DE4034826A1

DE4034826A1 - Dynamisches drucklager

Info

Publication number: DE4034826A1
Application number: DE4034826A
Authority: DE
Inventors: Ikunori Sakatani; Takeyuki Yoshiba; Katsuhiko Tanaka
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 1989-11-07
Filing date: 1990-11-02
Publication date: 1991-05-08
Also published as: GB2237849B; GB2237849A; JPH03149410A; US5046863A; JP2870057B2; GB9024201D0

Description

Die Erfindung betrifft eine Verbesserung an einer dynamischen Drucklagereinrichtung, die beispielsweise in Informationsgeräten oder Audio- und Videogeräten verwend bar ist, und insbesondere eine Verbesserung der Dreh genauigkeit und der Haltbarkeit.

In Fig. 4 ist ein Beispiel einer herkömmlichen dyna mischen Drucklagereinrichtung bzw. Staudrucklagereinrich tung dieser Art abgebildet. Es handelt es sich hierbei um ein dynamisches Drucklager eines Zylinders für einen Magnetkopf, der in einem digitalen Audiobandaufzeichnungs gerät (DAT), einem Videorecorder (VTR) oder dergleichen verwendet wird und einen oberen Zylinder 2 drehbar hält, der an seinem Umfangsrand ein Paar Köpfe 1 aufweist.

Dabei steht eine Welle 4 vertikal an der axialen Mitte eines unteren Zylinders 3. Andererseits ist ein Gehäuse 5 des dynamischen Drucklagers an der axialen Mitte des oberen Zylinders 2 befestigt. Das Gehäuse 5 hat als Drehkörper eine Hülse 6 und einen Druckaufnehmer 7 in Form einer Stahlkugel, die an einem Ende der Hülse befestigt ist, wobei das Gehäuse drehbar an der Welle 4 befestigt ist. Die Hülse 6 hat an ihrer inneren diametralen Fläche an zwei axial beabstandeten Stellen zylindrische Radialla gerflächen 8, während der Druckaufnehmer 7 eine Druck lagerfläche 9 aufweist. Weiterhin hat eine in der Hülse 6 sitzende Welle 4 eine radiale Aufnahmefläche 10, die der radialen Lagerfläche 8 mit einem Spalt eines Radiallagers gegenüberliegt, und eine Druckaufnahmefläche 11, die der Drucklagerfläche 9 gegenüberliegt und in Kontakt mit dieser steht. Schmiermittelvertiefungen 12 befinden sich in der Nähe der Drucklagerfläche 9, und eine Luftauslaßöffnung 13 ist an einer Stelle zwischen der inneren Umfangsfläche der Hülse 6 und dem Druckaufnehmer 7 vorgesehen, um die Schmiermittelvertiefung 12 mit der äußeren Atmosphäre zu verbinden. Fischgrätenförmige Nuten 15 sind an der radialen Aufnahmefläche 10 ausgebildet. Die fischgräten förmigen Nuten 15 enthalten Umfangsreihen von inneren Spiralnutsegmenten 15A, die jeweils an der Seite zwischen den radialen Lagerflächen 8, 8 an zwei oberen und unteren Stellen angeordnet sind, sowie Umfangsreihen von äußeren Spiralnutsegmenten 15B, die jeweils an der gegenüberlie genden Seite angeordnet sind, d. h. an der axial äußeren Seite.

Der obere Zylinder 2 wird von einem eingebauten Motor 20 um die Achse 4 als Mittelpunkt gedreht. Wenn der obere Zylinder 2 rotiert, wird der Druck des in den Spalt des Radiallagers eingefüllten Schmiermittels infolge des Pumpeffekts der fischgrätenförmigen Nut 15 an der Achse 4 erhöht, wodurch die Hülse 6 radial auf der Achse 4 ge halten ist, ohne in Kontakt mit dieser zu geraten. Gleich zeitig ist die Stahlkugel des Druckaufnehmers 7 axial gestützt und steht in Kontakt mit der Druckaufnahmefläche 11 an dem oberen Ende der Welle 4.

