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Die Erfindung betrifft einen Spindelmotor, insbesondere zum Antrieb von laseroptischen Vorrichtungen wie zum Beispiel Laserscanner, Lasertrackingsysteme oder Ähnliches gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
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Spindelmotoren können für vielfältige Antriebszwecke eingesetzt werden. Beispielsweise werden sie zum Antrieb von Festplattenlaufwerken, Lüftern oder laseroptischen Vorrichtungen wie zum Beispiel Laserscanner, Lasertrackingsysteme oder Ähnliches eingesetzt.
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Ein Spindelmotor umfasst im Wesentlichen ein feststehendes Motorbauteil, beispielsweise in Form eines Motorflansches, sowie ein rotierendes Motorbauteil, welches eine Nabe und weitere mit der Nabe verbundene Bauteile aufweist. Es handelt sich in der Regel um einen Permanentmagnetmotor, wobei der Permanentmagnet am Rotor und der elektrische Stator am Motorflansch oder an einem mit dem Motorflansch verbundenen Bauteil angeordnet sind.
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Bei Laserscannern, Lasertrackingsystemen oder ähnlichen laseroptischen Vorrichtungen wird der Spindelmotor in der Regel dazu verwendet, optische Bauelemente drehend anzutreiben. Ein Laserstrahl, der von einem feststehenden Laser emittiert wird, wird auf das oder die drehend angetriebene optische Bauelement gerichtet und auf diese Weise in seiner Richtung abgelenkt, sodass es möglich ist, den Raum und im Raum befindliche Objekte zeilen- oder rasterartig mit dem Laser abzutasten und zu vermessen.
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Die optischen Bauelemente sind vorzugsweise an einem Trägerbauteil montiert, das auf der Nabe des Spindelmotors aufgebaut ist. Das Trägerbauteil mit den optischen Bauelementen kann im Vergleich zum Spindelmotor eine erhebliche Bauhöhe und Masse aufweisen und muss daher fest mit der Nabe des Spindelmotors verbunden und entsprechend ausgewuchtet werden.
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Es ist bekannt, die Verbindung zwischen dem Trägerbauteil und der Nabe als Schraubverbindung unter Verwendung von zwei oder mehreren Schrauben auszubilden. Eine derartige Schraubverbindung ist teuer und die Montage aufwändig. Ferner haben die Schrauben eine erhebliche Masse und erzeugen eine hohe Unwucht, die ausgeglichen werden muss. Es ist jedoch wichtig, dass das Rotorsystem exakt ausgewuchtet ist, so dass die erforderliche Laufruhe und Laufgenauigkeit des Spindelmotors erhalten bleiben.
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Es ist die Aufgabe der Erfindung, einen Spindelmotor anzugeben, der insbesondere für den Einsatz in laseroptischen Vorrichtungen geeignet ist. Insbesondere soll die Befestigung zwischen dem Trägerbauteil und der Nabe verbessert werden.
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Diese Aufgabe wird durch einen Spindelmotor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Bevorzugte Ausgestaltungen und weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Beschrieben ist ein Spindelmotor, insbesondere zum Antrieb von laseroptischen Vorrichtungen, bestehend aus einem feststehenden Motorbauteil und einem drehbaren Motorbauteil, wobei das drehbare Motorbauteil eine Nabe, eine mit der Nabe verbundene oder integrierte Welle, einen Rotormagneten und ein an der Nabe angeordnetes Trägerbauteil umfasst. Das feststehende Motorbauteil umfasst einen Motorflansch, eine mit dem Motorflansch verbundene oder integrierte Lagerbuchse und einen elektrischen Stator. Das drehbare Motorbauteil ist mittels eines fluiddynamischen Lagersystems relativ zum feststehenden Motorbauteil drehbar gelagert.
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Gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst die Verbindung zwischen der Nabe und dem Trägerbauteil eine stoffschlüssige Verbindung.
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Die stoffschlüssige Verbindung kann vorzugsweise als Schweißverbindung oder vorzugsweise insbesondere als Klebeverbindung ausgebildet sein. Eine Klebeverbindung erreicht eine hohe Festigkeit bei gleichzeitig geringem Montageaufwand. Ferner erhöht der verwendete Klebstoff die Gesamtmasse des Rotors nur unwesentlich. Der Klebstoff kann unter anderem auch als Wuchtmasse zum Auswuchten des Rotors verwendet werden.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht die Verbindung zwischen der Nabe und dem Trägerbauteil aus einer stoffschlüssigen Verbindung und gleichzeitig einer kraftschlüssigen Verbindung. Hierbei wird es bevorzugt, wenn die stoffschlüssige Verbindung eine Klebeverbindung ist und die kraftschlüssige Verbindung beispielsweise als Pressverbindung ausgebildet ist.
