DE69607400T2 - Platteneinspannsystem für ein Festplattenlaufwerk - Google Patents

Description

• Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf das Gebiet von Festplatten- Datenspeichergeräten oder Plattenlaufwerken und insbesondere, jedoch ohne Einschränkung, auf ein System zum Festspannen der Platten in fester Beziehung zu der Nabe eines Spindelmotors, der verwendet wird, um die Platten in Drehung zu versetzen.
• Plattenlaufwerke von der Art, die als "Winchester"-Plattenlaufwerke bekannt sind, sind in der Technik gut bekannt. Derartige Plattenlaufwerke schließen zumindest eine starre Platte ein, die für eine Drehung mit konstanter Drehzahl auf einer Nabe eines Spindelmotors befestigt ist. Der Spindelmotor ist typischerweise ein Motor vom bürstenlosen Gleichspannungstyp. Die Platten sind mit einem magnetisierbaren Medium beschichtet, das zum Speichern oder Schreiben und Wiedergewinnen oder Lesen von digitalen Daten verwendet wird.
• Eine Stellglied-Baugruppe ist zur Befestigung einer Vielzahl von Lese-/Schreibköpfen und zur Bewegung der Köpfe in gesteuerter Weise auf irgendeine gewünschte einer Vielzahl von kreisförmigen konzentrischen Spuren auf der Plattenoberfläche vorgesehen.
• Fig. 1 ist eine Draufsicht auf eine bekannte Art eines Plattenlaufwerkes 2. Das Plattenlaufwerk 2 schließt ein Basisbauteil 4 ein, an dem alle anderen Bauteile entweder direkt oder indirekt befestigt sind. Ein oberer Deckel 6, der teilweise fortgeschnitten dargestellt ist, ist an dem Basisbauteil befestigt, um ein abgedichtetes Gehäuse zu bilden, in dessen Inneren die empfindlichen Lese-/Schreib-Bauteile gegen Verunreinigungen in der Umgebung geschützt sind.
• Das Plattenlaufwerk 2 schließt zumindest eine Platte 8 ein, die für eine Drehung auf einem (nicht gezeigten) Spindelmotor befestigt ist und die durch eine Plattenklammer 11 an ihrem Platz gehalten wird. Eine Vielzahl von Lese-/Schreibköpfen (von denen einer bei 12 gezeigt ist) ist über Biegungsbaugruppen 14 an Kopfbefestigungsarmen 60 befestigt, die einstückige Teile eines Stellgliedkörpers 18 sind, der um eine Schwenkwelle 20 unter der Steuerung eines Stellgliedmotors verschwenkbar ist, der allgemein bei 22 gezeigt ist. Wenn der Stellgliedmotor 22 den Stellgliedkörper 18 um die Schwenkwelle 20 antreibt, werden die Köpfe 12 in steuerbarer Weise entlang einer bogenförmigen Bahn 24 auf irgendeine einer Vielzahl von kreisförmigen konzentrischen (nicht gezeigten) Datenspuren auf der Plattenoberfläche zurück und vorwärts bewegt.
• Einer der Bereiche der Konstruktionen von Plattenlaufwerken, dem große Aufmerksamkeit geschenkt wird, ist die Vorrichtung, die zur Befestigung der Platten an der Nabe des Spindelmotors verwendet wird. Bei einem typischen Plattenlaufwerk schließt die Nabe des Spindelmotors einen zylindrischen Plattenbefestigungsbereich ein, der einen Außendurchmesser aufweist, der im wesentlichen gleich dem Innendurchmesser der Platten ist. An einem Ende dieses Plattenbefestigungsbereiches, üblicherweise an dem auf das Basisbauteil des Gehäuses des Plattenlaufwerkes gerichteten Ende, befindet sich ein sich in Radialrichtung erstreckender Plattenbefestigungsflansch, der eine Plattform bildet, gegen die ein dem Innendurchmesser benachbarter Bereich einer Platte anliegen kann. Bei Plattenlaufwerken, die mehr als eine Platte verwenden, sind ringförmige Abstandsstücke zwischen benachbarten Platten um die Nabe des Spindelmotors herum eingefügt, um einen "Plattenstapel" zu bilden, der aus einer Platten-/Abstandstück-/Platten-Anordnung besteht, bis alle Platten in dem Plattenlaufwerk auf der Nabe gestapelt sind. Schließlich wird zur Befestigung des Plattenstapels an der Nabe des Spindelmotors irgendeine Art einer Klemm- oder Festspannvorrichtung verwendet, um den Plattenstapel gegen den Plattenbefestigungsflansch zu pressen. Es ist diese Klemmung oder dieses Festspannen, das für den einwandfreien Betrieb des Plattenlaufwerkes kritisch ist.
• Damit das Plattenlaufwerk in der vorgesehenen Weise arbeitet, muß die Klemmkraft, die zur Befestigung des Plattenstapels an der Nabe des Spindelmotors verwendet wird, in einen bestimmten Bereich fallen: Bei einer zu geringen Klemmkraft könnten sich die Platten in Radialrichtung oder in Umfangsrichtung in der Ebene senkrecht zur Drehachse des Spindelmotors verschieben, während eine zu große Klemmkraft die Platten selbst gegenüber der ebenen Form verformen könnte, die erforderlich ist, damit die Lese-/Schreibköpfe in geeigneter Weise über der Platte "fliegen" können.