Der Umlaufmotor 20 enthält einen zylindrischen Rotor magneten 21, der an der Unterseite des oberen Zylinders 2 angebracht ist, und eine Statorwicklung 22, die auf gegen überliegende Weise an der inneren Umfangsfläche des unteren Zylinders 3 befestigt ist. Außerdem ist ein statio närer, zylindrischer Drehtransformator 23 entlang des Außenumfangs der Hülse 6 angeordnet und an dem unteren Zylinder 3 befestigt. Ein drehbarer Drehtransformator 24 liegt der Außenumfangsfläche des stationären Drehtransfor mators 23 gegenüber und ist an dem oberen Zylinder 2 be festigt. Somit wird ein Signal, das von einem an dem obe ren Zylinder 2 angebrachten Magnetkopf 1 entnommen ist, mittels des drehbaren Drehtransformators 24 auf den sta tionären Drehtransformator 23 übertragen.

Wenn die Statorwicklung 22 des Umlaufmotors 20 erregt ist, wird in dem Rotormagneten 21 eine Drehkraft erzeugt, wodurch die Hülse 6 und alle zugehörigen, daran befestigten Bauteile als eine Einheit gedreht werden.

Ein derartiges dynamisches Drucklager für einen Zylinder eines Magnetkopfs, wie es oben beschrieben ist, muß eine hohe Drehgenauigkeit und eine lange Haltbarkeit aufweisen.

Bei dem herkömmlichen dynamischen Drucklager besteht jedoch das Problem, daß ein Schmiermittel wie Öl oder Fett, das in den Spalt des Radiallagers zwischen die ra diale Lagerfläche 8 und die radiale Aufnahmefläche 10 und in die Schmiermittelausnehmung 12 eingefüllt ist, zuneh mend aus dem Spalt des Radiallagers und den Schmiermittel ausnehmungen 12 infolge der Drehung herausgezwängt und abgegeben wird, wodurch sich die Drehleistung des Lagers ändert und die Drehgenauigkeit verringert wird, so daß in einem ungünstigen Fall das Lager verschmoren kann.

Außerdem besteht das Problem, daß das durch den Spalt des Lagers abgegebene Schmiermittel durch die Zentrifugal kraft verspritzt wird und die Magnetköpfe 1 verschmutzt, wodurch das gesamte Gerät nicht mehr korrekt funktioniert.

Der Anmelder hat verschiedene Experimente ausge führt, um die Gründe für das Abführen des Schmiermittels zu ermitteln, was zu folgenden Ergebnissen führte. Das Nutmuster der fischgrätförmigen Nuten 15 hat bisher eine symmetrische Gestalt. Damit sollte die axiale Länge a jedes der äußeren Nutsegmente 15B in den oberen fischgrät förmigen Nuten 15 gleich sein der axialen Länge b jedes der inneren Nutsegmente 15A in den oberen fischgrätförmigen Nuten 15 (a = b), während die axiale Länge c jedes der inneren Nutsegmente 15A gleich sein sollte der axialen Länge d jedes der äußeren Nutsegmente 15B in den unteren fischgrätförmigen Nuten 15 (c = d).