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Eine Kombination von Klebeverbindung und Pressverbindung ermöglicht eine einfache Montage und eine genaue Ausrichtung des Trägerbauteils auf der Nabe.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung grenzt eine innere Umfangsfläche des Trägerbauteils an eine äußere Umfangsfläche der Nabe an, wobei zwischen den Bereichen dieser Umfangsflächen entsprechende stoffschlüssige und/oder kraftschlüssige Verbindungen vorgesehen sind. Es ist ebenso möglich, dass die Verbindung zwischen einer inneren Umfangsfläche der Nabe und einer äußeren Umfangsfläche des Trägerbauteils vorgesehen ist.
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In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung grenzt eine Stirnfläche des Trägerbauteils an eine Stirnfläche der Nabe an, wobei zwischen diesen Stirnflächen eine stoffschlüssige Verbindung vorliegt. Zusätzlich kann eine kraftschlüssige Verbindung im Bereich von aneinander angrenzenden Umfangsflächen der Nabe und des Trägerbauteils vorgesehen sein.
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Auch in dieser Ausgestaltung ist die stoffschlüssige Verbindung vorzugsweise als Klebeverbindung ausgebildet, während die kraftschlüssige Verbindung vorzugsweise eine Pressverbindung ist.
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Gemäß einer anderen bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Verbindung zwischen der Nabe und dem Trägerbauteil überwiegend eine formschlüssige Verbindung. Das Trägerbauteil besteht beispielsweise aus Kunststoff, wobei die formschlüssige Verbindung ein Umspritzen zumindest von Teilen der Nabe durch den Kunststoff des Trägerbauteils umfasst. Die formschlüssige Verbindung kann mit oben genannten stoffschlüssigen und/oder kraftschlüssigen Verbindungen kombiniert werden.
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Bei allen oben beschriebenen Ausgestaltungen der Erfindung kann die Nabe zweiteilig ausgebildet sein und ein inneres mit der Welle verbundenes Nabenbauteil sowie ein äußeres Nabenbauteil aufweisen. Die beiden Nabenbauteile sind miteinander fest verbunden.
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Je nach Ausführungsform und Verbindungsart kann entweder das äußere Nabenbauteil mit dem Trägerbauteil verbunden sein, oder es kann das innere Nabenbauteil mit dem Trägerbauteil verbunden sein.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die Nabe und das Trägerbauteil als einteiliges Bauteil ausgebildet. In dieser Ausgestaltung der Erfindung besteht dieses einteilige Bauteil aus Nabe und Trägerbauteil vorzugsweise aus Kunststoff oder kann auch aus einem Leichtmetall, beispielsweise aus Aluminium, bestehen.
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Mit Ausnahme einer Schraubverbindung kann als Verbindungsart zwischen dem Nabenbauteil und dem Trägerbauteil wie oben beschrieben sowohl eine kraftschlüssige Verbindung, eine formschlüssige Verbindung oder eine stoffschlüssige Verbindung dienen.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand von mehreren Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Hierbei ergeben sich aus den Zeichnungen und der Beschreibung weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung.
- 1 zeigt einen Schnitt durch einen Spindelmotor mit Trägerbauteil unter Verwendung einer stoffschlüssigen und/oder kraftschlüssigen Verbindung von Nabe und Trägerbauteil.
- 2 zeigt einen Schnitt durch einen Spindelmotor mit Trägerbauteil unter Verwendung einer stoffschlüssigen und/oder kraftschlüssigen Verbindung.
- 3 zeigt einen Schnitt durch einen Spindelmotor mit zweiteiliger Nabe und einem Trägerbauteil unter Verwendung einer stoffschlüssigen und/oder kraftschlüssigen Verbindung.
- 4 zeigt einen Schnitt durch einen Spindelmotor mit einem Trägerbauteil unter Verwendung einer stoffschlüssigen und/oder kraftschlüssigen und/oder formschlüssigen Verbindung.
- 5 zeigt einen Schnitt durch einen Spindelmotor mit einem Trägerbauteil unter Verwendung einer stoffschlüssigen und/oder kraftschlüssigen und/oder formschlüssigen Verbindung.