• Eine Art einer typischen bekannten Plattenklammer ist aus Metallblech ausgestanzt und weist einen Außendurchmesser auf, der geringfügig größer als der Innendurchmesser der Platten ist. Diese Art von Klammer wird dann gestanzt und geprägt, um einen sich in Umfangsrichtung erstreckenden wellenförmigen Bereich in der Nähe der Außenkante zu bilden, und es werden Schraubenlöcher ausgebildet, die mit entsprechenden Gewindebohrungen in der oberen Oberfläche der Nabe des Spindelmotors zusammenpassen. Wenn Schrauben durch die Klammer hindurch eingesetzt und in der Nabe des Spindelmotors festgezogen werden, so kommt die untere Oberfläche des am Umfang verlaufenden wellenförmigen Bereichs mit der oberen Oberfläche der oberen Platte in dem Plattenstapel in der Nähe des Innendurchmessers dieser oberen Platte in Berührung, wodurch der Plattenstapel zwischen der Plattenklammer und dem Plattenbefestigungsflansch auf der Nabe des Spindelmotors festgespannt und zusammengedrückt wird. Eine derartige Plattenklammer ist in dem US-Patent 5 295 030 vom 15. März 1994 gezeigt, die auf den Anmelder der vorliegenden Erfindung übertragen wurde und deren Inhalt durch diese Bezugnahme hier aufgenommen wird.
• Ein Nachteil dieser Art von Plattenklammer besteht darin, daß die Köpfe der Schrauben, die zur Befestigung der Plattenklammer verwendet werden, über die Plattenklammer hinaus vorspringen und zur Gesamthöhe des Plattenlaufwerkes beitragen. Bei heutigen Konstruktionen von Plattenlaufwerken liegt ein starkes Augenmerk auf der Verringerung der Gesamthöhe des Plattenlaufwerkes und der Verwendung der gesamten zur Verfügung stehenden Höhe des Plattenlaufwerkes für Betriebsbauteile, das heißt, Platten und Köpfe. Bei derartigen Konstruktionen ist es eindeutig unerwünscht, einen vertikalen Raum durch vorspringende Schraubenköpfe zu vergeuden.
• Ein Beispiel eines derartigen Plattenlaufwerkes ist in Fig. 2 gezeigt, die eine geschnittene Seitenansicht einer Spindelmotor-/Plattenstapel-Baugruppe 30 nach dem Stand der Technik zeigt. Der (nicht getrennt bezeichnete) Spindelmotor schließt eine stationäre Welle 32 ein, die obere und untere Kugellagerbaugruppen 94 trägt. Die (nicht getrennt bezeichneten) Lagerinnenringe der Kugellagerbaugruppen 34 sind bezüglich der stationären Welle 32 festgelegt, während die (wiederum nicht bezeichneten) Lageraußenringe der Kugellagerbaugruppen 34 eine Spindelmotor-Nabe 36 für eine Drehung um die stationäre Welle 32 befestigen und lagern. Die Spindelmotor-Nabe 36 schließt einen Motorbauteil-Abschnitt 38, der die Permanentmagneten und Stator-Blechpakete und Wicklungen (die alle nicht bezeichnet sind) umgibt, sowie einen Plattenbefestigungsabschnitt 40 ein.
• Dieser Plattenbefestigungsabschnitt 40 ist so dargestellt, als ob er im wesentlichen den gleichen Durchmesser wie der Innendurchmesser der Platten 8 hat. Die dargestellte Konfiguration schließt zwei Platten 8 ein, wobei die untere der beiden Platten 8 auf einem Plattenbefestigungsflansch 42 ruht, der einen einstückigen Teil der Spindelmotor-Nabe 36 bildet und sich in Radialrichtung über den Plattenbefestigungsabschnitt 40 der Spindelmotor-Nabe 36 und unter den Innendurchmesser der unteren Platte 8 erstreckt. Die beiden Platten sind durch ein Plattenabstandsstück 44 getrennt.
• Weiterhin ist eine Plattenklammer 46 gezeigt. Diese Plattenklammer 46 ist von der weiter oben erläuterten Art und ist aus Metallblech in Form einer Scheibe gebildet. Benachbart zum Außenrand der Plattenklammer 46 ist ein sich in Umfangsrichtung erstreckender wellenförmiger Bereich 48 gebildet, der in Richtung auf die obere Oberfläche der oberen Platte 8 vorspringt. Die Plattenklammer 46 schließt weiterhin eine Vielzahl von (nicht bezeichneten) Bohrungen ein, durch die hindurch Schrauben 50 in (ebenfalls nicht bezeichnete) Gewindebohrungen in der Nabe 36 des Spindelmotors eingeschraubt sind. Wenn die Schrauben 50 festgezogen werden, kommt die untere Oberfläche des sich in Umfangsrichtung erstreckenden wellenförmigen Bereichs 48 mit der oberen Oberfläche der oberen Platte 8 in Berührung, und wenn die Schrauben 50 weiter festgezogen werden, so wird der Außenteil der Plattenklammer 46 nach oben gebogen, so daß sich eine gesteuerte Klemm- oder Spannkraft auf die Platten 8 und das Plattenabstandsstück 44 ergibt. Diese Art von Plattenklammer wurde häufig verwendet, und zwar aufgrund der relativen Einfachheit, mit der die Klemmkraft ausgewählt und kontrolliert werden kann. Das heißt, daß durch Auswahl des Materials der Plattenklammer, ihrer Dicke und ihrer Abmessungen die Größe der Kraft, die durch die Verformung der Klammer durch den Druck der Schrauben ausgeübte Kraft sowohl leicht ausgewählt als auch leicht kontrolliert werden konnte.
• Der spezielle Nachteil dieser Art von Klammer ist ebenfalls aus der Figur ersichtlich. Weil die Schrauben 50 durch die Plattenklammer 46 hindurch in die Nabe 36 des Spindelmotors eingeschraubt werden, springen die Köpfe der Schrauben erheblich nach oben hin über den Spindelmotor vor. Dies führt dazu, daß der Raum oberhalb des Spindelmotors und unterhalb des oberen Deckels 6 relativ groß sein muß, wodurch vertikaler Raum in dem gesamten Plattenlaufwerk "vergeudet" wird.