Es ist jedoch bisweilen der Fall, daß die Länge des inneren Nutsegments 15A größer ist als die Länge des äuße ren Nutsegments 15B (a < b, c < d), wobei diese geringförmige Asymmetrie durch eine Ungenauigkeit bei der Herstellung der Nuten entstehen kann. Dies bewirkt einen sogenannten Auspumpeffekt, durch den das in das Lager eingefüllte Schmiermittel allmählich aus der Hülse 6 bei deren Drehung herausgezwängt wird.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden und ein dynamisches Drucklager anzugeben, bei dem eine Ver schlechterung der Drehgenauigkeit durch Änderung des Drehmoments vermieden ist, das eine gute Haltbarkeit hat und bei dem kein Schmiermittel verspritzt wird, indem ge währleistet ist, daß das Schmiermittel nicht von der Innenseite des Lagers während der Drehung infolge eines Fabrikationsfehlers bei dem Nutmuster der fischgrätförmi gen Nuten nach außen gezwängt wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Das erfindungsgemäße dynamische Drucklager enthält ein Gehäuse mit einer Hülse, einen an einem Ende der Hülse befestigten Druckaufnehmer und eine Achse, die in die Hülse eingesetzt ist, wobei die Hülse zylindrische Radial lagerflächen an ihrer inneren Diametralfläche an zwei axial beabstandeten Positionen aufweist, der Druckaufnehmer eine Drucklagerfläche hat und die Achse eine radiale Aufnahmefläche aufweist, die der Radiallagerfläche gegen überliegt, sowie eine Druckaufnahmefläche, die der Druck lagerfläche gegenüberliegend angeordnet ist. In der Nähe der Drucklagerfläche befinden sich Schmiermittelvertiefun gen, während eine Luftauslaßöffnung in dem Gehäuse ausge bildet ist, um die Schmiermittelausnehmungen mit der äußeren Atmosphäre zu verbinden. Die radiale Lagerfläche und/oder die radiale Aufnahmefläche haben bzw. hat fischgrätförmige Nuten mit inneren Spiralnutsegmenten, die jeweils an der Seite zwischen den Radiallagerflächen an den zwei Stellen angeordnet sind, und äußere Spiralnut segmente, die jeweils in einer Richtung angeordnet sind, die von derjenigen der inneren Nutsegmente verschieden ist und die an der axialen Außenseite angeordnet sind. Jede der äußeren Nutsegmente hat eine größere axiale Länge als jede der inneren Nutsegmente, wobei die axiale Längen differenz zwischen jeder der äußeren Nutsegmente und den inneren Nutsegmenten der fischgrätförmigen Nuten an der Seite, die der Druckaufnahmefläche gegenüberliegt, größer ist als die Differenz der axialen Länge zwischen jeder der äußeren Nutsegmente und jeder der inneren Nutsegmente der fischgrätförmigen Nuten, die an der Seite der Druck aufnahmefläche ausgebildet sind.

Da die fischgrätförmigen Nuten in dem Radiallager so ausgebildet sind, daß die axiale Länge jedes der äuße ren Nutsegmente größer ist als diejenige der inneren Nutsegmente, wird kein Schmiermittel durch den dynamischen Druck bei Rotation aus dem Lager herausgezwängt.

Da zudem das äußere Nutsegment so ausgebildet ist, daß seine axiale Länge größer ist als diejenige des inneren Nutsegments, und da die Differenz der axialen Länge zwischen dem inneren Nutsegment und dem äußeren Nut segment bei den fischgrätförmigen Nuten an der Seite, die der Druckaufnahmefläche gegenüberliegt, größer ist als die Differenz der axialen Länge zwischen dem inneren Nut segment und dem äußeren Nutsegment der fischgrätförmigen Nuten an der Seite der Druckaufnahmefläche, kann das Aus treten von Schmiermittel an der Seite sicher verhindert werden, die der Druckaufnahmefläche gegenüberliegt.

Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen sowie an Hand der Zeichnung. Dabei zeigt

Fig. 1 eine vertikale Querschnittsansicht einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen dynamischen Drucklagers;

Fig. 2 eine vertikale Querschnittsansicht eines wichtigen Teils einer weiteren Ausführungsform;

Fig. 3 eine vertikale Querschnittsansicht eines wichtigen Teils einer weiteren Ausführungsform; und

Fig. 4 eine vertikale Querschnittsansicht eines herkömmlichen dynamischen Drucklagers.

Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung mit Bezug auf die Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform, die vertikal angeordnet ist mit obenliegendem Druckaufnehmer 7. Die Bauteile, die denjenigen des Standes der Technik ent sprechen, sind mit demselben Bezugszeichen gekennzeichnet.

Das Nutmuster der fischgrätförmigen Nuten 15, die am Umfang der radialen Aufnahmefläche 10 an zwei axial beabstandeten Stellen ausgebildet sind, ist so geformt, daß die axiale Länge jedes der äußeren Nutsegmente 15B länger ist als diejenige jedes inneren Nutsegments 15A (a < b, c < d).

