AT515840A1

AT515840A1 - Method for filling fluid dynamic bearings with bearing fluid

Info

Publication number: AT515840A1
Application number: ATA89/2014A
Authority: AT
Inventors: Thomas Fuss; Donato Damiano
Original assignee: Minebea Co Ltd
Priority date: 2014-02-07
Filing date: 2014-02-07
Publication date: 2015-12-15
Also published as: AT515840B1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Befüllen eines fluiddynamischen Lagers (6) mit Lagerfluid mittels einer Befüllvorrichtung mit einer Vakuumkammer (1 0, 110, 210), mit den Schritten: Setzen des Lagers (6) unter Vakuum, Befüllen des Lagers (6) unter Vakuum in der Vakuumkammer, Setzen des Lagers (6) unter Atmosphärendruck, erneutes Setzen des Lagers (6) unter Vakuum, Durchlaufen einer Ruhephase im Vakuum, Setzen des Lagers (6) unter Atmosphärendruck.The invention relates to a method for filling a fluid dynamic bearing (6) with bearing fluid by means of a filling device with a vacuum chamber (1 0, 110, 210), comprising the steps of: setting the bearing (6) under vacuum, filling the bearing (6) under Vacuum in the vacuum chamber, setting the bearing (6) under atmospheric pressure, re-setting the bearing (6) under vacuum, passing through a rest phase in a vacuum, setting the bearing (6) under atmospheric pressure.

Description

Verfahren zum Befüllen von fluiddvnamischen Lagern mit LaqerfluidMethod for filling fluid-dynamic bearings with storage fluid

Gebiet der ErfindungField of the invention

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Befüllen von fluiddynamischen Lagern mitLagerfluid in einer Befüllvorrichtung mit Vakuumkammer. Fluiddynamische Lagerwerden beispielsweise zur Drehlagerung von Spindelmotoren eingesetzt, wie siezum Antrieb von Festplattenlaufwerken oder Lüftern verwendet werden.The invention relates to a method for filling fluid dynamic bearings with bearing fluid in a vacuum chamber filling device. For example, fluid dynamic bearings are used to pivotally mount spindle motors, such as those used to drive hard disk drives or fans.

Stand der TechnikState of the art

Fluiddynamische Lager weisen in der Regel ein feststehendes Lagerbauteil und einrelativ zu diesem drehbares Lagerbauteil auf. Bei den Lagerbauteilen handelt es sichbeispielsweise um eine Lagerbüchse, in welcher eine Welle drehbar gelagert ist.Zwischen der Welle und der Lagerbüchse ist ein enger Lagerspalt vorhanden, der miteinem Lagerfluid gefüllt ist. Durch Drehung der Welle wird auf Grund entsprechendausgebildeter Lagerflächen innerhalb des Lagerspalts ein hydrodynamischer Druckaufgebaut, der das Lager tragfähig macht.Fluid dynamic bearings usually have a fixed bearing component and a relative to this rotatable bearing component. The bearing components are, for example, a bearing bush in which a shaft is rotatably supported. Between the shaft and the bearing bush there is a narrow bearing gap filled with a bearing fluid. By rotating the shaft, a hydrodynamic pressure is built up on the basis of correspondingly formed bearing surfaces within the bearing gap, which makes the bearing load-bearing.

Das Lagerfluid wird in der Regel erst nach der Montage des Lagers in den Lagerspaltzwischen Welle und Lagerbüchse eingefüllt. Das zu befüllende Lager wird dazubeispielsweise in eine Vakuumkammer einer Befüllvorrichtung eingebracht. DieVakuumkammer wird evakuiert, wodurch die Luft aus dem Lagerspalt entfernt wird.Das Lagerfluid wird dann mittels einer Befüll- und Dosiervorrichtung im Bereich desLagerspaltes zwischen Lagerbüchse und Welle dosiert. Hierzu ist bevorzugt einringförmiger Freiraum am Ende des Lagerspaltes vorgesehen, in welchen dasLagerfluid eingebracht wird, so dass der Freiraum mit Lagerfluid gefüllt wird undeinen ununterbrochenen Ring am Lagerspalt bildet. Nachdem das Lagerfluid dosiertist, wird die Vakuumkammer auf Normaldruck belüftet. Durch die plötzlicheDruckerhöhung in der Vakuumkammer wird das Lagerfluid aus dem ringförmigenFreiraum in den Lagerspalt hineingedrückt. Die Menge des eingebrachtenLagerfluids ist so bemessen, dass der Lagerspalt vollständig mit Lagerfluid ausgefülltwird. Nun kann das befüllte Lager aus der Vakuumkammer entfernt werden und einneuer Befüllzyklus kann beginnen. Vorzugsweise werden mehrere Lager gleichzeitig in die Vakuumkammer eingebracht und befüllt. Ein solches Befüllverfahren istbeispielsweise in der DE 103 15 222 B3 beschrieben.The bearing fluid is usually filled only after the assembly of the bearing in the bearing gap between shaft and bearing bush. The bearing to be filled is introduced, for example, into a vacuum chamber of a filling device. The vacuum chamber is evacuated, whereby the air is removed from the bearing gap. The bearing fluid is then metered by means of a filling and metering device in the region of the bearing gap between bearing bush and shaft. For this purpose, an annular clearance is preferably provided at the end of the bearing gap, in which the bearing fluid is introduced, so that the free space is filled with bearing fluid and forms a continuous ring at the bearing gap. After the bearing fluid is metered, the vacuum chamber is vented to normal pressure. The sudden increase in pressure in the vacuum chamber forces the bearing fluid from the annular clearance into the bearing gap. The amount of stored storage fluid is sized so that the bearing gap is completely filled with bearing fluid. Now the filled bearing can be removed from the vacuum chamber and a new filling cycle can begin. Preferably, several bearings are simultaneously introduced into the vacuum chamber and filled. Such a filling method is described for example in DE 103 15 222 B3.

Es ist auch bekannt, die Zeit nach dem Dosieren des Lagerfluids den Druck in derVakuumkammer gemäß einer vorgegebenen Zeit-Druck-Funktion zu erhöhen, umauf diese Weise das Eindringen des Lagerfluids in den Lagerspalt zu erleichtern undzu verbessern. Ein solches Verfahren ist in der AT 505 381 A1 beschrieben.It is also known to increase the time after metering of the bearing fluid the pressure in the vacuum chamber according to a predetermined time-pressure function, thereby facilitating and improving the penetration of the bearing fluid into the bearing gap. Such a method is described in AT 505 381 A1.