• Um den vergeudeten vertikalen Raum zu einem Minimum zu machen, wurde es üblich, Klemmringe zu verwenden, die mit der Außenoberfläche des oberen Endes der Nabe des Spindelmotors in Eingriff kommen und in der vertikalen Ebene des obersten Kopfes auf der oberen Oberfläche der oberen Platte liegen. Ein Beispiel dieser Art von Klemmring findet sich in dem US-Patent 4 933 785 vom 12. Juni 1990 (Prairietek) und in verschiedenen Produkten, die von dem Inhaber der vorliegenden Erfindung hergestellt werden. In der ersteren (Prairietek) und in verschiedenen Produkten, die von dem Inhaber der vorliegenden Erfindung hergestellt werden. In dem ersten dieser Beispiele ist die Innenoberfläche des Klemmringes mit Gewinde versehen, und er ist auf passende Gewindegänge auf der Außenoberfläche der Nabe des Spindelmotors aufgeschraubt. Obwohl diese Technik nicht zu einer Verringerung der Gesamthöhe der Einheit beiträgt, ist es kostspielig, die Gewindegänge zu bilden, und es weiterhin schwierig, die gleichförmige Verteilung des auf den Plattenstapel ausgeübten Druckes genau zu steuern.
• Im letzteren dieser Beispiele wird der Klemmring erhitzt, um den Klemmring aufzuweiten, und der aufgeweitete Klemmring wird auf das obere Ende der Nabe des Spindelmotors aufgesetzt und die gewünschte Klemmkraft wird auf den Klemmring in einer Achse senkrecht zu den Plattenoberflächen ausgeübt. Man läßt dann den Klemmring abkühlen und sich zusammenziehen, wodurch die Innenoberfläche des Klemmringes in Eingriff mit der Außenoberfläche der Nabe des Spindelmotors verriegelt wird, während die gewünschte Druckkraft auf den Plattenstapel ausgeübt wird. Bei dieser Art von "durch Wärme aufgeweiteten" Klemmringen ist es wesentlich einfacher, die gleichförmige Verteilung der Klemmkraft zu kontrollieren, als dies bei der mit Gewinde versehenen, weiter oben erläuterten Klammer möglich war.
• Der durch Wärme aufgeweitete Klemmring des Standes der Technik hat jedoch als solcher einen Nachteil. Typische, durch Wärme aufgeweitete Plattenklemmringe sind mit einer abgestuften Oberfläche auf der unteren Oberfläche versehen, die eine Plattenkontaktoberfläche eng benachbart zur äußeren Kante der Plattenklammer bildet, die mit dem Plattenstapel in Berührung kommt, wobei ein ringförmiger Luftspalt oberhalb der oberen Platte zwischen der Plattenkontaktoberfläche und der Außenoberfläche der Nabe des Spindelmotors verbleibt. Das Material der Plattenklammer zwischen der Nabe und der Plattenkontaktoberfläche wirkt als "freitragende Feder". Diese Art von durch Wärme aufweitbarer Plattenklammer hat jedoch eine sehr große "Federkonstante" in der Größenordnung von 7880 N/mm bis 10500 N/mm (45-60000 Pfund/Zoll). Dies bedeutet, daß sehr geringfügige Änderungen in der abschließenden vertikalen Position des Klemmringes auf der Nabe des Spindelmotors zu unerwünscht großen Abweichungen der auf den Plattenstapel ausgeübten Klemmkraft führen.
• Ein Beispiel eines derartigen Plattenlaufwerkes ist in Fig. 3 gezeigt, die eine seitliche Schnittansicht zeigt. Wie bei der vorstehenden Erläuterung der Fig. 2 schließt diese Konfiguration zwei Platten 8 und eine stationäre Welle 52 ein, auf der obere und untere Kugellagerbaugruppen 54 befestigt sind. Die Nabe 56 des Spindelmotors ist auf den Lageraußenringen der Kugellagerbaugruppen 54 drehbar befestigt, und die Nabe des Spindelmotors schließt einen zylindrischen Plattenbefestigungsabschnitt 58 mit einem Außendurchmesser im wesentlichen gleich dem Innendurchmesser der Platten 8 ein. Es ist ein Plattenabstandstück 44 zum Aufrechterhalten eines gewünschten Abstandes zwischen den Platten 8 gezeigt.
• Die Fig. 3 zeigt weiterhin einen durch Wärme aufweitbaren Plattenklemmring 60, der mehrere funktionelle Merkmale aufweist. Wie dies aus der Figur zu erkennen ist, ist die untere Oberfläche des Plattenklemmringes 60 abgestuft, um eine Plattenstapel- Kontaktoberfläche 62 in der Nähe seines Außendurchmessers zu bilden. Die am weitesten innenliegende Oberfläche des Plattenklemmringes 60 bildet eine Nabenkontaktoberfläche 64, die mit einem zusammenpassenden Teil der Nabe 56 des Spindelmotors in Eingriff steht. Die Nabe 56 des Spindelmotors und der Plattenklemmring 60 sind derart bemessen, daß der Außendurchmesser der Nabe 56 des Spindelmotors geringfügig größer als die Innenabmessung des Plattenklemmringes 60 ist, wenn die Teile hergestellt werden. Der Zusammenbau des Plattenklemmringes 60 mit der Nabe 56 des Spindelmotors wird durch Erhitzen des Plattenklemmringes 60 auf eine Temperatur durchgeführt, die beträchtlich höher als die Umgebungstemperatur ist, bei der das Plattenlaufwerk arbeiten soll. Dieses Erhitzen bewirkt ein Aufweiten des Plattenklemmringes 60, wodurch der Innendurchmesser auf eine Größe vergrößert wird, der größer als der Außendurchmesser der Nabe 56 des Spindelmotors ist. Der erhitzte Plattenklemmring 60 wird dann über das obere Ende der Nabe 56 des Spindelmotors aufgesetzt und mit einer gewünschten Klemmkraft nach unten gedrückt, wobei die Plattenstapel-Kontaktoberfläche 62 mit der Oberseite des Plattenstapels in Berührung kommt. Bei der speziellen gezeigten Konfiguration ist eine ebene Beilagscheibe 66 zwischen dem Klemmring 60 und der oberen Platte 80 eingefügt, um die gleichförmige Verteilung der Klemmkraft um den inneren Teil des Plattenstapels herum zu unterstützen.
