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Gebiet der
Erfindung
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Die
Erfindung betrifft einen Spindelmotor, insbesondere für den Antrieb
der Speicherplatten in Festplattenlaufwerken, nach dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1.
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Stand der
Technik
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Derartige
Spindelmotoren für
Festplattenlaufwerke umfassen eine Basisplatte bzw. einen Basisflansch,
eine bezogen auf die Basisplatte feststehende Statoranordnung, eine
Welle und ein Lagersystem zur Drehlagerung eines mit der Welle verbundenen,
drehangetriebenen Rotors. Das Lagersystem ist vorzugsweise als hydrodynamisches
Lagersystem ausgebildet. Es können
aber auch vorgespannte Wälzlagersysteme
verwendet werden.
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In
der Regel wird der Rotor durch eine Pressverbindung fest mit der
Welle verbunden. Hierzu ist der Rotor mit einer zu seiner Rotationsachse
konzentrischen Bohrung versehen, die einen bestimmten Durchmesser
und eine bestimmte Länge
aufweist, in welche ein Ende der Welle eingepresst wird. Der Außendurchmesser
der Welle ist geringfügig
größer, als der
Innendurchmesser der Bohrung im Rotor. Dieses Übermaß ist derart gewählt, dass über die
gesamte Fügelänge ein
minimales Haftmaß,
d.h. eine bestimmte Haltekraft, sichergestellt ist aber ein maximales
Haftmaß,
dessen Überschreitung
zu einer unzulässigen
Beanspruchung der Bauteile führen
würde,
nicht überschritten
wird.
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Bei
Festplattenlaufwerken geht der Trend zu immer kleineren und flacheren
Laufwerken, so dass auch die Bauhöhe der verwendeten Spindelmotoren immer
mehr reduziert werden muss. Unter anderem geht eine Verringerung
der Bauhöhe
auf Kosten der möglichen
Fügelänge zwischen
Rotor und Welle, wobei gegebenenfalls die benötigte Haltekraft nicht mehr
erreicht werden kann. Vergrößert man
als Gegenmaßnahme
das Übermaß, so kann
dies beim Einpressvorgang zu einer Beschädigung der Bauteile führen.
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Außerdem kann
es bei der Montage des Rotors auf der Welle aufgrund von Bauteile-
und Montagetoleranzen und einer zu geringen Fügelänge zu mehr oder weniger großen Abweichungen
zwischen der tatsächlichen
und der theoretischen, zeitlich unveränderlichen Drehachse kommen.
Diese Abweichungen rühren
unter anderem daher, dass die Mittelachse des Rotors nicht genau
mit der Mittelachse der den Rotor tragenden Welle übereinstimmt.
Die Folge davon ist ein unerwünscht
großer
Schlag des Rotors (RRO: Repeatable Runout), sowohl axial (Stirnschlag)
als auch radial (Radialschlag), eine Kippung des Rotors gegenüber der
Drehachse der Welle und eine geringere Schockfestigkeit.
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Offenbarung
der Erfindung
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Es
ist daher die Aufgabe der Erfindung, einen Spindelmotor insbesondere
für den
Antrieb der Speicherplatten in Festplattenlaufwerken anzugeben,
bei dem eine Verbindung von Welle und Rotor mit einer hohen Haltekraft
und Genauigkeit auch bei einer geringen Bauhöhe des Motors möglich ist.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die
Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus
den abhängigen
Ansprüchen.
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Erfindungsgemäß ist die
Welle zumindest teilweise als Hohlwelle ausgebildet, wobei der Rotor einen
konzentrisch zu dessen Rotationsachse ausgerichteten Wellenansatz
aufweist, der in die Hohlwelle eingesetzt und mit dieser fest verbunden
ist.
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Der
Vorteil der Erfindung liegt in der Vergrößerung der effektiven Fügelänge bzw.
der wirksamen Verbindungsfläche
zwischen dem rotorseitigen Wellenansatz und der (Hohl)Welle, wobei
die Fügelänge des überlappenden
Verbindungsbereiches vorzugsweise wenigstens halb so lang ist, wie
die gesamte Länge
der Hohlwelle. Durch die Erhöhung
des Führungsverhältnisses
(l/d) wird eine sehr gute Rechtwinkligkeit und ein fester Sitz des
Wellenansatzes in der Hohlwelle erzielt. Diese Maßnahme führt zu einer Verringerung
sowohl des radialen als auch des axialen Schlages des Rotors und
dessen Kippung gegenüber
der Rotationsachse der Welle. Zudem wird die Schockfestigkeit des
Motors verbessert.