Insbesondere fluiddynamische Lager mit beidseitig offenem Lagerspalt werden imVakuum mit Lagerfluid befüllt. Das Lagerfluid fließt jedoch aufgrund des beibestimmten Bauformen relativ langen Lagerspalts während der Vakuum-Phase unddem anschließenden Belüften, d. h. Setzen der Vakuumkammer aufUmgebungsdruck, oftmals nicht vollständig in den Lagerspalt. Nach dem Belüftenkann es Vorkommen, dass Umgebungsluft zusammen mit dem Lagerfluid in denLagerspalt gelangt, insbesondere größere Luftbläschen. Sofern die im Lagereingeschlossene Luft nicht von selbst entweicht kann sie die Lagereigenschaftenwesentlich verschlechtern. Oftmals ist es notwendig, im Lager eingeschlossene Luftdurch eine längere Einlaufphase des Lagers bzw. des Motors aus dem Lager zuentfernen.In particular, fluid-dynamic bearings with a bearing gap open on both sides are filled with bearing fluid under vacuum. However, the bearing fluid flows during the vacuum phase and subsequent venting due to the particular design of relatively long bearing gap. H. Setting the vacuum chamber to ambient pressure, often not completely in the bearing gap. After venting, ambient air may enter the bearing gap along with the bearing fluid, especially larger air bubbles. Insofar as the air enclosed in the bearing does not escape by itself, it can substantially worsen the bearing characteristics. Often it is necessary to remove trapped air from the bearing through a longer run-in period of the bearing or motor.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Befüllen von fluiddynamischenLagern mit Lagerfluid anzugeben, bei dem die Gefahr eines Eindringens von Luft inden Lagerspalt während des Befüllvorgangs verringert wird.It is the object of the invention to provide a method for filling fluid dynamic bearings with bearing fluid, in which the risk of ingress of air into the bearing gap during the filling process is reduced.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gemäß dem Anspruch 1gelöst.This object is achieved by a method according to claim 1.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung und weitere erfindungswesentlicheMerkmale sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.Advantageous embodiments of the invention and further features essential to the invention are indicated in the dependent claims.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Befüllen eines fluiddynamischen Lagers mitLagerfluid mittels einer Befüllvorrichtung mit einer Vakuumkammer umfasst dieSchritte:The method according to the invention for filling a fluid dynamic bearing with bearing fluid by means of a filling device with a vacuum chamber comprises the steps:

Setzen des Lagers unter Vakuum, Befüllen des Lagers unter Vakuum in derVakuumkammer, Setzen des Lagers unter Atmosphärendruck, erneutes Setzen desLagers unter Vakuum, Durchlaufen einer Ruhephase im Vakuum, und Setzen desLagers unter Atmosphärendruck.Setting the bearing under vacuum, filling the bearing under vacuum in the vacuum chamber, setting the bearing under atmospheric pressure, re-setting the bearing under vacuum, going through a quiescent phase in vacuo, and setting the bearing under atmospheric pressure.

Unter Vakuum wird im Rahmen dieser Erfindung ein Druck von 2,5 -10 Pa(25 -100 pBar) oder weniger verstanden.Vacuum in the context of this invention is understood to mean a pressure of 2.5-10 Pa (25-100 pBar) or less.

Das erfindungsgemäße Verfahren unterscheidet sich insbesondere von dem bisherbekannten Verfahren zum Befüllen von fluiddynamischen Lagern dadurch, dass nachdem Befüllvorgang und dem Belüften, d. h. Setzen des Lagers unterAtmosphärendruck, ein zweites Mal ein Vakuum an das Lager angelegt wird. Dabeihat das eingebrachte Lagerfluid Zeit hat, vollständig in den Lagerspalt einzudringen.Da dieser Prozess unter einem Vakuum stattfindet, kann keine Luft zusammen mitdem Lagerfluid in dem Lagerspalt eingeschlossen werden.The method according to the invention differs in particular from the hitherto known method for filling fluid dynamic bearings in that, after the filling operation and the aeration, that is to say after the filling operation has taken place. H. Place the bearing under atmospheric pressure, a second time a vacuum is applied to the bearing. In the process, the introduced bearing fluid has time to completely penetrate the bearing gap. Since this process takes place under a vacuum, no air can be trapped in the bearing gap together with the bearing fluid.

Durch das erfindungsgemäße Befüllverfahren wird die Gefahr eines Eindringens vonLuft in das Lager während des Befüllvorgangs deutlich verringert. Das Verfahren istsomit sicherer gegen mögliche Ausfälle der befüllten Lager aufgrund vonLufteinschlüssen im Lagerspalt.The filling method according to the invention significantly reduces the risk of air entering the bearing during the filling process. The method is therefore more secure against possible failures of the filled bearings due to air pockets in the bearing gap.

In der Regel dauert es bei fluiddynamischen Lagern mit „langem“ Lagerspalt relativlange, d. h. einige Minuten, bis das in das Befüllreservoir eingebrachte Lagerfluiddurch Kapillarwirkung in den Lagerspalt eingedrungen ist. Wenn diese Zeitspanne,die das Lagerfluid zum Eindringen in den Lagerspalt braucht, im Vakuum stattfindet,ist die Gefahr eines Eindringens von Luft zusammen mit dem Lagerfluid in denLagerspalt wesentlich geringer.In general, it takes relatively long in fluid dynamic bearings with "long" bearing gap, d. H. a few minutes until the bearing fluid introduced into the filling reservoir has penetrated into the bearing gap by capillary action. When this period of time, which the bearing fluid needs to penetrate into the bearing gap, takes place in a vacuum, the risk of air ingress together with the bearing fluid into the bearing gap is substantially lower.

Gemäß einer ersten bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung umfasst dieBefüllvorrichtung lediglich eine Vakuumkammer, die ein Tor zum Ein- undAusschleusen der zu befüllenden Lager aufweist. Vorzugsweise wird das Lager in der Vakuumkammer in einer ersten Position unter Vakuum befüllt und dann in einezweite Position verfahren, in welcher es ebenfalls unter Vakuum die Ruhephasedurchläuft, während ein weiteres Lager in die erste Position verfahren und dort befülltwird. In der Ruhefasse kann das Lagerfluid vollständig in den Lagerspalt eindringen.According to a first preferred embodiment of the invention, the filling device comprises only a vacuum chamber, which has a gate for injecting and discharging the bearing to be filled. Preferably, the bearing in the vacuum chamber is filled in a first position under vacuum and then moved to a second position, in which it also passes through the rest phase under vacuum, while another bearing is moved to the first position and filled there. In the rest, the bearing fluid can completely penetrate into the bearing gap.

In dieser Ausgestaltung wird lediglich eine Vakuumkammer zum Befüllen und zumDurchlaufen der Ruhephase benötigt, wobei die Vakuumkammer jeweils beim Ein-und Ausschleusen der Lager unter Atmosphärendruck gesetzt wird, während siebeim Befüllvorgangs und der Ruhephase unter Vakuum gesetzt wird.In this embodiment, only one vacuum chamber is needed for filling and passing the rest phase, the vacuum chamber being set at atmospheric pressure each time the bearings are fed in and out, while being vacuumed during the filling operation and the rest phase.

In einer anderen bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird die Vakuumkammerpermanent unter Vakuum gehalten, und es ist eine Schleusenkammer vorhanden,die zum Ein- und Ausschleusen des Lagers in die Vakuumkammer dient. Hierbesteht also der Vorteil, dass die Vakuumkammer nicht ständig im Wechsel evakuiertund belüftet werden muss. Stattdessen wird die Schleusenkammer abwechselndunter Vakuum und Atmosphärendruck gesetzt, um jeweils ein Lager ein- bzw.ausschleusen zu können.In another preferred embodiment of the invention, the vacuum chamber is permanently held under vacuum, and there is a lock chamber, which serves for feeding and discharging the bearing in the vacuum chamber. So there is the advantage that the vacuum chamber does not have to be continuously evacuated and ventilated alternately. Instead, the lock chamber is alternately placed under vacuum and atmospheric pressure in order to be able to inject and / or discharge one bearing at a time.

