DE4034826A1 - Dynamisches drucklager - Google Patents
Dynamisches drucklagerInfo
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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 (1)
- 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).
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