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Wird
als Verbindung zwischen dem rotorseitigen Wellenansatz und der Hohlwelle
eine Pressverbindung gewählt,
so kann das Übermaß des Wellenansatzes
gegenüber
dem Innendurchmesser der Hohlwelle aufgrund der großen Fügelänge insgesamt kleiner
gewählt
werden, so dass der Rotor bauteileschonender mit der Welle verbunden
werden kann.
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Es
kann aber auch eine Klebeverbindung vorgesehen sein, bei der das „Zusammenstecken" von Wellenansatz
und Hohlwelle ebenfalls Vorteile bringt.
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Zur
Erzielung hoher und vor allem wiederholbarer Genauigkeiten ist der
Wellenansatz vorzugsweise als ein integraler Teil des Rotors hergestellt.
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Die
Erfindung kann bevorzugt in Spindelmotoren mit einem hydrodynamischen
Lagersystem verwendet werden. In einer vorteilhaften Ausgestaltung der
Erfindung ist die Druckplatte – als
Teil des Drucklagers in dem Lagersystem –, integraler Bestandteil der
Hohlwelle und an das untere Ende der Hohlwelle angeformt. Somit
lassen sich die zueinander rechtwinkligen Laufflächen der Welle und der Druckplatte mit
hoher Präzision
aus einem Stück
herstellen.
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In
einer anderen Ausgestaltung ist die Druckplatte integraler Teil
eines Stopfens, der in das untere, offene Ende der Hohlwelle eingesteckt
und fest mit dieser verbunden wird. Die Verbindung zwischen Stopfen
und Hohlwelle kann sowohl eine Pressverbindung als auch eine Klebeverbindung
sein. Auch bei dieser Anordnung der Druckplatte ergibt sich durch
die hohe Genauigkeit bei der Materialbearbeitung und die große Verbindungslänge eine
hohe Präzision
und eine gute Rechtwinkligkeit der Laufflächen.
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Der
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ergibt sich nicht nur aus
dem Gegenstand der einzelnen Patentansprüche, sondern auch aus der Kombination
der einzelnen Patentansprüche
untereinander. Alle in den Unterlagen offenbarten Angaben und Merkmale,
insbesondere die in den Zeichnungen dargestellte räumliche
Ausbildung, werden als erfindungswesentlich beansprucht, soweit
sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu
sind.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnungen
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungsfiguren näher beschrieben.
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Es
zeigt:
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1:
einen Schnitt durch eine erste Ausgestaltung eines Spindelmotors
für Festplattenlaufwerke
mit erfindungsgemäßer Verbindung
zwischen Rotor und Welle;
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2:
einen Schnitt durch eine zweite Ausgestaltung eines Spindelmotors
für Festplattenlaufwerke
mit erfindungsgemäßer Verbindung
zwischen Rotor und Welle.
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Beschreibung
von bevorzugten Ausführungsbeispielen
der Erfindung
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Die
Zeichnungen zeigen Spindelmotoren mit einem hydrodynamischen Lagersystem
für den
Antrieb der Speicherplatten in Festplattenlaufwerken. Erfindungsgemäß kann anstelle
eines hydrodynamischen Lagersystems auch ein Wälzlagersystem vorgesehen sein.
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Der
Spindelmotor gemäß 1 umfasst eine
feststehende Basisplatte 1, an der eine Statoranordnung 2,
bestehend aus Statorkern und Wicklungen, angeordnet ist. Eine Lagerhülse 3 ist
in einer Ausnehmung der Basisplatte 1 fest aufgenommen und
weist eine axiale zylindrische Bohrung auf, in welcher eine Welle,
die erfindungsgemäß als Hohlwelle 4 ausgebildet
ist, drehbar aufgenommen ist. Das eine Ende der Hohlwelle 4 ist
stirnseitig verschlossen während
das andere, freie Ende der Hohlwelle einen Rotor 5 trägt, auf
dem eine oder mehrere Speicherplatten (nicht dargestellt) des Festplattenlaufwerks
angeordnet und befestigt sind. An dem inneren, unteren Rand des
Rotors 5 ist ein ringförmiger Permanentmagnet 6 mit
einer Mehrzahl von Polpaaren angeordnet, die von der über einen
Arbeitsluftspalt beabstandeten Statoranordnung 2 mit einem elektrischen
Wechselfeld beaufschlagt werden, so dass der Rotor 5 zusammen
mit der Hohlwelle 4 in Drehung versetzt wird.