Gemäß dieser Ausführungsform der Erfindung findet die Ruhephase für ein befülltesLager vorzugsweise in der Schleusenkammer statt, bevor das Lager dann aus derSchleusenkammer ausgeschleust wird.According to this embodiment of the invention, the resting phase for a filled storage preferably takes place in the lock chamber before the storage is then discharged from the lock chamber.

Vorzugsweise befindet sich während der Ruhephase des befüllten Lagers in derSchleusenkammer mindestens ein weiteres Lager zum Einschleusen in dieVakuumkammer und/oder es kann sich in der Schleusenkammer noch ein weiteresbefülltes und die Ruhephase schon durchlaufenes Lager zum unmittelbarenAusschleusen aus der Schleusenkammer befinden.Preferably, during the quiescent phase of the filled bearing in the lock chamber there is at least one further bearing for insertion into the vacuum chamber and / or there may be in the lock chamber still another bearing and the quiescent phase already running bearings for immediate evacuation from the lock chamber.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird die Vakuumkammerpermanent unter Vakuum gehalten, während zum Einschleusen des Lagers eineerste Schleusenkammer und zum Ausschleusen des Lagers aus derVakuumkammer eine zweite Schleusenkammer verwendet wird. Sowohl die erste alsauch die zweite Schleusenkammer werden abwechselnd unter Vakuum oderAtmosphärendruck gesetzt, je nachdem, ob gerade ein Lager in dieAccording to a further embodiment of the invention, the vacuum chamber is permanently kept under vacuum, while a first lock chamber is used for introducing the bearing and a second lock chamber for discharging the bearing from the vacuum chamber. Both the first and the second lock chambers are alternately placed under vacuum or atmospheric pressure, depending on whether just a camp in the

Schleusenkammer eingeführt wird oder ein Lager von der Schleusenkammer in dieVakuumkammer eingeführt wird und umgekehrt.Locking chamber is introduced or a bearing is introduced from the lock chamber in the vacuum chamber and vice versa.

Gemäß dieser Ausgestaltung der Erfindung durchläuft das befüllte Lager dieRuhephase vorzugsweise in der zweiten Schleusenkammer. Während das befüllte Lager in der zweiten Schleusenkammer seine Ruhephasedurchläuft, kann sich erfindungsgemäß ein weiteres befülltes und die Ruhephasebereits durchlaufenes Lager zur Ausschleusung aus der zweiten Schleusenkammerin dieser befinden.According to this embodiment of the invention, the filled bearing preferably passes through the resting phase in the second lock chamber. While the filled warehouse in the second lock chamber passes its rest phase, according to the invention, another filled and the rest phase already passed through warehouse for discharge from the second lock chamber can be located therein.

Erfindungsgemäß befinden sich mehrere Lager auf einem Träger und werden mitdem Träger zusammen transportiert. Die auf einem jeweiligen Träger befindlichenLager durchlaufen denselben Verfahrensschritt, sie werden beispielsweisegleichzeitig in die Vakuumkammer eingeschleust, sie werden gleichzeitig oderzumindest im selben Arbeitsschritt befüllt, sie durchlaufen gleichzeitig die Ruhephaseund werden wiederum gleichzeitig aus der Befüllvorrichtung ausgeschleust.According to the invention, several bearings are mounted on a carrier and are transported together with the carrier. The bearings located on a respective carrier pass through the same process step, for example they are simultaneously introduced into the vacuum chamber, they are filled simultaneously or at least in the same work step, they simultaneously pass through the quiescent phase and in turn are simultaneously discharged from the filling device.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher beschrieben. Ausden Zeichnungen und ihrer Beschreibung ergeben sich weitere Merkmale undVorteile der Erfindung.The invention will be described in more detail with reference to the drawings. From the drawings and their description, further features and advantages of the invention will be apparent.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Figur 1 zeigt schematisch den Ablauf des Befüllvorgangs gemäß einer erstenAusgestaltung der Erfindung.Figure 1 shows schematically the sequence of the filling process according to a first embodiment of the invention.

Figur 2 zeigt schematisch den Ablauf des Befüllvorgangs gemäß einer zweitenAusgestaltung der Erfindung.Figure 2 shows schematically the sequence of the filling process according to a second embodiment of the invention.

Figur 3 zeigt schematisch den Ablauf des Befüllvorgangs gemäß einer drittenAusgestaltung der Erfindung.Figure 3 shows schematically the sequence of the filling process according to a third embodiment of the invention.

Figur 4 zeigt eine Ausführungsform eines Spindelmotors mit einem zubefüllenden fluiddynamischen Lager.FIG. 4 shows an embodiment of a spindle motor with a fluid-dynamic bearing to be filled.

Figur 5 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Spindelmotors mit einem zubefüllenden fluiddynamischen Lager.FIG. 5 shows a further embodiment of a spindle motor with a fluid-dynamic bearing to be filled.

Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der ErfindungDescription of a preferred embodiment of the invention

Die Figuren 1 bis 3 zeigen schematisch verschiedene bevorzugte Möglichkeiten zurDurchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Befüllen einesfluiddynamischen Lagers mit Lagerfluid. Die Befüllvorrichtung zum Einfüllen desLagerfluids und das Lager selbst sind in den Figuren 1 bis 3 schematisch dargestellt.Es erfolgt eine Beschreibung des Befüllvorgangs während einzelner Schritte desBefüllverfahrens. Erfindungsgemäß können gleichzeitig mehrere Lager auf einemgemeinsamen Träger in die Befüllvorrichtung eingeschleust und dort gleichzeitig odernacheinander befüllt werden. Zur Befüllung können eine oder mehrereBefüllvorrichtungen vorgesehen sein.Figures 1 to 3 show schematically various preferred possibilities for carrying out the method according to the invention for filling a fluid-dynamic bearing with bearing fluid. The filling device for filling the storage fluid and the bearing itself are shown schematically in FIGS. 1 to 3. A description will be given of the filling process during individual steps of the filling process. According to the invention, a plurality of bearings can be simultaneously introduced into the filling device on a common carrier and filled there at the same time or after each other. For filling, one or more filling devices may be provided.

Figur 1 zeigt schematisch den Befüllvorgang gemäß einer ersten Ausgestaltung derErfindung.Figure 1 shows schematically the filling process according to a first embodiment of the invention.

Das Herz der Befüllvorrichtung ist eine Vakuumkammer 10, die ein Tor 16 zum Ein-und Ausschleusen eines Lagers aufweist. Ferner ist eine Vakuumpumpe 18 mit derVakuumkammer 10 verbunden, mit welcher die Vakuumkammer bei geschlossenemTor 16 auf einen Druck von beispielsweise 2,5 Pascal (25 pBar) oder wenigerevakuiert werden kann. Mittels eines Ventils 20 kann die evakuierte Vakuumkammer10 wieder belüftet werden. Dieses Ventil 20 kann elektronisch gesteuert sein, umeine kontrollierte Belüftung vorzunehmen und den Belüftungsvorgang entsprechendeiner Zeit-Druck-Funktion zu steuern, wie es beispielsweise in der AT 505 381 A1beschrieben ist.The heart of the filling device is a vacuum chamber 10, which has a gate 16 for feeding and discharging a bearing. Further, a vacuum pump 18 is connected to the vacuum chamber 10, with which the vacuum chamber can be evacuated with the door 16 closed to a pressure of, for example, 2.5 pascals (25 pBar) or less. By means of a valve 20, the evacuated vacuum chamber 10 can be ventilated again. This valve 20 may be electronically controlled to provide controlled ventilation and to control the venting operation in accordance with a time-pressure function, for example as described in AT 505 381 A1.

