Richtung und münden in Richtung des unteren bzw. oberen Endes der Welle 12. Die innenliegenden Dichtungsspalte 28, 128 verlaufen ebenfalls in axialer Richtung und münden innerhalb des Lagers in einen ringförmigen Luftspalt 34, der zwischen dem Außenumfang der Welle 12 und einem Innenumfang des Rotorbauteils 16 angeordnet ist und die beiden fluiddynamischen Lager 26, 126 voneinander trennt. Der Luftspalt 34 ist beispielsweise durch einen am Außenumfang der Welle 12 und/oder am Innenumfang des Rotorbauteils 16 vorgesehenen Freistich gebildet.
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Die jeweils äußeren Dichtungsspalte 22, 122 sind vorzugsweise als konische Kapillardichtungen ausgebildet und weisen ein relativ großes Volumen auf, sodass sie als Fluidreservoir für das Lagerfluid dienen, welches die Temperaturausdehnung des Lagerfluids ausgleicht und das Vorratsvolumen für das Lagerfluid bildet. Die äußeren Dichtungsspalte 22, 122 werden jeweils begrenzt durch eine äußere Dichtungsfläche der Lagerkonusse 14, 114 sowie eine gegenüberliegende innere Dichtungsfläche des Rotorbauteils 16. Die Öffnungen der äußeren Dichtungsspalte 22, 122 sind durch Abdeckungen 18, 118 abgedeckt, die mit dem Rotorbauteil 16 fest verbunden sind.
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Die beiden inneren Dichtungsspalte 28, 128 weisen vorzugsweise Abschnitte auf, die als dynamische Pumpdichtungen 30, 130 ausgebildet sind. Die Pumpdichtungen 30, 130 umfassen Pumprillenstrukturen 30a, 130a, die auf der Oberfläche der Welle 12 und/oder der gegenüberliegenden Oberfläche des Rotorbauteils 16 angeordnet sind. Die Pumprillenstrukturen 30a, 130a der Pumpdichtungen 30, 130 üben auf das sich in den inneren Dichtungsspalten 28, 128 befindliche Lagerfluid eine Pumpwirkung in Richtung des jeweiligen Lagerspalts 20, 120 der konischen Lager aus. Die Dichtungsspalte 28, 128 weisen an ihrem in den Luftspalt 34 mündenden Enden ebenfalls konische Kapillardichtungen 32, 132 auf.
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Die Lagerflächen der Lagerkonusse 14, 114 und/oder die Lagerflächen des Rotorbauteils 16 besitzen in bekannter Weise Lagerrillenstrukturen 26a, 126a, die bei Rotation des Rotorbauteils 16 relativ zu den Lagerkonussen 14, 114 eine Pumpwirkung auf das sich im jeweiligen Lagerspalt 20, 120 befindliche Lagerfluid ausüben. Dadurch entsteht im Lagerspalt 20, 120 ein fluiddynamischer Druck, der das Lager tragfähig macht.
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Beide konusförmigen Lager 26, 126 weisen beispielsweise zwei Reihen von schräg verlaufenden Rillenstrukturen 26a, 126a auf. Die Rillenstrukturen weisen Äste in einer größeren Anzahl dort auf, wo die äußeren Dichtungsspalte 22, 122 benachbart angeordnet sind, sowie Äste in geringerer Anzahl dort, wo die inneren Dichtungsspalte 28, 128 benachbart angeordnet sind. Aufgrund der stärkeren Pumpwirkung der zahlenmäßig größeren Äste der jeweiligen Lagerrillenstrukturen 26a, 126a jedes konischen Lagers ergibt sich für jedes Lager 26, 126 insgesamt eine in das Lagerinnere gerichtete Pumpwirkung auf das im Lagerspalt 20, 120 befindliche Lagerfluid.