• Wie dies für den Fachmann zur erkennen ist, ist diese Art von Plattenklemmsystem wesentlich weniger arbeitsaufwendig, als das verschraubte Klemmschema, das weiter oben bezüglich der Fig. 2 beschrieben wurde. Diese Art von Plattenklemmung führt jedoch zu einem erheblichen Bereich von Bedenken, wenn sie bei Anwendungen mit Massenproduktion verwendet wird.
• Wenn er in der Konfiguration nach Fig. 3 zusammengebaut wird, wirkt der Plattenklemmring 60 als Feder mit relativ großer Federkonstante. Das heißt, daß wenn die Plattenklammer 60 abgekühlt wurde und auf einen festen Eingriff mit der Nabe 56 des Spindelmotors aufgeschrumpft wurde, der am weitesten innenliegende Bereich des Plattenklemmringes 60 stationär gehalten wird, während die Plattenstapel-Kontaktoberfläche 62 am gegenüberliegenden Ende eines Klammer-Federelementes 68 liegt, das als freitragender Träger wirkt, der durch die nach unten gerichtete Kraft belastet wird, die während des Zusammenbaus auf den Plattenklemmring 60 ausgeübt wird. Wie dies weiter oben erwähnt wurde, liegt die Federkonstante eines typischen Plattenklemmringes des Standes der Technik üblicherweise im Bereich von 7880 N/mm bis 10500 N/mm (45-60000 Pfund/Zoll), was bedeutet, daß selbst geringfügige Änderungen der vertikalen Position der Naben-Kontaktoberfläche 64 auf der Nabe 56 des Spindelmotors unerwünscht große Änderungen der Klemmkraft hervorrufen würden, die auf den Plattenstapel an der Plattenstapel-Kontaktoberfläche 42 ausgeübt wird.
• Ein weiteres Problem bei bekannten Klemm- oder Festspannsystemen besteht in der Schaffung irgendeiner Möglichkeit, die ein leichtes Zerlegen ermöglicht, so daß Teile repariert oder wiederverwendet werden können.
• In Fig. 3 ist eine bekannte Lösung des Problems der Nachbearbeitung und Reparatur der Spindelmotor-/Plattenstapel-Baugruppe gezeigt. Die Figur zeigt spezielle eine Abschrägung 96, die eine einer Vielzahl derartiger Abschrägungen ist, die mit Abstand um das obere Ende der Nabe 56 des Spindelmotors herum oberhalb des Plattenbefestigungsteils 58 angeordnet sind. Weil die Innenoberfläche des Plattenklemmringes 60 eine kontinuierliche zylindrische Oberfläche bei diesem bekannten Festspannsystem ist, ergeben diese Abschrägungen 96 Stellen, an denen ein (nicht gezeigtes) Klemmring-Entfernungswerkzeug eingesetzt und zur Anlage an der Innenoberfläche des Plattenklemmringes 60 gebracht werden kann. Ein derartiges Klemmring-Entfernungswerkzeug kann von der Art sein, die den Plattenklemmring 60 erhitzt und somit den Klemmring 60 für eine Entfernung von der Baugruppe aufweitet, oder es kann ein einfaches mechanisches Werkzeug sein, das eine ausreichende Kraft auf die Innenoberfläche des Plattenklemmringes 60 ausübt, damit das Material "nachgibt" und eine Entfernung ermöglicht.
• Obwohl diese Kombination von Abschrägungen 96 auf der Nabe 56 des Spindelmotors eine Entfernung des Plattenklemmringes 60 ermöglicht, ist sie mit einer hohen Kostenlast verbunden. Das heißt, die Kosten zur maschinellen Einarbeitung der Abschrägungen 96 in der Nabe 56 des Spindelmotors können bis zu mehreren US- Dollar pro Plattenlaufwerk reichen. Dies ist eine Konsequenz, die bei der Plattenlaufwerk-Industrie so weit wie möglich vermieden werden muß, weil Plattenlaufwerke in sehr großen Stückzahlen hergestellt werden und immer unter einem extremen Marktdruck stehen, die Herstellungskosten und den nachfolgenden Kundenpreis zu verringern.
• Ein Beispiel bekannter Klemm- oder Festspannverfahren findet sich in der EP-A-116 118, die in dem Oberbegriff des Anspruchs 1 wiedergegeben ist.
• Es ist erwünscht, ein Plattenklemm- oder Festspannsystem zu schaffen, das sowohl die leicht kontrollierbare Klemmkraft der Metallblech-Plattenklammer als auch die leichte Herstellung und die verringerten Kosten der durch Wärme aufgeweiteten Plattenklammer ergibt.
• Es ist ein Ziel der Erfindung, ein Plattenklemm- oder Festspannsystem zu schaffen, das die Gesamthöhe des Plattenlaufwerkes zu einem Minimum macht.
• Es ist ein weiteres Ziel der Erfindung, ein Plattenklemm- oder Feststpannsystem zu schaffen, bei dem die Größe der auf die Plattenklammer ausgeübten Klemmkraft leicht kontrolliert werden kann.