Das erfindungsgemäße Befüllverfahren erfolgt nun folgendermaßen. Dabei werdendie Träger entlang eines Transportweges 12 bewegt.The filling process according to the invention now takes place as follows. In doing so, the carriers are moved along a transport path 12.

Zunächst wird das Tor 16 geöffnet und ein Träger 1 in die Vakuumkammer 10eingeschleust. In der Vakuumkammer 10 herrscht Umgebungsdruck p0. Auf demTräger 1 ist mindestens ein zu befüllendes fluiddynamisches Lager 6 angeordnet.First, the gate 16 is opened and a carrier 1 is introduced into the vacuum chamber 10. In the vacuum chamber 10, ambient pressure p0 prevails. At least one fluid dynamic bearing 6 to be filled is arranged on the carrier 1.

Der Träger 1 wird innerhalb der Kammer 10 in eine Position 1 verfahren und das Tor16 geschlossen. Daraufhin wird die Vakuumkammer 10 mittels der Vakuumpumpe 18 evakuiert bis auf einen Druck p. Nach der Evakuierung auf einen Druck p wird indas Lager 6 mittels einer Dosiervorrichtung 14 eine bestimmte Menge an Lageröleingefüllt. Insbesondere wird das Lageröl in ein Einfüllreservoir eingefüllt und gelangtvon dort durch Kapillarwirkung in den Lagerspalt und in die zu schmierendenBereiche des Lagers. Nach dem Einbringen des Lagerfluids in das Einfüllreservoirdes Lagers 6 wird der Träger 1 in die Position 2 verfahren, wie es in Figur 1dargestellt ist. Danach wird die Vakuumkammer 10 mittels des Ventils 20 aufAtmosphärendruck p0 gebracht. Währenddessen fängt das Lagerfluid an, in denLagerspalt einzudringen, wobei dieser Eindringvorgang einige Minuten bis einige 10Minuten dauern kann, je nach Länge des Lagerspalts. Um das Eindringen desLagerfluids in den Lagerspalt zu erleichtern und insbesondere ein Eindringen vonLuft zu verhindern, wird nun die Vakuumkammer 10 ein zweites Mal evakuiert. Zuvorwird jedoch das Tor 16 geöffnet und ein zweiter Träger 2 in Position 1 gebracht unddas Tor 16 wieder verschlossen. Daraufhin erfolgt das Evakuieren derVakuumkammer 10 auf den Druck p. In der evakuierten Vakuumkammer 10 kannnun ein weiteres Lager 6 auf dem Träger 2 mit der Dosiervorrichtung 14 befülltwerden, währenddessen das Lager 6 auf dem Träger 1 in Position 2 eine Ruhephasedurchläuft, in welcher das Lagerfluid unter Vakuum in Ruhe in den Lagerspalteindringen kann.The carrier 1 is moved within the chamber 10 in a position 1 and the Tor16 closed. Thereafter, the vacuum chamber 10 is evacuated by means of the vacuum pump 18 except for a pressure p. After evacuation to a pressure p, a certain amount of bearing oil is filled into the bearing 6 by means of a metering device 14. In particular, the bearing oil is filled into a filling reservoir and from there by capillary action passes into the bearing gap and into the areas of the bearing to be lubricated. After introducing the bearing fluid into the filling reservoir of the bearing 6, the carrier 1 is moved to position 2, as shown in FIG. Thereafter, the vacuum chamber 10 is brought to atmospheric pressure p0 by means of the valve 20. Meanwhile, the bearing fluid begins to penetrate into the bearing gap, which penetration process can take several minutes to a few tens of minutes, depending on the length of the bearing gap. In order to facilitate the penetration of the bearing fluid into the bearing gap and in particular to prevent the ingress of air, the vacuum chamber 10 is now evacuated a second time. However, previously the gate 16 is opened and a second carrier 2 is brought into position 1 and the gate 16 is closed again. Thereafter, evacuation of the vacuum chamber 10 to the pressure p. In the evacuated vacuum chamber 10, another bearing 6 can now be filled on the carrier 2 with the metering device 14, during which the bearing 6 on the carrier 1 in position 2 passes through a resting phase in which the bearing fluid can quietly penetrate into the bearing gap under vacuum.

Nach einer vorgegebenen Zeit, die einer Ruhezeit von beispielsweise 30 bis 60Sekunden entspricht, wird die Vakuumkammer 10 mittels des Ventils 20 wiederumbelüftet und das Tor 16 geöffnet, wonach dann der Träger 1 mit dem befülltenLager 6 aus der Vakuumkammer 10 entfernt werden kann. Danach wird der Träger 2von Position 1 in Position 2 verfahren und ein weiterer Träger (nicht dargestellt) kanndurch das Tor 16 in die Vakuumkammer 10 eingebracht werden, so dass sich einkontinuierlicher Befüllprozess mit anschließendem Ruheprozess ergibt. Das Tor 16wird wiederum verschlossen und die Vakuumkammer 10 evakuiert, wobei nun derTräger 2 in Position 2 die Ruhephase durchläuft und so weiter.After a predetermined time, corresponding to a rest period of, for example, 30 to 60 seconds, the vacuum chamber 10 is ventilated again by means of the valve 20 and the gate 16 is opened, after which the carrier 1 with the filled bearing 6 can be removed from the vacuum chamber 10. Thereafter, the carrier 2 is moved from position 1 to position 2, and another carrier (not shown) can be introduced through the gate 16 into the vacuum chamber 10, resulting in a continuous filling process with subsequent rest process. The gate 16 is again closed and the vacuum chamber 10 evacuated, now the carrier 2 in position 2 passes through the quiescent phase and so on.

Eine Übersicht über die einzelnen Funktionen und Verfahrenschritte gibt dienachfolgende Tabelle 1.An overview of the individual functions and method steps is given in Table 1 below.

Tabelle 1Table 1

Figur 2 zeigt eine andere bevorzugte Ausgestaltung einer Befüllvorrichtung zurDurchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Die Befüllvorrichtung umfassteinerseits eine Vakuumkammer 110 und andererseits eine erste Schleusenkammer124 zum Einschleusen und eine zweite Schleusenkammer 126 zum Ausschleusenvon Lagern bzw. von Trägern 1, 2, 3, 4, 5 aus und in die Vakuumkammer 110. InFigur 2 sind insgesamt fünf Träger mit zu befüllenden bzw. befülltenfluiddynamischen Lagern dargestellt, wobei der Träger 1 bereits befüllte Lagerumfasst und kurz vor dem Ausschleusen dargestellt ist, während Träger 5 noch nichtbefüllte Lager umfasst, die bereit zum Einschleusen bzw. Einbringen in die ersteSchleusenkammer 124 sind.FIG. 2 shows another preferred embodiment of a filling device for carrying out the method according to the invention. The filling device comprises, on the one hand, a vacuum chamber 110 and, on the other hand, a first lock chamber 124 for introduction and a second lock chamber 126 for discharge of supports 1, 2, 3, 4, 5 and into the vacuum chamber 110. In Figure 5, a total of five supports are to be filled and filled fluid dynamic bearings, wherein the carrier 1 comprises already filled bearings and is shown shortly before discharge, while carrier 5 comprises still unfilled bearings ready for insertion into the first lock chamber 124.