Selbst wenn ein Fabrikationsfehler auftritt, wird hierdurch stets der Pumpeffekt in Richtung der Innenseite des dynamischen Drucklagers ausgeübt, wodurch zuverlässig vermieden werden kann, daß ein Schmiermittel infolge der Auspumpwirkung nach außen abgeführt wird, wie dies bisher der Fall war.

Außerdem ist bei den fischgrätförmigen Nuten 15, die an der oberen und unteren, voneinander beabstandeten Position ausgebildet sind, das Maß der Asymmetrie bei den unteren fischgrätförmigen Nuten 15, die der Seite der Druckaufnahmefläche 11 gegenüberliegend ausgebildet sind, d. h. an der Öffnungsseite der Hülse 6, größer als das Maß der Asymmetrie bei den oberen fischgrätförmigen Nuten 15, so daß die Auspumpwirkung des Schmiermittels aus dem offenen Ende der Hülse 6 noch vollständiger und zuverlässiger vermieden ist.

Dies bedeutet, daß folgende Beziehung gilt:

(a - b < d - c), wobei (a - b) die Differenz der axialen Länge zwischen dem äußeren Nutsegment 15B und dem inneren Nutsegment 15A bei den oberen fischgrätförmigen Nuten 15 ist und (d - c) die Differenz der axialen Länge zwischen dem äußeren Nutsegment 15B und dem inneren Nutsegment 15A bei den unteren fischgrätförmigen Nuten 15 ist.

Da die Differenz der axialen Länge zwischen dem inneren Nutsegment und dem äußeren Nutsegment bei allen oberen und unteren Nuten derart ist: (a - b < d - c), wie oben beschrie ben ist, ist die Kraft, die das Schmiermittel nach oben schickt, stärker als die Kraft, die das Schmiermittel nach unten fördert.

Hinsichtlich der Kraft der Pumpwirkung der fisch grätförmigen Nuten 15 als einen dynamischen Druck erzeugende Nuten ist festzustellen, daß die Kraft, die das Schmier mittel wie Schmieröl oder Fett fördert, größer ist als die Kraft, die Luft bewegt, da die Viskosität des Schmier mittels wie Schmieröl oder Fett höher ist als diejenige von Luft. Wenn somit eine kleine Luftmenge von unten zu dem unteren Ende des Spalts des unteren Radiallagers strömt, steht die Summe der Kraft zum Aufwärtsschicken der Luft und der Kraft zum Aufwärtsschicken des Schmiermittels im Gleichgewicht mit der Kraft, die nur das Schmiermittel nach unten schickt, da die Kraft die Luft fördert, ge ringer ist als diejenige, die Schmiermittel fördert.

Somit strömt weder Luft aus dem offenen Ende der Hülse 6 stetig nach oben, noch tritt Schmiermittel nach unten aus.

Obwohl vorstehend eine Ausführungsform beschrieben ist, bei der die fischgrätförmigen Nuten 15 an der radia len Aufnahmefläche 10 ausgebildet sind, die die äußere Umfangsfläche der Achse 4 der vorstehend beschriebenen Ausführungsform ist, können die fischgrätförmigen Nuten 15 an der radialen Lagerfläche 8 ausgebildet sein, die die innere Umfangsfläche oder innere Diametralfläche der Hülse 6 ist, oder die fischgrätförmige Nuten 15 können sowohl an der radialen Aufnahmefläche 10 als auch an der radialen Lagerfläche 8 ausgebildet sein.

Obwohl ferner ein Punktkontakt-Gleitlager als Druck lager beschrieben ist, bei dem der Druckaufnehmer 7 eine Stahlkugel ist und die Druckaufnahmefläche 11 eine flache Ebene aufweist, kann auch ein sogenanntes Flachnut-Stau drucklager verwendet werden, bei dem die Drucklagerfläche 9 des Druckaufnehmers 7 ebenfalls eine Ebene ist ähnlich der Druckaufnahmefläche 11 und wobei Nuten, die einen dynamischen Druck erzeugen, an wenigstens einer der beiden Flächen ausgebildet sind.