• Es ist ein weiteres Ziel der Erfindung, ein Plattenklemm- oder Festspannsystem zu schaffen, das aus mit geringen Kosten hergestellten Bauteilen besteht und das in einer Massenproduktionsumgebung leicht zusammenbaubar ist.
• Gemäß einem Grundgedanken der Erfindung wird eine Vorrichtung zum Festspannen von zumindest einer Platte an der Nabe eines Plattenlaufwerkes geschaffen, wobei die Vorrichtung ein elastisch verformbares Bauteil 80 zur Befestigung auf der Nabe und ein durch Wärme ausdehnbares Klemmbauteil zur Befestigung auf der Nabe derart aufweist, daß das Klemmbauteil im Normalbetrieb des Plattenlaufwerkes mit der Nabe in Eingriff steht und eine Verformung des elastisch verformbaren Bauteils hervorruft, um auf diese Weise die Platte oder die Platten an der Nabe festzuspannen, wobei das elastisch verformbare Bauteil aus Metallblech geformt ist und einen sich in Umfangsrichtung erstreckenden wellenförmigen Bereich einschließt, der auf die Platte oder die Platten einwirkt, und wobei die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, daß das elastisch verformbare Bauteil durch einen Kontakt mit einer Ecke des Klemmbauteils verformt wird, so daß der Kontaktbereich zwischen diesen Bauteilen zu einem Minimum gemacht wird.
• Vorzugsweise ist das Klemmbauteil derart, daß es sich bei einer Erhitzung aufweitet, so daß es einen Gleitsitz mit der Nabe aufweist, und deart, daß wenn sich das Plattenlaufwerk auf seiner üblichen Betriebstemperatur befindet, das Klemmbauteil einen Preßsitz mit der Nabe bildet. Weil eine Elastizität in der Klemm- oder Festspannvorrichtung vorgesehen ist, rufen kleinere Änderungen in der Position des Klemmbauteils keine drastischen Änderungen der Klemmkraft hervor, was im Gegensatz zu dem Stand der Technik steht, der anhand der Fig. 3 beschrieben wurde.
• Bei einer Ausführungsform wird ein Plattenfestspann- oder Klemmsystem geschaffen, das eine Modifikation der Nabe des Spindelmotors zur Schaffung eines zylindrischen Plattenklammer-Befestigungsabschnittes mit einem Durchmesser, der kleiner als der Innendurchmesser der Platten ist, ein aus Metallblech gebildetes Plattenklemm- Federbauteil mit einer Mittelöffnung mit einem Durchmesser, der im wesentlichen gleich dem Außendurchmesser des Plattenklammer-Befestigungsabschnittes der Nabe des Spindelmotors ist, und mit einem Außendurchmesser, der etwas größer als der Innendurchmesser der Platten ist, und einen durch Wärme aufweitbaren Plattenklemmring einschließt, der ebenfalls einen Innendurchmesser aufweist, der im wesentlichen gleich dem des Plattenklammer-Befestigungsabschnittes der Nabe des Spindelmotors ist. Im Gebrauch wird das Plattenklemm-Federelement über dem Plattenklammer-Befestigungsabschnitt der Nabe des Spindelmotors angeordnet, wobei ein am Umfang angeordneter wellenförmiger Bereich in der Nähe der Außenkante des Plattenklemm-Federelementes mit der oberen Oberfläche der oberen Platte in dem Plattenstapel in der Nähe des Innendurchmessers der Platte in Berührung kommt. Der durch Wärme aufweitbare Plattenklemmring wird dann erwärmt, um den Plattenklemmring aufzuweiten, und der Plattenklemmring wird über dem Plattenklammer-Befestigungsabschnitt der Nabe des Spindelmotors angeordnet, und kommt mit dem Innendurchmesser des Plattenklemm-Federelementes in Berührung, wobei auf den Innendurchmesser des Plattenklemm-Federelementes ein Druck ausgeübt wird, bis die gewünschte Klemmkraft an dem am Umfang verlaufenden wellenförmigen Bereich des Plattenklemm-Federelementes erzeugt wird. Man läßt dann den Plattenklemmring abkühlen, wodurch die am weitesten innenliegende Oberfläche des Plattenklemmringes in Kontakt mit der Außenoberfläche des Plattenklemm-Befestigungsabschnittes des Spindelmotors gebracht wird und die Platten auf einer festen Beziehung mit der Nabe des Spindelmotors verriegelt werden. Ein Auswuchtelement zum Aufrechterhalten eines ausgewuchteten Zustandes der gesamten Motor-/Plattenstapel-Baugruppe kann ebenfalls vorgesehen sein.
• Bei einem weiteren Grundgedanken der Erfindung sind Merkmale in dem Plattenklemmring vorgesehen, die die Entfernung der Klemmringelemente für eine Nachbearbeitung während der Herstellung oder Reparatur erleichtern.