Es wird nun der Verfahrensablauf beschrieben, wie er vom Träger 1 durchlaufenwurde, beginnend mit der Position des Einschleusens, die in der Figur 2 vom Träger5 eingenommen wird. In der Position des Trägers 5 ist der Träger bereit zumEinschleusen in die erste Schleusenkammer 124, wobei ein Tor 116 zur erstenSchleusenkammer 124 geöffnet wird und der Träger in die ersteSchleusenkammer 124 eingeführt wird, so dass er die Position des dargestelltenTrägers 4 einnimmt. Die erste Schleusenkammer 124 steht dabei unterAtmosphärendruck p0 und ein Tor 118 zur Vakuumkammer 110 ist geschlossen.Vorzugsweise umfasst jede Schleusenkammer 124, 126 sowie die Vakuumkammer110 jeweils eine Vakuumpumpe, wie sie in Figur 1 dargestellt ist, zum Evakuierender jeweiligen Kammer und ein Ventil 20, wie es ebenfalls in Figur 1 dargestellt ist,zum Belüften der jeweiligen Kammer. Es kann auch nur eine Vakuumpumpe zumEvakuieren der Kammern 110,124,126 vorgesehen sein. Die benötigtenVakuumpumpen und Ventile sind in Figur 2 nicht dargestellt.The process flow as it has been traversed by the carrier 1 will now be described, starting with the position of infiltration assumed by the carrier 5 in FIG. In the position of the carrier 5, the carrier is ready for insertion into the first lock chamber 124, opening a gate 116 to the first lock chamber 124, and inserting the carrier into the first lock chamber 124 to assume the position of the illustrated carrier 4. The first lock chamber 124 is under atmospheric pressure p0 and a gate 118 to the vacuum chamber 110 is closed. Preferably, each lock chamber 124, 126 and the vacuum chamber 110 each comprise a vacuum pump, as shown in FIG. 1, for evacuating the respective chamber and a valve 20, such as FIG it is also shown in Figure 1, for venting the respective chamber. Also, only one vacuum pump for evacuating the chambers 110, 124, 126 may be provided. The required vacuum pumps and valves are not shown in FIG.

Nach dem Einbringen des Trägers (dargestellter Träger 4) in die ersteSchleusenkammer 124 wird die erste Schleusenkammer 124 evakuiert, wonachdann das Tor 118 zur Vakuumkammer 110 geöffnet werden kann und der Träger mitden zu befüllenden Lagern in die Vakuumkammer 110 in eine Position verbrachtwerden kann, wie sie durch Träger 3 dargestellt ist. Nachfolgend wird das Tor 118zur ersten Schleusenkammer 124 wieder geschlossen. Danach kann die ersteSchleusenkammer 124 auf Atmosphärendruck belüftet werden und ein weitererTräger kann in die erste Schleusenkammer 124 eingebracht werden.After inserting the carrier (illustrated carrier 4) into the first lock chamber 124, the first lock chamber 124 is evacuated, after which the door 118 to the vacuum chamber 110 can be opened and the carrier with the bearings to be filled placed in the vacuum chamber 110 in a position as they are represented by carrier 3. Subsequently, the gate 118 is closed to the first lock chamber 124 again. Thereafter, the first lock chamber 124 may be vented to atmospheric pressure and another carrier may be inserted into the first lock chamber 124.

Zwischenzeitlich werden die auf dem Träger befindlichen Lager, welcher Träger ineiner Position ist wie durch Träger 3 dargestellt, durch eine Dosiervorrichtung 114 mitLageröl befüllt. Dies erfolgt unter Vakuum. Die Vakuumkammer 110 steht ständigunter Vakuum und wird in der Regel nicht belüftet. Gleichzeitig wird die zweiteSchleusenkammer 126 unter Vakuum gesetzt und hernach kann ein Tor 120 zurVakuumkammer 110 geöffnet werden. Der Träger mit den befüllten Lagern kann nunin eine Position 1 in der zweiten Schleusenkammer 126 verfahren werden, wie siedurch den Träger 2 eingenommen ist. Hernach wird das Tor 120 wiedergeschlossen.In the meantime, the supports on the carrier, which carrier is in a position as represented by carrier 3, are filled with storage oil by a metering device 114. This is done under vacuum. The vacuum chamber 110 is constantly under vacuum and is usually not ventilated. At the same time, the second lock chamber 126 is placed under vacuum, and thereafter, a door 120 to the vacuum chamber 110 can be opened. The carrier with the filled bearings can now be moved to a position 1 in the second lock chamber 126, as occupied by the carrier 2. Afterwards the gate 120 is closed again.

Aus der ersten Schleusenkammer 124 kann nun nach erneuter Evakuierung derersten Schleusenkammer 124 ein weiterer Träger in die Vakuumkammer 110befördert werden. Zwischenzeitlich wird die zweite Schleusenkammer 126 beigeschlossenem Tor 120 belüftet und der Träger von Position 1 in Position 2innerhalb der zweiten Schleusenkammer 126 verbracht. Die Position 2 wird in derFigur 2 durch den Träger 1 eingenommen. Anschließend wird die zweiteSchleusenkammer 126 evakuiert, so dass die gefüllten Lager auf Träger 1 in derPosition 2 nun eine Ruhephase im Vakuum durchlaufen. Nun kann ein weitererTräger von der Vakuumkammer 110 durch das geöffnete Tor 120 in Position 1 derzweiten Schleusenkammer 126 verbracht werden. Die Lager auf dem Träger 1befinden sich immer noch in der Ruhephase unter Vakuum. Das Tor 120 wirdwiederum verschlossen und die zweite Schleusenkammer 126 belüftet, wonach nunder Träger 1 in Position 2 überein Tor 122 aus der Vorrichtung ausgeschleustwerden kann, während der Träger 2 von Position 1 in die Position 2 verfahren wirdund dort im nächsten Zyklus seine Ruhephase durchläuft.After renewed evacuation of the first lock chamber 124, a further carrier can now be conveyed out of the first lock chamber 124 into the vacuum chamber 110. In the meantime, the second lock chamber 126 is ventilated with the door 120 closed and the carrier is moved from position 1 to position 2 within the second lock chamber 126. Position 2 is taken in figure 2 by the carrier 1. Subsequently, the second lock chamber 126 is evacuated, so that the filled bearings on support 1 in position 2 now undergo a rest phase in vacuum. Now, another carrier can be moved from the vacuum chamber 110 through the open port 120 to position 1 of the second lock chamber 126. The bearings on the carrier 1 are still in the quiescent phase under vacuum. The door 120 is closed again and the second lock chamber 126 is ventilated, after which the support 1 in position 2 can be ejected out of the device via gate 122, while the support 2 is moved from position 1 to position 2 and goes through its rest phase in the next cycle.