- 6 zeigt einen Schnitt durch einen Spindelmotor mit einem Trägerbauteil und einer stoffschlüssigen Schweißverbindung.
- 7 zeigt einen Schnitt durch einen Spindelmotor mit zweiteiliger Nabe und einem formschlüssig mit der Nabe verbundenen Trägerbauteil.
- 8 zeigt einen Schnitt durch einen Spindelmotor mit Trägerbauteil und einer formschlüssigen Verbindung.
- 9 zeigt einen Schnitt durch einen Spindelmotor mit zweiteiliger Nabe und einem formschlüssig mit der Nabe verbundenen Trägerbauteil bzw. auch einer stoffschlüssigen Verbindung.
- 10 zeigt einen Schnitt durch einen Spindelmotor mit Nabe und einem einteilig mit der Nabe ausgebildeten Trägerbauteil.
- 11 zeigt einen Schnitt durch einen Spindelmotor mit Trägerbauteil und stoffschlüssiger und/oder kraftschlüssiger Verbindung.
- 12 zeigt die Ausbildung eines Teils der Nabe als Spiegelfläche.
- 13 zeigt die Ausbildung eines Teils der Nabe als ovale Spiegelfläche.
- 14 zeigt die Nabe mit integrierter ovaler Spiegelfläche.
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In Verbindung mit 1 wird nun der grundsätzliche Aufbau eines erfindungsgemäßen Spindelmotors beschrieben. Dieser grundsätzliche Aufbau liegt auch den Spindelmotoren gemäß den 2 bis 11 zugrunde.
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Der Spindelmotor umfasst einen Motorflansch 10, welcher die Motorbauteile trägt und zur Befestigung des Spindelmotors in einem Gehäuse oder Ähnlichem dient. Der Motorflansch 10 besteht vorzugsweise aus Stahlblech und kann als Stanzteil oder Tiefziehteil ausgebildet sein. In einer Öffnung des Motorflansches 10 ist eine im Wesentlichen zylindrische Haltebuchse 11 befestigt, welche unter anderem die Komponenten des fluiddynamischen Lagersystems trägt. Die Lagerbauteile umfassen eine zylinderförmige Hülse 13, in welcher eine zylindrische Lagerbuchse 12 angeordnet ist. Die Hülse 13 und die Lagerbuchse 12 können auch als einteiliges Bauteil ausgebildet sein. Die Lagerbuchse 12 weist eine axiale zylindrische Lagerbohrung auf, in welcher eine Welle 14 um eine Drehachse 44 drehbar aufgenommen ist. Der Innendurchmesser der Lagerbohrung ist etwas größer als der Außendurchmesser der Welle 14, sodass zwischen Lagerbohrung und Welle 14 ein nur wenige Mikrometer breiter Lagerspalt 16 verbleibt, der mit einem Lagerfluid, beispielsweise einem Lageröl, gefüllt ist.
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Die Oberflächen der Welle 14 und der Lagerbuchse 12 weisen einander zugeordnete Lagerflächen auf, die zwei fluiddynamische Radiallager 22, 24 ausbilden. Die Lagerflächen der fluiddynamischen Radiallager 22, 24 weisen entsprechende Lagerrillenstrukturen auf, die beispielsweise sinus- oder parabelförmig ausgebildet und auf der Oberfläche der Lagerbohrung und/oder der Oberfläche der Welle 14 angeordnet sind. Sobald sich die Welle 14 in der Lagerbuchse 12 dreht, üben die Lagerrillenstrukturen eine Pumpwirkung auf das im Lagerspalt 16 befindliche Lagerfluid aus. Auf diese Weise entsteht im Lagerspalt 16 ein hydrodynamischer Druck, wobei sich ein homogener und gleichmäßig dicker Schmiermittelfilm innerhalb des Lagerspalts 16 ausbildet, der die Radiallager 22, 24 tragfähig macht. Solange sich die Welle 14 in der Lagerbohrung dreht, wird diese durch den durch die Lagerrillenstrukturen der Radiallager 22, 24 erzeugten fluiddynamischen Druck stabilisiert und läuft berührungslos in der Lagerbohrung getrennt durch den Lagerspalt 16.