• Für ein besseres Verständnis der Erfindung wird nunmehr ein Ausführungsbeispiel in Form eines Beispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen:
• Fig. 1 eine Draufsicht auf ein Plattenlaufwerk ist, bei dem die vorliegenden Erfindung besonders nützlich ist,
• Fig. 2 eine geschnittene Seitenansicht einer Spindelmotor-/Plattenstapel-Baugruppe ist, die ein bekanntes Plattenklemmsystem zeigt,
• Fig. 3 eine geschnittene Seitenansicht einer Spindelmotor-/Plattenstapel-Baugruppe ist, die ein zweites bekanntes Plattenklemmsystem zeigt,
• Fig. 4 eine auseinandergezogene Ansicht ist, die das Klemm- oder Festspannsystem einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt,
• Fig. 5 eine geschnittene Seitenansicht einer Spindelmotor-/Plattenstapel-Baugruppe ist, die das Klemmsystem der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
• Fig. 4 zeigt eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht der Hauptelemente des Plattenklemm- oder Festspannsystems. Ein derartiges Festspannsystem ist insbesondere in einem Plattenlaufwerk der in Fig. 1 gezeigten Art brauchbar. Das erste Element, das einen Teil des Klemmsystems bildet, ist eine speziell geformte Nabe 70 des Spindelmotors. Wie bei den vorstehend erläuterten Beispielen nach dem Stand der Technik schließt die Nabe 70 des Spindelmotors einen zylindrischen Plattenbefestigungsteil 12 und einen sich in Radialrichtung erstreckenden Plattenbefestigungsflansch 74 an einem Ende des Plattenbefestigungsteils 72 ein. Wie dies für den Fachmann gut bekannt ist, ist der Durchmesser des Plattenbefestigungsteils 72 der Nabe 70 des Spindelmotors geringfügig kleiner als der Durchmesser der Mittelöffnung 76 in den Platten 8, um den Zusammenbau der Platten 8 auf der Nabe 70 des Spindelmotors zu erleichtern und um eine unterschiedliche thermische Ausdehnung dieser Hauptbauteile zu ermöglichen. Ein Plattenabstandsstück 44 ist ebenfalls in Fig. 4 gezeigt. Es sei erneut darauf hingewiesen, daß obwohl eine Konfiguration mit zwei Platten gezeigt ist, die vorliegende Erfindung für Konfigurationen geeignet ist, die sowohl eine größere als auch eine kleinere Anzahl von Platten aufweisen.
• Ein zylindrischer Plattenklemmabschnitt 78 der Nabe des Spindelmotors liegt an einem zweiten Ende des Plattenbefestigungsteils 72 gegenüberliegend zu dem Plattenbefestigungsflansch 74, und dieser Plattenklemmabschnitt 78 ist coaxial zu dem Plattenbefestigungsteil 72 und dem Plattenbefestigungsflansch 74, und er weist einen Durchmesser auf, der kleiner als der Durchmesser des Plattenbefestigungsteils 72 ist.
• Ein zweites Element des Plattenfestspannsystems ist ein Plattenklemm-Federelement 80, das aus ebenem Blechmaterial gebildet ist. Wie dies in der Figur gezeigt ist, weist das Plattenklemm-Federelement 80 eine Mittelöffnung 82 auf, die geringfügig größer als der Durchmesser des Plattenklemmabschnittes 78 der Nabe 70 des Spindelmotors sein sollte, um den Zusammenbau zu erleichtern. Das Plattenklemm-Federelement 80 weist einen Außendurchmesser auf, der größer als der Durchmesser der Mittelöffnung 76 der Platten 8 ist, und es schließt einen sich in Umfangsrichtung erstreckenden wellenförmigen Bereich 84 ein, der in der Nähe des Außendurchmessers gebildet ist, um eine Kontaktoberfläche (die mit 86 in Fig. 5 bezeichnet ist) an der Unterseite des sich in Umfangsrichtung erstreckenden wellenförmigen Bereichs 84 zu bilden.
• Ein drittes Hauptelement des Plattenfestspannsystems ist ein Klemmring 88, der einen Innendurchmesser aufweist, der so ausgewählt ist, daß er auf dem Plattenklemmabschnitt 78 der Nabe 70 des Spindelmotors blockiert. Das heißt, daß der Innendurchmesser des Klemmringes 88 nominell geringfügig kleiner als der Außendurchmesser des Plattenklemmabschnittes 78 der Nabe 70 des Spindelmotors ist, wenn alle Bauteile der Baugruppe eine Temperatur innerhalb des festgelegten Betriebstemperaturbereiches des Plattenlaufwerkes haben.
• Wenn ein das Festspannsystem enthaltendes Plattenlaufwerk zusammengebaut wird, werden die Platten 8 und irgendwelche zugehörigen Abstandsstücke 44 auf den Plattenbefestigungsteil 72 der Nabe 70 des Spindelmotors aufgeschoben und auf dem Plattenbefestigungsflansch 74 zur Anlage gebracht. Das Plattenklemm-Federelement 80 wird dann über den Plattenklemabschnitt 78 gebracht, wobei die Kontaktoberfläche 86 auf der oberen Oberfläche der obersten Platte 8 in dem Plattenstapel liegt. Der Klemmring 88 wird dann erhitzt und aufgeweitet, um es zu ermöglichen, daß der Klemmring 88 über den Plattenklemmabschnitt 78 paßt und zur Anlage gegen das Plattenklemm-Federelement 80 in einem Bereich gebracht wird, der eng benachbart zur Mittelöffnung 82 in dem Plattenklemm-Federelement 80 ist. Es wird dann ein Druck auf den Klemmring 88 aufgebracht, um das Plattenklemm-Federelement 80 zu verformen und um die gewünschte Klemmkraft auf den Plattenstapel über die Kontaktoberfläche 86 aufzubringen. Man läßt dann den Klemmring 88 an seiner Position abkühlen, und die Zusammenziehung des Klemmringes 88 aufgrund seiner Abkühlung führt zu einem Preßsitz zwischen dem Klemmring 88 und dem Plattenklemmabschnitt 78 der Nabe 70 des Spindelmotors.
• Die Beziehung der Elemente im zusammengebauten Zustand ist am besten aus Fig. 5 zu erkennen, die eine seitliche Schnittansicht ist und die zusammengebaute Beziehung der vorstehend erläuterten Elemente zeigt. Wie dies in Fig. 5 gezeigt ist, schließt der (nicht getrennt bezeichnete) Spindelmotor eine stationäre Welle 90 ein, die fest an dem Basisteil 40 und dem oberen Deckel 6 des Plattenlaufwerkes befestigt ist. Weil das Verfahren der Befestigung dieser Welle 90 an den Gehäusebauteilen nicht als Teil der vorliegenden Erfindung betrachtet wird, erfolgt hier keine weitere Erläuterung dieser Befestigung.