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Bei dem dargestellten Lagersystem mit zwei separaten konischen Lagern und jeweils den Lagerspalten 20, 120 mit zwei offenen Enden ist es notwendig, dass die im Lagerinneren mündenden Öffnungen der Dichtungsspalte 28 und 128 belüftet werden, sodass an den Öffnungen der Dichtungsspalte 28 und 128 Umgebungsdruck herrscht. Eine Belüftung des Lagerinneren erfolgt vorzugsweise über einen Spalt zwischen dem Rotorbauteil 16 und der Oberseite der Basisplatte 10, der über den Motorraum mit einer Querbohrung 12c in der Welle 12 verbunden ist. Diese Querbohrung 12c mündet in eine Längsbohrung 12a in der Welle 12, die wiederum über eine Querbohrung 12b mit dem Luftspalt 34 im Lagerinneren verbunden ist. Somit herrscht im Luftspalt 34 und in den durch die Bohrungen 12a, 12b, 12c miteinander verbundenen Hohlräumen derselbe Druck wie an der Außenseite des Lagers im Bereich der äußeren Dichtungsspalte 22. Die Längsbohrung 12a der Welle ist im Bereich der Basisplatte 10 durch einen gasdichten Stopfen 12d verschlossen.
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Das Rotorbauteil 16 wird über ein elektromagnetisches Antriebssystem drehend gegenüber den feststehenden Motorbauteilen angetrieben. Der Spindelmotor ist vorzugsweise ein elektronisch kommutierter Gleichstrommotor, dessen Antriebssystem eine ringförmige Statoranordnung 36 mit mehreren Phasenwicklungen umfasst, die an der Basisplatte 10 befestigt sind. Die Statoranordnung 36 ist innerhalb einer Aussparung des Rotorbauteils 16 angeordnet und liegt einem Rotormagneten 38 direkt gegenüber. Der Rotormagnet 38 ist an einer inneren Umfangsfläche des Rotorbauteils 16 angeordnet und durch einen schmalen Luftspalt von der Statoranordnung 36 getrennt. Durch entsprechende Bestromung der Phasenwicklungen der Statoranordnung 36 wird ein elektromagnetisches Wechselfeld erzeugt, welches auf den Rotormagneten 38 wirkt und das Rotorbauteil 16 in Drehung versetzt. Das Rotorbauteil 16 besteht vorzugsweise aus Stahl oder Aluminium. Sofern das Rotorbauteil 16 aus Aluminium gefertigt ist, kann an der äußeren Umfangsfläche des Rotormagneten 38 ein magnetischer Rückschlussring (nicht dargestellt) vorgesehen sein.
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Am unteren Bereich des Außenumfangs des Rotorbauteils 16 ist eine Auflagefläche 42 vorgesehen, die als Auflage für eine oder vorzugsweise mehrere magnetische Speicherplatten (nicht dargestellt) des Festplattenlaufwerks dient.
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Um eine gute Zirkulation des Lagerfluids in den Lagerspalten 20, 120 sicherzustellen, ist in jedem Lager 26, 126 ein sogenannter Rezirkulationskanal 24, 124 vorgesehen. Durch die Lagerrillenstrukturen 26, 126 wird das in den Lagerspalten 20, 120 befindliche Lagerfluid ausgehend von den äußeren Dichtungsspalten 22, 122 in Richtung der inneren Dichtungsspalte 28, 128 und den Pumpdichtungen 30, 130 gefördert. Die Pumpdichtungen 30, 130 bauen einen Gegendruck auf, sodass das Lagerfluid über die jeweiligen Rezirkulationskanäle 24, 124 wieder zurück zu den äußeren Dichtungsspalten 22, 122 fließen kann.
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3 zeigt einen Schnitt durch den Lagerkonus 14 des oberen konischen fluiddynamischen Lagers 26 von 1. Der untere Lagerkonus 114 ist identisch ausgebildet. Die nachfolgende Beschreibung gilt gleichermaßen für den unteren Lagerkonus 114 und das untere konische fluiddynamische Lager 126.
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Wie man insbesondere den 3 und 6 entnehmen kann, umfasst der Rezirkulationskanal 24 eine im Lagerkonus 14 angeordnete und bezüglich der Rotationsachse 40 schräg verlaufende Bohrung 24a und einen axial verlaufenden Kanal 24b, der sich zwischen einem Außenumfang der Welle 12 und einer inneren Umfangsfläche des Lagerkonus 14 erstreckt und in welchen die schräg verlaufende Bohrung 24a mündet.