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Die Lagerrillenstrukturen des oberen Radiallagers 22 sind vorzugsweise asymmetrisch ausgestaltet, wodurch sie eine unterschiedlich große Pumpwirkung auf das im Lagerspalt 16 befindliche Lagerfluid ausüben, die überwiegend nach unten in Richtung des zweiten Radiallagers 24 gerichtet ist. Das zweite Radiallager 24 umfasst Lagerrillenstrukturen, die vorzugsweise symmetrisch ausgebildet sind und eine gleich große Pumpwirkung auf das Lagerfluid in beide Richtungen des Lagerspalts 16 erzeugen. Durch die gerichtete Pumpwirkung des oberen Radiallagers 22 ist eine Fließrichtung des Lagerfluids im Lagerspalt 16 nach unten gegeben. Die beiden Radiallager 22, 24 sind durch einen Bereich mit vergrößerter Lagerspaltbreite, dem sogenannten Separatorspalt 26, axial voneinander getrennt.
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An einem Ende der Welle 14 ist eine ringförmige Druckplatte 18 angeordnet, die auf die Welle 14 aufgepresst oder alternativ einteilig mit der Welle 14 ausgebildet ist und zusammen mit der Welle 14 rotiert. Unterhalb der Druckplatte 18 ist die Lagerbuchse 12 durch eine Abdeckplatte 20 verschlossen. Die Druckplatte 18 ist in einer durch die Hülse 13 und die Lagerbuchse 12 gebildeten Aussparung konzentrisch zur Lagerbohrung aufgenommen. Die Abdeckplatte 20 ist in einer Aussparung der Hülse 13 befestigt. Die beiden Stirnseiten der Druckplatte 18 bilden zusammen mit gegenüberliegenden stirnseitigen Flächen der Lagerbuchse 12 bzw. der Abdeckplatte 20 zwei fluiddynamische Axiallager 28, 30 aus. Die fluiddynamischen Axiallager 28, 30 sind durch Axiallagerrillen gekennzeichnet, die auf den Lagerflächen der Druckplatte 18 und/oder der Lagerbuchse 12 beziehungsweise der Abdeckplatte 20 angeordnet sind. Die Axiallagerrillen sind vorzugsweise spiralrillenförmig oder fischgrätenförmig ausgebildet. Es wird hierbei bevorzugt, dass die Axiallagerrillen der Axiallager 28, 30 eine gleich große Pumpwirkung in beide Richtungen der radialen Abschnitte des Lagerspalts 16 erzeugen. Sobald die Welle 14 in der Lagerbuchse 12 in Rotation versetzt wird, baut sich aufgrund der Axiallagerrillen auf den Axiallagerflächen ein fluiddynamischer Druck im Lagerspalt 16 auf, sodass die Axiallager 28, 30 tragfähig werden und die Druckplatte 18 in axialer Richtung im Wesentlichen mittig in der vorgesehenen Aussparung zwischen Lagerbuchse 12 und Abdeckplatte 20 positioniert ist.
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Das offene Ende des Lagerspalts 16 ist durch eine Dichtung, vorzugsweise einen kapillaren Dichtungsspalt 34, abgedichtet. Der Dichtungsspalt 34 ist in axialer Verlängerung des Lagerspalts 16 angeordnet und durch eine äußere Umfangsfläche der Welle 14 sowie eine innere Umfangsfläche der Lagerbuchse 12 begrenzt. Der Dichtungsspalt 34 weist einen im Wesentlichen konischen Querschnitt auf, der sich ausgehend vom Lagerspalt 16 nach außen aufweitet. Der Dichtungsspalt 34 steht lediglich über einen schmalen Luftspalt 32 mit der Außenumgebung in Verbindung. Der schmale Luftspalt 32 bildet eine wirkungsvolle Barriere gegen ein Entweichen von Lagerfluiddampf aus dem Dichtungsspalt 34.
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Am oberen freien Ende der Welle 14 ist eine Nabe 36 befestigt. Die Nabe 36 ist entsprechend dem Zweck des Spindelmotors ausgebildet. Der in 1 dargestellte Spindelmotor wird beispielsweise zum Antrieb von optischen Komponenten 48, 52, 54 einer laseroptischen Vorrichtung verwendet, wobei auf der Oberseite der Nabe 36 beispielsweise ein Trägerbauteil 46 angeordnet ist, das die optischen Komponenten 48, 52, 54 aufnimmt und zusammen mit der Nabe 36 des Spindelmotors drehend angetrieben wird. Bei den optischen Komponenten handelt es sich beispielsweise um Spiegel oder Linsen.