• Die Figur zeigt klar, daß die Nabe 70 des Spindelmotors einen Plattenbefestigungsteil 72 mit einem Plattenbefestigungsflansch 74 einschließt, der an einem Ende hiervon angeordnet ist. In dem in Fig. 5 gezeigten Beispiel bilden zwei Platten 8 mit einem einzigen Abstandsstück 44 den Plattenstapel. Die Anzahl der Platten 8 und Abstandsstücke 44 stellt keine Beschränkung des Schutzumfanges der vorliegenden Erfindung dar und sollte auch nicht so betrachtet werden. Wie dies zu erkennen ist, weist der Plattenbefestigungsteil 72 der Nabe 70 des Spindelmotors einen Durchmesser auf, der geringfügig kleiner als der Innendurchmesser der Platten 8 und des Abstandsstückes 44 ist, um den Zusammenbau der Platten 8 und des Abstandsstückes 44 auf der Nabe 70 des Spindelmotors zu ermöglichen. Die Figur zeigt weiterhin, daß der Plattenklemmabschnitt 78 der Nabe 70 des Spindelmotors einen Durchmesser hat, der beträchtlich kleiner als der Durchmesser des Plattenbefestigungsteils 72 ist. Das Plattenklemm-Federelement 80 ist mit seiner Kontaktoberfläche 86 in Anlage auf den Innenteil der oberen Platte 8 gezeigt, während seine Mittelöffnung 82 einen Durchmesser aufweist, der eng mit dem Plattenklemmabschnitt 78 der Nabe 70 des Spindelmotors zusammenwirkt.
• Wie dies in der Figur gezeigt ist, steht der Klemmring 88 mit der Außenoberfläche des Plattenklemmanschnittes 78 der Nabe 70 des Spindelmotors und außerdem mit der oberen Oberfläche des Federelementes 80 an einer Stelle eng benachbart zu der Mittelöffnung in dem Federelement in Eingriff. Die auf die Platten 8 ausgeübte Klemmkraft wird geschaffen, wenn der Klemmring 88 nach unten auf den inneren Teil des Federelementes 80 drückt und das. Federelement 80 gegenüber seinem unbelasteten Zustand (der in Fig. 5 durch die gestrichelte Linie gezeigt ist) auf den belasteten Zustand verformt. Der Klemmring 88 schließt weiterhin eine Abschrägung 92 auf seiner äußeren unteren Ecke ein, die einen Winkel aufweist, der größer als der ist, der von dem inneren Teil des Federelementes 80 eingenommen wird, wenn sich dieses im zusammengebauten belasteten Zustand befindet. Diese Abschrägung 92 stellt sicher, daß der Kontakt zwischen dem Klemmring 88 und dem Federelement 80 auf einen einzigen kreisförmigen Kontaktbereich beschränkt ist.
• Es ist für einen Fachmann ersichtlich, daß das beschriebene Plattenfestspannsystem eine leicht auswählbare und leicht kontrollierbare Klemmkraft ermöglicht. Das heißt, daß, sobald die gewünschte Klemmkraft bestimmt ist (auf der Grundlage der Anzahl der Platten in dem Stapel, der festgelegten mechanischen Stoßbelastungen und anderer bekannter Bedingungen), es eine relativ einfache Anwendung üblicher Ingenieurtechniken ist, ein Material und Abmessungen für das Federelement 80 auszuwählen, und zu berechnen, welche Kraft von dem Klemmring 88 auf das Federelement 80 ausgeübt werden muß, um die gewünschte Klemmkraft zu erzeugen.
• Weil weiterhin die Elastizität des Festspannsystems in dem Federelement 80 und nicht in dem durch Wärme aufweitbaren Klemmring wie beim Stand der Technik nach Fig. 3 liegt, erzeugen geringfügige Änderungen der abschließenden vertikalen Position des Klemmringes 88 keine drastischen Änderungen der Klemmkraft, wie dies weiter oben bei der Erläuterung der Fig. 3 erwähnt wurde.
• Fig. 5 zeigt weiterhin eine Auswuchtklammer 94, die auf der Außenoberfläche des Klemmringes 88 befestigt ist. Diese Auswuchtklammer 94 sollte von einer Art sein, wie sie in der anhängigen US-Patentanmeldung 08/371 843 vom 12. Januar 1995 beschrieben ist, die auf den Inhaber der vorliegenden Erfindung übertragen wurde und deren Inhalt durch diese Bezugnahme hier aufgenommen wird, als ob sie hier vollständig enthalten wäre. Eine Kopie dieser US-Patentanmeldung wird hiermit eingereicht. Die Auswuchtklammer 94 ist ein wahlweises Merkmal, das das Betriebsverhalten des Plattenlaufwerkes verbessern kann.
• In einem weiteren Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung sind bestimmte Merkmale in die Elemente des Festspannsystems eingearbeitet, um eine Nachbearbeitung während des Herstellungsvorganges oder bei einer Reparatur der Plattenlaufwerkeinheit nach der Herstellung zu erleichtern. Eine derartige Nachbearbeitung oder Reparatur kann erforderlich sein, und es ist immer wünschenswert so viele "gute" Bauteile wie möglich zu retten, um die Kosten zu einem Minimum zu machen. Sollte irgendein Fehler in dem Spindelmotor-/Plattenstapelbereich festgestellt werden, so wäre es wünschenswert, irgendeine Möglichkeit zur leichten Beseitigung des Festspannsystems zu schaffen, um ein Zerlegen zu ermöglichen.