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Die schräg verlaufende Bohrung 24a erstreckt sich ausgehend vom Übergangsbereich zwischen dem Lagerspalt 20 und dem äußeren Dichtungsspalt 22 ausgehend von einer äußeren Umfangsfläche des Lagerkonus 14 radial und schräg nach innen bis zu einem Mündungsbereich 24c an der inneren Umfangsfläche des Lagerkonus 14. Die schräge Bohrung 24a verläuft in Bezug auf die Rotationsachse 40 in einem Winkel von vorzugsweise 65° bis 75° und mündet in Bezug auf die Längserstreckung des Lagerkonus 14 etwas unterhalb der Mitte.
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Der axial verlaufende Kanal 24b ist durch eine axiale Nut an der inneren Umfangsfläche des Lagerkonus 14 gebildet, die von dem Mündungsbereich 24c an der inneren Umfangsfläche des Lagerkonus 14, dort wo die schräge Bohrung 24a endet, bis zur Stirnseite des Lagerkonus 14 reicht, die an den Übergangsbereich zwischen dem Lagerspalt 20 und dem inneren Dichtungsspalt 28 angrenzt. Der Mündungsbereich 24c ist ein Teil der axialen Nut 24b, und weist vorzugsweise eine größere Breite auf als der restliche Abschnitt der Nut 24b um sicherzustellen, dass bei der Herstellung der Bohrung 24a, die vom Außenumfang des Lagerkonus 14 erfolgt, die Nut 24b bzw. der Mündungsbereich 24c auch tatsächlich getroffen wird. Die Tiefe der Nut 24b ist im Mündungsbereich 24c vorzugsweise genauso groß wie in ihren übrigen Abschnitten, beispielsweise 70 µm bis 190 µm. Im Mündungsbereich 24c kann die Nut 24b jedoch auch etwas tiefer sein als in ihren übrigen Abschnitten. Die schräg verlaufende Bohrung 24a und der axial verlaufende Kanal 24b sind in Bezug auf die Rotationsachse 40 auf demselben Umfangswinkel angeordnet.
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In jedem Lagerkonus 14, 114 befindet sich nur ein einziger Rezirkulationskanal 24, 124. Daher ist das Lagerfluid gezwungen, über diesen einen Rezirkulationskanal 24, 124 vom Übergangsbereich zwischen dem Lagerspalt 20, 120 und dem inneren Dichtungsspalt 28, 128 zurück zum Übergangsbereich zwischen dem Lagerspalt 20, 120 und dem äußeren Dichtungsspalt 22, 122 zu fließen. Eventuell in den Rezirkulationskanälen 24, 124 befindliche Luftbläschen werden daher mit der Strömung des Lagerfluids ausgetragen und können über die äußeren Dichtungsspalte 22, 122 in die Umgebung entweichen.
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Die 2 und 4 zeigen eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung, welche sich von den 1 und 3 lediglich durch die Ausbildung der Rezirkulationskanäle 25, 125 unterscheidet.
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Der Aufbau des Spindelmotors von 2 entspricht dem Spindelmotor von 1, wobei die Beschreibung von 1 für den Spindelmotor von 2 ebenfalls gilt.
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Wie man insbesondere in 4 erkennt, weist der Lagerkonus 14 an seiner inneren Umfangsfläche im unteren Bereich, der in Richtung des inneren Dichtungsspalts 28 gerichtet ist, eine Stufe 25c auf, wodurch sich der Innendurchmesser des Lagerkonus 14 unterhalb der Stufe 25c vergrößert. Die Abstufung 25c erstreckt sich über den gesamten Innenumfang des Lagerkonus 14 und bildet zusammen mit dem Außenumfang der mit dem Lagerkonus 14 verbundenen Welle 12 einen axial verlaufenden Ringkanal 25b als Teil des Rezirkulationskanals 25.