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An einem inneren unteren Rand der Nabe 36 ist ein ringförmiger Rotormagnet 42 mit einer Mehrzahl von Polpaaren an einem Rückschlussring 40 angeordnet. Gegenüberliegend des Rotormagneten ist am Außenumfang der Haltebuchse 11 des Motorflansches 10 eine Statoranordnung 38 befestigt, die durch einen radialen Luftspalt vom Rotormagneten 42 getrennt ist. Die Statoranordnung 38 weist entsprechende Statorwicklungen auf, die entsprechend bestromt ein magnetisches Feld erzeugen, sodass das Rotorbauteil, bestehend aus der Welle 14, der Nabe 36 und dem Trägerbauteil 46, in Drehung versetzt wird. Sofern die Nabe 36 aus magnetischem Stahl gefertigt ist, kann der Rückschlussring 40 entfallen, da die Nabe 36 selbst den magnetischen Rückschluss bildet.
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Die Nabe 36 hat vorzugsweise eine plane obere Stirnfläche 36a sowie eine zumindest teilweise zylindrische äußere Umfangsfläche 36b.
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Das Trägerbauteil 46 kann beispielsweise als (hohl)zylindrisches Kunststoffteil ausgebildet sein, an bzw. in welchem die optischen Bauelemente 48, 52 und 54 angeordnet sind. Das Trägerbauteil 46 kann einen nach unten abstehenden zylindrischen Rand 46a aufweisen, dessen innere Umfangsfläche vorzugsweise an der äußeren Umfangsfläche 36b im Bereich einer Stufe 41 der Nabe 36 anliegt, wobei eine Bodenfläche des Trägerbauteils 46 auf der oberen Stirnfläche 36a der Nabe aufliegt.
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Zwischen den Umfangsflächen der Nabe 36b und dem Trägerbauteil 46 ist vorzugsweise Klebstoff 50 angeordnet, der eine Klebeverbindung bildet. Ferner kann zwischen der Stufe 41 der Nabe 36 sowie der unteren Stirnfläche des Randes 46a des Trägerbauteils ebenfalls Klebstoff 50 vorgesehen sein, der eine zusätzliche Klebeverbindung bildet. Zwischen der äußeren Umfangsfläche 36b und der inneren Umfangsfläche 46a des Trägerbauteils 46 kann auch eine Presspassung vorgesehen sein. Somit ist die in 1 dargestellte Verbindung zwischen der Nabe 36 und dem Trägerbauteil 46 eine stoffschlüssige Verbindung mittels Klebstoff, die zusätzlich mit einer kraftschlüssigen Fügeverbindung ergänzt sein kann. Dabei ist vorzugsweise die Klebeverbindung z. B. am äußersten unteren Bereich des Randes 46a des Trägerbauteils 46 vorgesehen, während die Pressverbindung im oberen Bereich des Randes 46a zwischen dem Trägerbauteil 46 und der Nabe 36 vorgesehen ist. Ebenso kann die Pressverbindung am äußersten unteren Bereich des Randes 46a des Trägerbauteils 46 vorgesehen sein, während die Klebeverbindung im oberen Bereich des Randes 46a vorgesehen ist.
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2 zeigt eine gegenüber 1 abgewandelte Ausgestaltung der Erfindung, wobei das Trägerbauteil 46 ebenfalls mittels Klebstoff auf der Nabe 36 befestigt ist. Hierzu weist die Nabe 36 bzw. deren äußere Umfangsfläche im Bereich der Stufe 41 über den Umfang verteilt mehrere Klebstofftaschen 37 oder konzentrisch umlaufende Kleberillen 37 auf, in welche Klebstoff eingebracht wird, wobei die innere Umfangsfläche des Randes 46a des Trägerbauteils 46 im Bereich dieser Klebstofftaschen 37 an der äußeren Umfangsfläche 36b der Nabe 36 anliegt und dort eine Klebeverbindung gebildet wird. Die Klebeverbindung kann durch eine leichte Pressverbindung zwischen dem Rand 46a des Trägerbauteils und der Nabe 36 ergänzt sein. Durch die leichte Pressverbindung wird eine gute Zentrierung des Trägerbauteils 46 auf der Nabe 36 erreicht. Die Pressverbindung kann auch partiell erfolgen, z. B. durch mindestens 3 hervorragende Haltenasen, die bevorzugt im Trägerbauteil an der inneren Umfangsfläche des Randes 46a angeordnet sind und so eine Zentrierung des Trägerbauteils 46 bewirken. Ferner können die Haltenasen zur Fixierung des Trägerbauteils 46 bis zur Aushärtung des Klebstoffs dienen.