Außerdem kann das erfindungsgemäße dynamische Druck lager in jedem beliebigen Zustand angeordnet sein, bei spielsweise in Querrichtung, mit der Oberseite nach unten gekehrt oder orthogonal, und nicht vertikal, wie Fig. 1 zeigt. Außerdem kann die Achse drehbar sein, während das Gehäuse 5 dann ein stationäres Teil sein kann.

Fig. 2 zeigt ein weiteres Beispiel der fischgrät förmigen Nuten 15 des Radiallagers.

Die Form der Nuten dieser Ausführungsform unter scheidet sich dadurch, daß ein Abschnitt zwischen dem inneren Nutsegment 15A und dem äußeren Nutsegment 15B ab gesondert ist. Auch in diesem Fall werden dieselben Funktionen und Wirkungen, wie sie oben beschrieben sind, erhalten, indem die axiale Länge des äußeren Nutsegments 15B größer ist als diejenige des inneren Nutsegments 15A.

Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform der fischgrätförmigen Nuten. In diesem Fall ist das innere Nutsegment 15A und das äußere Nutsegment 15B mit einem kurzen Zwischensegment 15C verbunden, das sich par allel zu der Achse erstreckt. Auch in diesem Fall werden dieselben Funktionen und Wirkungen erhalten, die bei den anderen Ausführungsformen beschrieben sind, indem die axiale Länge des äußeren Nutsegments 15B größer ist als diejenige des inneren Nutsegments 15A.

Da die vorliegende Erfindung vorsieht, wie oben beschrieben ist, daß die inneren Nutsegmente und die äußeren Nutsegmente der fischgrätförmigen Nuten zur Er zeugung des dynamischen Drucks, die an der radialen Lagerfläche oder der radialen Aufnahmefläche oder an beiden Flächen ausgebildet sind, asymmetrisch zueinander sind, um das Schmiermittel zur Innenseite des Lagers hin zu zwängen, kann das Schmiermittel während der Drehung des Lagers nicht ausfließen, so daß bei dem erfindungs gemäßen Lager keine Verschlechterung der Drehgenauigkeit durch Änderung der Dreheigenschaften auftritt. Das Lager kann sich zudem nicht mangels Schmiermittel fest setzen und hat eine lange Haltbarkeit, wobei zudem ge währleistet ist, daß die Umgebung nicht verschmutzt wird, da kein Schmiermittel zur Außenseite des Lagers versprüht wird.

Claims

Dynamisches Drucklager mit einem Gehäuse mit einer Hülse, einem Druckaufnehmer, der an einem Ende der Hülse befe stigt ist, und einer in die Hülse eingesetzten Achse, wobei die Hülse zylindrische Radiallagerflächen an ihrer Innenfläche an zwei axial beabstandeten Positionen auf weist, der Druckaufnehmer eine Drucklagerfläche hat und die Achse eine radiale Aufnahmefläche, die der Radiallager fläche gegenüberliegt, und eine Druckaufnahmefläche auf weist, die der Drucklagerfläche gegenüberliegt, wobei ferner Schmiermittelausnehmungen nahe der Drucklager fläche und eine Luftauslaßöffnung in dem Gehäuse ausge bildet sind, die die Schmiermittelausnehmungen mit der äußeren Atmosphäre verbindet, und wobei die Radiallager fläche und/oder die Radialaufnahmefläche fischgrätförmige Nuten haben, die innere Spiralnutsegmente an der Seite zwischen den Radiallagerflächen an den zwei Stellen und äußere Spiralnutsegmente aufweisen, die jeweils in einer anderen Richtung als die inneren Nutsegmente an der axial äußeren Seite angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß jedes äußere Nutsegment (15B) eine größere axiale Länge hat als jedes innere Nutsegment (15A), und daß die Differenz der axialen Länge zwischen jedem äußeren Nut segment (15B) und den inneren Nutsegmenten (15A) der fisch grätförmigen Nuten (15) an der Seite, die der Druckaufnahme fläche (11) gegenüberliegt, größer ist als die Differenz der axialen Länge zwischen jedem äußeren Nutsegment (15B) und jedem inneren Nutsegment (15A) der fischgrätförmigen Nuten (15) an der Seite der Druckaufnahmefläche (11).