Der entsprechende Verfahrensablauf und die Zustände des Drucks, der Tore und diePositionen der Träger sind in Tabelle 2 dargestellt.The corresponding procedure and the states of the pressure, the gates and the positions of the carriers are shown in Table 2.

Tabelle 2Table 2

Ein weiteres Beispiel einer Befüllvorrichtung ist in Figur 3 dargestellt. DieBefüllvorrichtung umfasst eine Vakuumkammer 210 sowie eine einzigeSchleusenkammer 224, die sowohl zum Einschleusen von Trägern in dieVakuumkammer 210 als auch zum Ausschleusen der Träger aus derVakuumkammer 210 dient. Gleichzeitig dient die Schleusenkammer 224 auch zurDurchführung der Ruhephase für die befüllten Lager.Another example of a filling device is shown in FIG. The filling device comprises a vacuum chamber 210 and a single lock chamber 224, which serves both for introducing carriers into the vacuum chamber 210 and for discharging the carriers from the vacuum chamber 210. At the same time, the lock chamber 224 also serves to perform the resting phase for the filled bearings.

Die Vakuumkammer 210 befindet sich in der Regel unter ständigem Vakuum. DieSchleusenkammer 224 befindet sich zunächst unter Atmosphärendruck, wobei einTor 218 zur Vakuumkammer 210 geschlossen ist und ein Tor 216 geöffnet wird, sodass ein Träger in Position 1 in die Schleusenkammer 224 eingebracht werden kann.Die Träger bewegen sich entlang eines Transportweges 212. Nachdem der Träger,hier dargestellt durch Träger 4 in Position 1 ist, wird das Tor 216 geschlossen unddie Schleusenkammer 224 evakuiert. Nach dem Evakuieren kann das Tor 218 zurVakuumkammer 210 geöffnet werden und der Träger von der Position 1 in dieVakuumkammer 210 verfahren werden, hier dargestellt durch Träger 3. Das Tor 218wird wiederum geschlossen und die Schleusenkammer 224 auf Atmosphärendruckbelüftet. In der Vakuumkammer 210 werden auf dem Träger befindliche Lager 6durch eine Dosiereinrichtung 214 befüllt, während ein weiterer Träger, hierdargestellt durch Träger 5, in die Schleusenkammer 224 in Position 1 eingebrachtwird. Die Schleusenkammer 224 wird wiederum evakuiert, wonach der Träger mitden befüllten Lagern 6 entlang des Transportweges 12 durch das geöffnete Tor 218in Position 2 verfahren werden kann, während der Träger von Position 1 in dieVakuumkammer 210 befördert wird. Hernach wird das Tor 218 wiederumgeschlossen und die Schleusenkammer 224 belüftet. Dann kann das Tor 216geöffnet werden und ein weiterer Träger in Position 1 verfahren werden, während derTräger auf Position 2, hier dargestellt durch Träger 2, in Position 3 verfahren wird.The vacuum chamber 210 is usually under constant vacuum. The lock chamber 224 is initially at atmospheric pressure with a gate 218 closed to the vacuum chamber 210 and a gate 216 opened so that a carrier in position 1 can be inserted into the lock chamber 224. The carriers move along a transport path 212. After the carrier, here represented by carrier 4 in position 1, the gate 216 is closed and the lock chamber 224 is evacuated. After evacuation, gate 218 may be opened to vacuum chamber 210 and the carrier moved from position 1 to vacuum chamber 210, here represented by carrier 3. Gate 218 is in turn closed and the loadlock chamber 224 vented to atmospheric pressure. In the vacuum chamber 210, bearings 6 located on the support are filled by a metering device 214, while another support, represented by support 5, is introduced into the lock chamber 224 in position 1. The lock chamber 224 is again evacuated, after which the carrier with the filled bearings 6 along the transport path 12 can be moved through the open door 218 to position 2 while the carrier is being conveyed from position 1 to the vacuum chamber 210. Afterwards, the gate 218 is closed again and the lock chamber 224 is vented. Then the gate 216 can be opened and another carrier moved to position 1 while the carrier is moved to position 2, here represented by carrier 2, in position 3.

Das Tor 216 wird verschlossen, wie auch das Tor 218 und die Schleusenkammer224 wird evakuiert. Währenddessen können in der Vakuumkammer 210 auf demTräger befindliche Lager 6 mit Lagerfluid befüllt werden. Nach dem Evakuieren derSchleusenkammer 224 befinden sich nun die befüllten Lager in Position 3, hierdargestellt durch Träger 1, in einer Ruhephase, während das Tor 218 geöffnet wird,der Träger aus der Vakuumkammer 210 in Position 2 verfahren wird und der Trägeraus der Schleusenkammer 224 Position 1 in die Vakuumkammer 210 verfahren wird.Das Tor 218 kann anschließend wiederum geschlossen werden und dieSchleusenkammer 224 belüftet auf Atmosphärendruck werden, wonach das Tor 216geöffnet werden kann und der erste Träger mit befüllten Lagern und durchlaufenerRuhephase aus der Befüllvorrichtung entnommen werden kann. Dieser Zykluswiederholt sich wieder durch weiteres Einbringen eines Trägers in Position 1 derSchleusenkammer 224. Der Verfahrensablauf ist in Tabelle 3 im Einzelnendargestellt.The gate 216 is closed, as well as the gate 218 and the lock chamber 224 is evacuated. Meanwhile, bearings 6 located in the vacuum chamber 210 can be filled with bearing fluid. After evacuation of the lock chamber 224, the filled bearings are now in position 3, represented by support 1, in a resting phase, while the door 218 is opened, the support is moved from the vacuum chamber 210 to position 2 and the support from the lock chamber 224 position 1 The door 218 may then be closed again and the lock chamber 224 vented to atmospheric pressure, after which the door 216 may be opened and the first carrier with filled bearings and continuous rest phase removed from the loading device. This cycle is repeated again by further insertion of a carrier in position 1 of the lock chamber 224. The procedure is shown in Table 3 in detail.