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In 3 ist ein Spindelmotor mit einer zweiteiligen Nabe dargestellt. Die zweiteilige Nabe besteht aus einem inneren, etwa zylindrischen Nabenbauteil 56 und einem äußeren etwa topfförmigen Nabenbauteil 58.
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Das innere Nabenbauteil 56 ist auf das freie Ende der Welle 14 aufgepresst und ggf. verformt (gestaucht). Dieses innere Nabenbauteil 56 kann aus Kunststoff oder einem Leichtmetall, beispielsweise Aluminium, bestehen. Das äußere Nabenbauteil 58 ist beispielsweise als topfförmiges Tiefzieh- oder Pressteil 58 ausgebildet und besteht vorzugsweise aus Stahl.
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Das äußere Nabenbauteil 58 ist in das innere Nabenbauteil 56 beispielsweise an- bzw. eingespritzt oder eingepresst und dadurch fest mit dem inneren Nabenbauteil 56 verbunden.
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Das Trägerbauteil 46 ist am inneren Nabenbauteil 56 befestigt, beispielsweise mittels einer Klebe- und/oder Pressverbindung, die in ähnlicher Weise wie in 2 ausgebildet ist. Am Außenumfang des inneren Nabenbauteils 56 sind Klebstofftaschen 37 oder Kleberillen 37 vorgesehen, die mit Klebstoff 50 gefüllt sind und die Verbindung zwischen dem inneren Nabenbauteil 56 und dem Trägerbauteil 46 gewährleisten.
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4 zeigt eine weitere Ausgestaltung der Erfindung, bei dem auf der Oberseite der Nabe 36 eine oder mehrere Vertiefungen 39, bzw. eine ringförmige Nut 39 vorgesehen ist. Ferner kann am Außenumfang der Nabe eine Stufe 41 vorgesehen sein, die im Wesentlichen dieselbe Tiefe aufweist wie die Vertiefung 39. In gleicher Weise weist das Trägerbauteil 46 an seiner Unterseite Vorsprünge 47, z. B. einen umlaufenden Rand, auf, die passend zu den Vertiefungen 39 ausgebildet sind. Eine Klebeverbindung mit Klebstoff 50 wird zwischen den Vertiefungen 39 und den Vorsprüngen 47 vorgenommen. Durch das Eingreifen der Vorsprünge 47 in die Vertiefungen 39 wird zusätzlich eine formschlüssige Verbindung erzielt. Außerdem kann sich die effektive Klebefläche der Klebeverbindung 50 partiell vergrößern, bevorzugt um die inneren Umfangsflächen der Vertiefungen 39 und Vorsprünge 47.
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Zusätzlich kann eine innere Umfangsfläche des Randes 46a des Trägerbauteils 46 im Bereich der Stufe 41 mit einer äußeren Umfangsfläche der Nabe 36 durch eine Pressverbindung verbunden sein.
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5 zeigt eine gegenüber 4 abgewandelte Ausführungsform der Erfindung, wobei die Nabe 36 ebenfalls am äußeren Rand eine Stufe 41 und eine oder mehrere zylinderförmige Vertiefungen 39 aufweist, in welche entsprechende zylinderförmige Vorsprünge 47 des Trägerbauteils 46 eingreifen. Um die Unwucht zu reduzieren sind vorzugsweise mindestens zwei Vertiefungen 39 und Vorsprünge 47 gleichmäßig konzentrisch um die Drehachse 44 verteilt.
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Die Befestigung des Trägerbauteils 46 auf der Nabe 36 erfolgt mittels Klebstoff 50, der zum einen in die Vertiefungen 39 eingebracht ist und ebenfalls im Bereich der Stufe sowie zwischen der äußeren Umfangsfläche der Nabe 36 und der inneren Umfangsfläche des Trägerbauteils 46 im Bereich der Stufe vorgesehen sein kann. Dadurch ergibt sich eine verdrehsichere und feste Verbindung. Ferner kann eine Rotationswinkelgerechte Ausrichtung des Trägerbauteils 46 zur Nabe 36 erzielt werden.
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Zusätzlich kann eine innere Umfangsfläche des Trägerbauteils 46 im Bereich der Stufe 41 mit einer äußeren Umfangsfläche der Nabe 36 durch eine Pressverbindung verbunden sein.