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Die schräg verlaufende Bohrung 25a des Rezirkulationskanals erstreckt sich ausgehend von einer den äußeren Dichtungsspalt 22 begrenzenden Umfangsfläche des Lagerkonus 14 radial nach innen und mündet im Bereich der Stufe 25c in den unterhalb der Stufe gebildeten Ringkanal 25b zwischen der Welle 12 und dem vergrößerten Innendurchmesser des Lagerkonus 14. Dieser Ringkanal 25b bildet den axial verlaufenden Abschnitt des Rezirkulationskanals 25.
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Die schräg verlaufende Bohrung 25a bildet mit der Rotationsachse 40 einen spitzen Winkel von vorzugsweise 35° bis 45°.
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Durch die Lagerrillenstrukturen 26a, 126a wird das in den Lagerspalten 20, 120 befindliche Lagerfluid ausgehend von den äußeren Dichtungsspalten 22, 122 in Richtung der inneren Dichtungsspalte 28, 128 und der Pumpdichtungen 30, 130 gefördert. Die Pumpdichtungen 30, 130 bauen einen Gegendruck auf, sodass das Lagerfluid über die jeweiligen Rezirkulationskanäle 25, 125 wieder zurück zu den äußeren Dichtungsspalten 22, 122 fließen kann.
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5 zeigt einen Schnitt durch das Rotorbauteil 16. Die Lagerrillenstrukturen 26a, 126a der beiden konischen fluiddynamischen Lager 26, 126 und die Pumprillen 30a, 130a der dynamischen Pumpdichtungen 30, 130 sind in dieser bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung auf den entsprechenden Lagerflächen und Dichtungsflächen des Rotorbauteils aufgebracht. Die Lagerrillenstrukturen 26a, 126a und die Pumprillenstrukturen 30a, 130a können jedoch alternativ oder zusätzlich auf den Lagerkonussen 14, 114 bzw. der Welle 12 angeordnet sein.
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Gemäß einem bevorzugten Aspekt der Erfindung erstrecken sich die zahlenmäßig kleineren Äste der Lagerrillenstrukturen 26a, 126a mindestens bis an die schmalere Stirnseite des Lagerkonus 14, d. h. bis in die Übergangsbereiche zwischen den Lagerspalten 20, 120 und den inneren Dichtungsspalten 28, 128. Dadurch wird die Strömung des Lagerfluid in Richtung der axialen Nut 24b oder 25b des Rezirkulationskanals 24 oder 25 unterstützt.
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Außerdem münden die Pumprillenstrukturen 30a, 130a der dynamischen Pumpdichtungen 30, 130 die entlang der inneren Dichtungsspalte 28, 128 angeordnet sind, vorzugsweise direkt in die Kapillardichtungen 32, 132 d. h. sie brechen in die Kapillardichtung 32, 132 durch. Dadurch kann die Pumpdichtung 30 das Lagerfluid direkt aus dem kapillaren Dichtungsspalt 32, 132 in Richtung des Lagerspalts fördern.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Basisplatte
- 12
- Welle
- 12 a,b,c
- Bohrungen
- 12d
- Stopfen
- 14, 114
- Lagerkonus
- 16
- Rotorbauteil
- 18, 118
- Abdeckung
- 20, 120
- Lagerspalt
- 22, 122
- äußerer Dichtungsspalt
- 24, 124
- Rezirkulationskanal
- 24a
- Bohrung (Rezirkulationskanal)
- 24b
- Nut (Rezirkulationskanal)
- 24c
- Mündungsbereich
- 25, 125
- Rezirkulationskanal
- 25a
- Bohrung
- 25b
- Ringkanal
- 25c
- Stufe
- 26, 126
- konisches fluiddynamisches Lager
- 26a, 126a
- Lagerrillenstrukturen
- 28, 128
- innerer Dichtungsspalt
- 30, 130
- Pumpdichtungen
- 30a, 130a
- Pumprillenstrukturen
- 32, 132
- konische Kapillardichtung
- 34
- Luftspalt
- 36
- Statoranordnung
- 38
- Rotormagnet
- 40
- Rotationsachse
- 42
- Auflagefläche
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011016888 A1 [0002]