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Die
Drehlagerung der Hohlwelle 4 in der Lagerhülse 3 ist
in den Ausführungsbeispielen
durch ein hydrodynamisches Lagersystem realisiert, dessen grundlegende
konstruktive Ausgestaltung und Funktion einem Fachmann bekannt ist
und daher hier nicht näher
beschrieben werden muss. Die hydrodynamische Lageranordnung umfasst
einen durch einander zugewandte Oberflächen der Hohlwelle 4 und der
Lagerhülse 3 gebildeten
hydrodynamischen Radiallagerbereich, der die radialen Kräfte der
Lageranordnung aufnimmt. Zum anderen wird durch eine am unteren
Ende der Hohlwelle 4 angeordnete Druckplatte 7 und
eine Abdeckplatte 8 ein hydrodynamisches Drucklager gebildet,
das die axialen Kräfte
der Lageranordnung aufnimmt. Das hydrodynamische Lagersystem ist
mit einem vorzugsweise flüssigen Schmiermittel
gefüllt,
welches die Oberflächen
der relativ zueinander rotierenden Lagerteile voneinander trennt.
Der Axiallagerbereich wird durch die Abdeckplatte 8 luftdicht
verschlossen, so dass kein Schmiermittel aus dem Lagerspalt austreten
kann.
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An
ihrem einen, in der Zeichnung oberen Ende ist die Hohlwelle 4 aus
der Lagerhülse 3 herausgeführt. Die
Lagerhülse 3 ist
an diesem Ende durch eine Lagerabdeckung 9 verschlossen.
An ihrem anderen, unteren Ende trägt die Hohlwelle 4 die Druckplatte 7,
die in diesem Ausführungsbeispiel
als integraler Teil der Hohlwelle 4 ausgebildet ist und
sich als „Bund" um die Hohlwelle 4 herum
erstreckt. An diesem Ende ist die Hohlwelle 4 stirnseitig
verschlossen.
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Die
Verbindung zwischen dem Rotor 5 und der Hohlwelle 4 erfolgt
erfindungsgemäß durch
einen konzentrisch zur Rotationsachse 12 des Rotors 5 ausgerichteten
Wellenansatz 10, der in das nach oben offene der Druckplatte 7 gegenüberliegende Ende
der Hohlwelle 4 eingesetzt und mit dieser fest verbunden
wird. Der Wellenansatz 10 ist also integraler Bestandteil
des Rotors und mit diesem einstückig (aus
einem Stück)
hergestellt. Die Länge
des Wellenansatzes 10 entspricht vorzugsweise mindestens
der halben Länge
der Hohlwelle 4, so dass sieh eine ausreichend große Verbindungslänge zwischen
beiden Bauteilen ergibt. Im Beispiel gemäß 1 erstreckt sich
der Wellenansatz 10 nahezu über die gesamte Länge der
Hohlwelle 4.
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Die
Verbindung zwischen dem Wellenansatz 10 und der Hohlwelle 4 ist
vorzugsweise eine Pressverbindung, bei der der Außendurchmesser
des Wellenansatzes 10 geringfügig größer ist als der Innendurchmesser
der Hohlwelle 4.
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Es
kann aber auch eine Klebeverbindung zwischen dem Wellenansatz 10 und
der Hohlwelle 4 vorgesehen sein. In diesem Fall ist der
Außendurchmesser
des Wellenansatzes 10 gleich oder geringfügig kleiner
als der Innendurchmesser der Hohlwelle 4.
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In 2 ist
eine abgewandelte Ausgestaltung eines Spindelmotors dargestellt.
Im Unterschied zu 1 ist der in das obere, offene
Ende der Hohlwelle 4' eingesetzte
Wellenansatz 10' kürzer und
erstreckt sich nur etwa über
die halbe Länge
der Hohlwelle 4'.
Das untere, offene Ende der Hohlwelle 4' ist durch einen Stopfen 11 verschlossen,
der – in
gleicher Weise wie der Wellenansatz, jedoch vom anderen Ende her – in die
Hohlwelle 4' eingesetzt
und mit dieser fest verbunden wird.
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Die
Druckplatte 7',
die in 1 integraler Teil der Hohlwelle war, ist im Beispiel
nach 2 ein integraler Teil des Stopfens 11 und
als Durchmesservergrößerung des
Stopfens ausgebildet.
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Als
Verbindung zwischen Stopfen 11 und Hohlwelle 4' kann sowohl
eine Pressverbindung als auch eine Klebeverbindung dienen.
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- 1
- Basisplatte
- 2
- Statoranordnung
- 3
- Lagerhülse
- 4,
4'
- (Hohl)Welle
- 5
- Rotor
- 6
- Permanentmagnet
- 7,
7'
- Druckplatte
- 8
- Abdeckplatte
- 9
- Lagerabdeckung
- 10,
10'
- Wellenansatz
- 11
- Stopfen
- 12
- Rotationsachse