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6 zeigt eine Ausgestaltung der Erfindung, bei der die Nabe 36 im Bereich des Außenumfangs eine Stufe 41 aufweist und das Trägerbauteil 46 mit einem äußeren Rand 46a über die Nabe 36 im Bereich der Stufe 41 gestülpt ist. Die Unterseite des Trägerbauteils 46 liegt auf der oberen Stirnfläche der Nabe 36a auf. Die Verbindung zwischen dem Trägerbauteil 46 und der Nabe 36 ist vorzugsweise eine Laserschweißverbindung 60 mit einem oder mehreren Schweißpunkten oder Schweißnähten.
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Hierbei können das Trägerbauteil 46 und die Nabe 36 aus Kunststoff bestehen. Das Trägerbauteil 36 besteht vorzugsweise aus einem Kunststoff, der für die verwendete Laserwellenlänge des Laserschweißsystems transparent ist. Der Laserstahl tritt durch das Trägerbauteil 46 hindurch und schmilzt das Material der Nabe 36 und des Trägerbauteils 46 an den angezeigten Punkten auf, sodass an den Punkten Schweißverbindungen 60 zwischen der Nabe 36 und dem Trägerbauteil 46 erzeugt werden.
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7 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung, bei der die Nabe des Spindelmotors wiederum aus zwei Nabenbauteilen aufgebaut ist, dem inneren Nabenbauteil 56 und dem äußeren Nabenbauteil 58, die in ähnlicher Weise, wie es bereits in Verbindung mit 3 beschrieben wurde miteinander verbunden sind. Das innere Nabenbauteil 56 ist auf die Welle aufgepresst oder an- bzw. aufgespritzt oder verklebt, während das äußere vorzugsweise aus einem Metallblech bestehende Nabenbauteil 58 mit dem inneren Nabenbauteil 56 verbunden ist. Das Trägerbauteil 46 besteht vorzugsweise aus Kunststoff und ist mit dem äußeren Nabenbauteil 58 verbunden. Hierzu weist das äußere Nabenbauteil 58 beispielsweise auf seiner Oberseite mehrere Öffnungen auf, in welche entsprechende Noppen 62 des Trägerbauteils 46 eingespritzt und damit formschlüssig mit dem äußeren Nabenbauteil 58 verbunden sind.
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Die Verbindung kann auch durch Laserschweißen hergestellt werden. Ferner können die Noppen 62 auch am Trägerbauteil angespritzt und bei der Montage in die Öffnungen des äußeren Nabenbauteils 58 eingesteckt und von unten heißverstemmt werden. Auch können die Noppen 62 eingesteckt und mit Klebstoff gesichert werden.
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8 zeigt einen Schnitt durch einen Spindelmotor mit einer Nabe 36, wobei die Nabe 36 mit dem Trägerbauteil 46 aus Kunststoff umspritzt ist. Die Nabe 36 kann entsprechende Rändel, Rillen, Furchen oder Vertiefungen 37 aufweisen, die von dem Kunststoff des Trägerbauteils 46 ausgefüllt werden und eine bessere Verbindung zwischen der Nabe 36 und dem Trägerbauteil 46 gewährleisten. Es handelt sich hier insbesondere um eine formschlüssige Verbindung.
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9 zeigt eine Ausgestaltung der Erfindung, bei der die Nabe des Spindelmotors wiederum zweiteilig ausgebildet ist. Die Nabe besteht aus einem inneren Nabenbauteil 56 und aus einem äußeren Nabenbauteil 59, das gleichzeitig als Trägerbauteil für die optischen Komponenten ausgebildet ist, d. h. das Trägerbauteil ist integraler Bestandteil des äußeren Nabenbauteils 59. Das äußere Nabenbauteil bzw. Trägerbauteil 59 ist beispielsweise durch eine Klebeverbindung 50 mit dem inneren Nabenbauteil 56 verbunden. Die Nabenbauteile 56, 59 können aus Kunststoff, Stahl und/oder Aluminium bestehen. Die Verbindung der Nabenbauteile 56, 59 kann aber auch als Pressverbindung oder eine Kombination aus Pressverbindung und Klebeverbindung ausgebildet sein. Zudem kann das Nabenbauteil 56 mit dem Trägerbauteil 59 umspritzt sein, in ähnlicher Weise, wie es bereits in 8 beschrieben wurde.
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10 zeigt eine Ausgestaltung der Erfindung, bei der der Spindelmotor ein Rotorbauteil 64 aufweist, das als einteiliges Bauteil bestehend aus Nabe und Trägerbauteil ausgebildet ist. Dieses einteilige Rotorbauteil 64 ist beispielsweise auf das freie Ende der Welle 14 aufgepresst und/oder mit Klebstoff 50 an der Welle 14 befestigt. Zudem kann die Welle 14 mit dem Rotorbauteil 59 umspritzt sein, in ähnlicher Weise, wie es bereits in 8 beschrieben wurde.