Tabelle 3Table 3

Figur 4 zeigt einen Spindelmotor mit einem fluiddynamischen Lager, das mittels dererfindungsgemäßen Befüllvorrichtung mit Lagerfluid befüllt werden kann. DerSpindelmotor umfasst eine Basisplatte 310, die eine im Wesentlichen zentralezylindrische Öffnung aufweist, in welcher ein topfförmiges Bauteil 312 aufgenommenist. Das topfförmige Bauteil 312 umfasst eine zentrale Öffnung, in welcher eine Welle314 befestigt ist. An dem freien Ende der feststehenden Welle 314 ist einringförmiges Bauteil 316 angeordnet, das vorzugsweise einteilig mit der Welle 314ausgebildet ist. Die genannten Bauteile 310, 312, 314 und 316 bilden diefeststehende Komponente des Lagersystems. Das Lager umfasst eine Lagerbüchse322 an welcher eine Nabe 342 befestigt ist. Die Lagerbüchse 322 ist in einem durchdie Welle 314 und die beiden Bauteile 312, 316 gebildeten Zwischenraum relativ zudiesen Bauteilen drehbar um eine Drehachse 350 angeordnet. Das obere Bauteil316 wird auch als Stopperbauteil bezeichnet und ist in einer ringförmigenAussparung der Lagerbüchse 322 angeordnet. Am radial außen gelegenen Rand derringförmigen Aussparung der Lagerbüchse 322 ist in der Lagerbüchse 322 eineumlaufende Rille 323 angeordnet, die das Verhalten des fluiddynamischen Lagersunter Schock verbessert. Das Stopperbauteil 316 limitiert eine Bewegung desRotorbauteils 322, 342 in axialer Richtung und verhindert somit insbesondere eineDemontage des Lagers im Schockfall. Aneinander angrenzende Flächen der Welle314, der Lagerbüchse 322 und der beiden Bauteile 312, 316, die sich bei Stillstand,geringen Drehzahlen oder im Schockfall berühren können, sind durch einenbeidseitig offenen Lagerspalt 324 voneinander getrennt. Der Lagerspalt 324 ist miteinem Lagerfluid, beispielsweise einem Lageröl, gefüllt. Wenn der Spindelmotor zumAntrieb eines Festplattenlaufwerks eingesetzt wird, trägt die Nabe 342 eine odermehrere Speicherplatten (nicht dargestellt).FIG. 4 shows a spindle motor with a fluid-dynamic bearing which can be filled with bearing fluid by means of the filling device according to the invention. The spindle motor includes a base plate 310 having a substantially central cylindrical opening in which a cup-shaped member 312 is received. The cup-shaped member 312 includes a central opening in which a shaft 314 is fixed. At the free end of the fixed shaft 314, an annular member 316 is arranged, which is preferably formed integrally with the shaft 314. Said components 310, 312, 314 and 316 form the fixed component of the storage system. The bearing comprises a bearing bush 322 to which a hub 342 is attached. The bearing bush 322 is rotatably disposed about an axis of rotation 350 in a space defined by the shaft 314 and the two components 312, 316 relative to these components. The upper member 316 is also referred to as a stopper member and is disposed in an annular recess of the bearing sleeve 322. At the radially outer edge of the annular recess of the bearing bush 322, a circumferential groove 323 is arranged in the bearing bush 322, which improves the behavior of the fluid dynamic bearing under shock. The stopper member 316 limits movement of the rotor member 322, 342 in the axial direction and thus, in particular, prevents disassembly of the bearing in the event of shock. Adjacent surfaces of the shaft 314, the bearing bush 322 and the two components 312, 316, which can touch each other at a standstill, low rotational speeds or in the event of shock, are separated from one another by a bearing gap 324 open on both sides. The bearing gap 324 is filled with a bearing fluid, such as a bearing oil. When the spindle motor is used to drive a hard disk drive, the hub 342 carries one or more storage disks (not shown).

Die Lagerbüchse 322 hat eine zylindrische Lagerbohrung, an deren Innenumfangzwei in einem Abstand voneinander angeordnete zylindrische Radiallagerflächenausbildet sind, welche durch einen dazwischen angeordneten Separatorspalt 340voneinander getrennt sind. Die Radiallagerflächen umschließen die stehende Welle314 in einem Abstand von wenigen Mikrometern unter Bildung eines axialverlaufenden Abschnitts des Lagerspalts 324. Die Radiallagerflächen sind mitgeeigneten Radiallagerrillen, die beispielsweise sinus- oder parabelförmigausgebildet sein können, versehen, so dass sie mit jeweils gegenüberliegendenLagerflächen der Welle 314 zwei fluiddynamische Radiallager 318, 320 ausbilden.Das obere Radiallager 318 ist dabei weitgehend symmetrisch ausgebildet, wasbedeutet, dass der Teil der Lagerrillenstrukturen, der oberhalb des Apexangeordnet ist, etwa genauso lang ausgebildet ist, wie der untere Teil derLagerrillen. Es gibt aufgrund der symmetrischen Ausbildung der Radiallagerrillenkeine generierte Netto-Pumprichtung, die auf das Lagerfluid wirkt.Demgegenüber ist das untere Radiallager 320 asymmetrisch ausgebildetinsofern, als dass der Teil der Lagerrillenstrukturen, der unterhalb des Apexangeordnet ist, länger ausgebildet ist als der obere Teil der Radiallagerrillen.Hierdurch wird eine Netto-Pumpwirkung auf das Lagerfluid ausgeübt, welche dasLagerfluid axial nach oben in Richtung des oberen Radiallagers 318 befördert.The bushing 322 has a cylindrical bearing bore, on the inner periphery of which are formed two spaced-apart cylindrical radial bearing surfaces which are separated from each other by a separator gap 340 disposed therebetween. The radial bearing surfaces enclose the standing shaft 314 at a distance of a few microns to form an axially extending portion of the bearing gap 324. The radial bearing surfaces are provided with suitable radial bearing grooves, which may be sinusoidal or parabolic, for example, so that they each have two fluid dynamic radial bearings with opposing bearing surfaces of the shaft 314 The upper radial bearing 318 is substantially symmetrical, which means that the part of the bearing groove structures which is arranged above the apex is formed to be about the same length as the lower part of the bearing grooves. There is due to the symmetrical design of the radial bearing groove a net generated pumping direction which acts on the bearing fluid. In contrast, the lower radial bearing 320 is asymmetrical in that the part of the bearing groove structures disposed below the apex is made longer than the upper part of the radial bearing grooves This exerts a net pumping action on the bearing fluid, which conveys the bearing fluid axially upward toward the upper radial bearing 318.

An das untere Radiallager 320 schließt sich ein radial verlaufender Abschnitt desLagerspalts 324 an, der durch radial verlaufende Lagerflächen der Lagerbüchse 322und entsprechend gegenüber liegende Lagerflächen des Bauteiles 312 gebildet wird.Diese Lagerflächen bilden das fluiddynamische Axiallager 334 in Form eines zurRotationsachse 342 senkrechten Kreisringes. Das fluiddynamische Axiallager 334 istbeispielsweise durch spiralförmige Axiallagerrillen gekennzeichnet, die entweder aufder Stirnseite der Lagerbüchse 322, der Innenseite des Bauteils 312 oder beidenBauteilen angebracht sind. In einer anderen Ausgestaltung des Axiallagers kanndieses eine Fischgräten-artige (Herringbone) Lagerillenstruktur aufweisen. DieAxiallagerrillen des Axiallagers 334 sind so ausgebildet, dass sie auf das im radialverlaufenden Abschnitt des Lagerspalts 324 befindliche Lagerfluid eine Pumpwirkungradial nach innen in Richtung des Radiallagers 320 erzeugen. Dadurch nimmt derFluiddruck von einer radial äußeren zu einer radial inneren Position desAxiallagerspalts kontinuierlich zu.The lower radial bearing 320 is followed by a radially extending portion of the bearing gap 324, which is formed by radially extending bearing surfaces of the bearing sleeve 322 and corresponding bearing surfaces of the component 312. These bearing surfaces form the fluid dynamic thrust bearing 334 in the form of a rotation axis 342 perpendicular circular ring. The fluid dynamic thrust bearing 334 is characterized, for example, by spiral thrust bearing grooves mounted either on the face of the bearing sleeve 322, the inside of the member 312, or both. In another embodiment of the thrust bearing, this may have a herringbone bearing structure. The axial bearing grooves of the thrust bearing 334 are configured to generate a pumping action radially inward toward the radial bearing 320 on the bearing fluid located in the radially extending portion of the bearing gap 324. As a result, the fluid pressure continuously increases from a radially outer to a radially inner position of the axial bearing gap.