• Bei erneuter Betrachtung der Fig. 4 ist eine Anpassung der Bauteile zu erkennen, die ein Zerlegen des Plattenfestspannsystems ermöglicht. Im einzelnen zeigt eine Betrachtung der Fig. 4, daß der Plattenklemmabschnitt 78 der Nabe 70 des Spindelmotors eine einfache zylindrische Oberfläche ist, wodurch die kostspielige maschinelle Bearbeitung von Abschrägungen beseitigt wird, wie dies beim Stand der Technik nach Fig. 3 gezeigt ist. Stattdessen schließt der Plattenklemmring 88 eine Vielzahl von Kerben 98 ein, die mit Abstand um die Innenoberfläche des Plattenklemmringes 88 angeordnet sind und das Einsetzen eines Plattenklemmring- Entfernungswerkzeuges ermöglichen (das nicht gezeigt ist), wie dies weiter oben beschrieben wurde. Weil weiterhin der Plattenklemmring 88 unter Verwendung eines Strangpreßverfahrens gebildet werden kann, können die Kerben oder Nuten 98 durch das Strangpreßwerkzeug hergestellt werden, so daß sich keine zusätzlichen Kosten für das Plattenlaufwerk ergeben.
• Es ist klar, daß das vorstehend beschriebene Festspannsystem sehr gut dazu ausgebildet ist, die Ziele zu erreichen und die vorstehend genannten Vorteile sowie sich hieraus ergebende Vorteile zu erzielen. Obwohl eine derzeit bevorzugte Ausführungsform zur Erläuterung dieser Offenbarung beschrieben wurde, können vielfältige Änderungen durchgeführt werden, die für den Fachmann ohne weiteres ersichtlich sind und die im Grundgedanken der Erfindung enthalten sind, die beschrieben wurde und die in den beigefügten Ansprüchen definiert ist.

Claims (6)

1. Vorrichtung zum Festspannen von zumindest einer Platte (8) an der Nabe (70) eines Plattenlaufwerks, wobei die Vorrichtung ein elastisch verformbares Bauteil (80) zur Befestigung auf der Nabe (70) und ein durch Wärme ausdehnbares Klemmbauteil (88) zur Befestigung auf der Nabe (70) derart aufweist, daß das Klemmbauteil (88) im Normalbetrieb des Plattenlaufwerks mit der Nabe (70) in Eingriff steht und eine Verformung des elastisch verformbaren Bauteils (80) hervorruft, um auf diese Weise die Platte oder die Platten (8) an der Nabe (70) festzuspannen, wobei das elastisch verformbare Bauteil (80) aus Metallblech geformt ist und einen sich in Umfangsrichtung erstreckenden wellenförmigen Bereich (84) einschließt, der auf die Platte oder die Platten (8) einwirkt, dadurch gekennzeichnet, daß das elastisch verformbare Bauteil (80) durch einen Kontakt mit einer Ecke (92) des Klemmbauteils (88) verformt wird, so daß der Kontaktbereich zwischen diesen Bauteilen zu einem Minimum gemacht ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der das Klemmbauteil (88) zumindest eine darin ausgebildete Nut zum Zusammenwirken mit einem Abziehwerkzeug für das Klemmbauteil aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der ein Auswuchtelement (94) an dem Klemmbauteil (88) zum Auswuchten des Klemmbauteils (88) befestigt ist.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Nabe (70) drehbar um eine Welle (90) befestigt ist, und die Platte oder die Platten (8) des Plattenlaufwerks an der Nabe (70) festgespannt sind.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der die Nabe (70) einen zylindrischen Plattenbefestigungsabschnitt (72) mit einem ersten Durchmesser und einen Plattenflansch (74) einschließt, der sich in Radialrichtung nach außen von dem ersten Durchmesser an einem Ende eines Plattenbefestigungsabschnitts (71) erstreckt, wobei die Vorrichtung weiterhin folgendes umfaßt:

einen zylindrischen Plattenfestspannabschnitt (78) der Nabe (70), der an einem zweiten Ende des Plattenbefestigungsabschnittes gegenüberliegend zu dem Plattenflansch (74) liegt und einen zweiten Durchmesser aufweist, der kleiner als der erste Durchmesser ist,

wobei das elastisch verformbare Bauteil (80) aus einem im wesentlichen ebenen Material in Form einer Scheibe mit einem Durchmesser, der größer als der erste Durchmesser ist, gebildet ist und den sich in Umfangsrichtung erstreckenden wellenförmigen Bereich (84) eng benachbart zum äußeren Endbereich des elastisch verformbaren Bauteils aufweist, wobei der wellenförmige Bereich (84) eine Kontaktoberfläche (86) des elastisch verformbaren Bauteils für einen Eingriff mit der oberen Oberfläche der zumindest einen Platte (8) in der Nähe des Innendurchmessers der Platte bildet, wobei das elastisch verformbare Bauteil (80) eine Mittelöffnung (82) im wesentlichen gleich dem zweiten Durchmesser aufweist, die über den Plattenklemmabschnitt (78) der Nabe (70) paßt, und

wobei das durch Wärme ausdehnbare Klemmbauteil (88) einen Innendurchmesser, der im wesentlichen gleich dem zweiten Durchmesser ist, und eine Innenoberfläche für den Eingriff mit dem Plattenbefestigungsabschnitt (78) der Nabe (70) sowie eine untere Klemmring-Kontaktoberfläche aufweist, die gegen das elastisch verformbare Bauteil (80) eng benachbart zu der Mittelöffnung (82) des elastisch verformbaren Bauteils (80) anliegt und das elastisch verformbare Bauteil verformt, um eine Klemmkraft zu schaffen, die über die Kontaktoberfläche (86) des elastisch verformbaren Bauteils auf die zumindest eine Platte (8) übertragen wird.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, bei der das Klemmbauteil (88) weiterhin eine Mehrzahl von Kerben (98) in der Innenoberfläche des Klemmbauteils aufweist.