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11 zeigt eine Ausgestaltung des Spindelmotors mit Trägerbauteil 46 gemäß der Erfindung wie es bereits in Verbindung mit 1 beschrieben wurde. Die Nabe 36 weist am Außenumfang eine Stufe 41 auf, welche vom unteren Rand 46a des Trägerbauteils 46 umgriffen ist. Die Nabe 36 und das Trägerbauteil 46 sind beispielsweise mittels Klebstoff 50 im Bereich der Stufe 41 miteinander verbunden.
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Im Gegensatz zu 1 ist jedoch die Nabe 36 oberhalb der Welle verlängert und bildet einen Fortsatz 51 mit einer schrägen Fläche zur Befestigung eines optischen Bauteils 52, beispielsweise eines Spiegels.
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Auch in diesem Bereich des Fortsatzes 51 der Nabe 36, welche die Spiegelfläche 52 ausbildet, kann eine Klebeverbindung 50 zwischen der Nabe 36 und einem entsprechend hochgezogenen Rand des Trägerbauteils 46 ausgebildet sein. An einer Seitenfläche weist das Trägerbauteil 46 ein Fenster bzw. ein Linsenbauteil 48 auf, das als separates Bauteil in das Trägerbauteil 46 eingesetzt ist. Das Linsenbauteil 48 ist beispielsweise ebenfalls mittels Klebstoff 50 mit dem Trägerbauteil 46 verbunden.
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12 zeigt eine mögliche Ausgestaltung eines mehreckigen Prismas 53, welches die optischen Bauteile 52 und 54 ersetzen kann, wobei das Prisma 53 durchsichtig ist und beispielsweise aus Glas oder Kunststoff besteht. Bei einem Prisma können die beiden Spiegelfläche 52, 54 sehr genau zueinander hergestellt werden. Die obere Spiegelfläche 52 ist mit einer teildurchlässigen Schicht beschichtet und die untere mit einer voll reflektierenden Schicht. Das Prisma ist mit dem Trägerbauteil 46 verklebt und/oder durch eine Pressverbindung verbunden.
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In 13 ist die Grundform des Prismas 53 zylindrisch mit einer ovalen oder kreisförmigen Spiegelfläche 52 ausgebildet.
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14 zeigt eine Ansicht der Nabe 36 mit zentralem Fortsatz 51 und Spiegelfläche 52 sowie im Bereich des Außenumfangs die Stufe 41, welche z. B. als Klebefläche zur Befestigung des Trägerbauteils 46 ausgebildet ist. Dabei ist die Nabe 36 vorzugsweise entweder aus Aluminium ausgebildet und die Spiegelfläche 52 ist gefräst oder poliert oder die Nabe 36 besteht aus Kunststoff, wobei die Spiegelfläche 52 mit einem optisch reflektiven Material, wie etwa Aluminium, Silber oder Gold bedampft wurde.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Motorflansch
- 11
- Haltebuchse
- 12
- Lagerbuchse
- 13
- Hülse
- 14
- Welle
- 16
- Lagerspalt
- 18
- Druckplatte
- 20
- Abdeckplatte
- 22
- fluiddynamisches Radiallager
- 24
- fluiddynamisches Radiallager
- 26
- Separatorspalt
- 28
- fluiddynamisches Axiallager
- 30
- fluiddynamisches Axiallager
- 32
- Luftspalt
- 34
- Dichtungsspalt
- 36
- Nabe
- 36a
- obere Stirnfläche der Nabe
- 36b
- äußere Umfangsfläche
- 37
- Kleberille
- 38
- Statoranordnung
- 39
- Vertiefung
- 40
- Rückschlussring
- 41
- Stufe
- 42
- Rotormagnet
- 44
- Drehachse
- 46
- Trägerbauteil
- 46a
- Rand
- 47
- Vorsprung
- 48
- Fenster
- 50
- Klebstoff
- 51
- Fortsatz der Nabe
- 52
- Spiegelfläche eines optischen Bauteils
- 53
- Prisma
- 54
- optisches Bauteil
- 56
- inneres Nabenbauteil
- 58
- äußeres Nabenbauteil
- 59
- äußeres Nabenbauteil/Trägerbauteil
- 60
- Schweißverbindung
- 62
- Noppe
- 64
- Rotorbauteil