An den radialen Abschnitt des Lagerspalts 324 im Bereich des Axiallagers 334schließt sich ein anteilig mit Lagerfluid gefüllter Dichtungsspalt 326 an, der durcheinander gegenüberliegende Flächen der Lagerbüchse 322 und des topfförmigenBauteils 312 gebildet wird. Der Dichtungsspalt 326 dichtet den Lagerspalt 324 andiesem Ende ab. Der Dichtungsspalt 326 umfasst einen gegenüber dem Lagerspalt324 verbreiterten radial verlaufenden Abschnitt, der in einen sich konisch öffnenden,nahezu axial verlaufenden Abschnitt übergeht, der von einer äußeren Umfangsflächeder Lagerbüchse 322 und einer inneren Umfangsfläche des topfförmigen Bauteils312 begrenzt wird. Neben der Funktion als kapillare Dichtung dient derDichtungsspalt 326 als Fluidreservoir und stellt die für die Lebensdauer desLagersystems benötigte Fluidmenge bereit. Ferner können Fülltoleranzen und eineeventuelle thermische Ausdehnung des Lagerfluids ausgeglichen werden. Die beidenden konischen Abschnitt des Dichtungsspalts 326 bildenden Flächen an derLagerbüchse 322 und des topfförmigen Bauteils 312 können jeweils relativ zurDrehachse 350 nach innen geneigt sein. Der Neigungswinkel beträgt vorzugsweisezwischen 0 Grad und 5 Grad. Dabei ist der Neigungswinkel der äußerenUmfangsfläche der Lagerbüchse 322 größer ist als der Neigungswinkel der innerenUmfangsfläche des topfförmigen Bauteils 312, wodurch sich eine konischeErweiterung des Dichtungsspaltes 326 ergibt. Dadurch wird das Lagerfluid bei einerDrehung des Lagers aufgrund der Fliehkraft nach innen in Richtung des Lagerspalts324 gedrückt.At the radial portion of the bearing gap 324 in the region of the axial bearing 334, a sealingly filled with bearing fluid sealing gap 326, which is formed by mutually opposite surfaces of the bearing bush 322 and the cup-shaped member 312. The seal gap 326 seals the bearing gap 324 at this end. The seal gap 326 includes a radially extending portion widened from the bearing gap 324, which merges into a conically opening, nearly axially extending portion bounded by an outer peripheral surface of the bearing sleeve 322 and an inner peripheral surface of the cup-shaped member 312. In addition to functioning as a capillary seal, the seal gap 326 serves as a fluid reservoir and provides the amount of fluid needed for the life of the bearing system. Furthermore, filling tolerances and thermal expansion of the bearing fluid can be compensated. The two conical portions of the seal gap 326 forming surfaces on the bearing bush 322 and the cup-shaped member 312 may each be inclined inwardly relative to the rotational axis 350. The inclination angle is preferably between 0 degrees and 5 degrees. Incidentally, the inclination angle of the outer peripheral surface of the bushing 322 is larger than the inclination angle of the inner peripheral surface of the cup-shaped member 312, resulting in a conical enlargement of the seal gap 326. As a result, the bearing fluid is forced inwardly toward the bearing gap 324 as the bearing rotates due to centrifugal force.

Das Lagersystem weist einen Rezirkulationskanal 332, der als schräge Bohrunginnerhalb der Lagerbüchse 322 ausgebildet ist, auf. Der Rezirkulationskanal 332verbindet einen Abschnitt des Lagerspalts 324 radial außerhalb des Axiallagers334 direkt mit einem Abschnitt des Lagerspalts 324 unterhalb des Bauteils 316miteinander. An seinem oberen Ende bricht der Rezirkulationskanal 332 in dieumlaufende Rille 323 durch. Dieser Rezirkulationskanal 332 dient insbesonderedem Druckausgleich zwischen den voneinander entfernten Enden desLagerspalts 324 und ermöglicht eine Zirkulation des Lagerfluids im Lagerspalt324.The bearing system has a recirculation passage 332 formed as an inclined bore within the bearing sleeve 322. The recirculation passage 332 connects a portion of the bearing gap 324 radially outside the thrust bearing 344 directly to a portion of the bearing gap 324 below the member 316. At its upper end, the recirculation channel 332 breaks through into the circumferential groove 323. In particular, this recirculation passage 332 serves to equalize the pressure between the mutually remote ends of the bearing gap 324 and allows circulation of the bearing fluid in the bearing gap 324.

Der entlang des Axiallagers 334 verlaufende Abschnitt des Lagerspaltes 324 weistradial außerhalb des Axiallagers 330 im Bereich der Einmündung desRezirkulationskanals 332 eine wesentlich größere Spaltbreite im Vergleich zumLagerspalt 324 auf. Dieser verbreitete Spalt kann durch eine ringförmige Aussparungoder Stufe am Bauteil 312 und/oder der Lagerbüchse 322 gebildet werden. Durchdiesen Abschnitt mit vergrößerter Spaltbreite wird die Gesamtreibung des Lagersreduziert und eine bessere Ausleitung von im Lagerfluid gelösten Luftbläschen ausdem Lagerspalt 324 erreicht. Zwischen der Basisplatte 310 und der Lagerbüchse 322ist ein enger Luftspalt 348 angeordnet, durch den ein Entweichen, beispielsweisedurch Abdampfen, von Lagerfluid aus dem Lager minimiert wird.The portion of the bearing gap 324 extending along the axial bearing 334 has a substantially larger gap width radially outside the axial bearing 330 in the region of the opening of the recirculation channel 332 in comparison to the bearing gap 324. This widespread gap may be formed by an annular recess or step on the component 312 and / or the bearing bush 322. Through this section with increased gap width, the overall friction of the bearing is reduced and a better discharge of air bubbles dissolved in the bearing fluid from the bearing gap 324 is achieved. Disposed between the base plate 310 and the bearing bush 322 is a narrow air gap 348 which minimizes leakage, for example, by evaporation of bearing fluid from the bearing.

Auf der anderen Seite des Fluidlagersystems ist die Lagerbüchse 322 im Anschlussan das obere Radiallager 318 so gestaltet, dass es eine radial verlaufende Flächeausbildet, die mit einer entsprechend gegenüberliegenden Fläche des ringförmigenBauteils 316 einen radialen Spalt bildet. An den radialen Spalt schließt sich ein axialverlaufender Dichtungsspalt 330 an, der das Fluidlagersystem an diesem Endeabdichtet. Der Dichtungsspalt 330 wird durch einander gegenüberliegendeOberflächen der Lagerbüchse 322 und des ringförmigen Bauteils 316 begrenzt undweitet sich am äußeren Ende mit vorzugsweise konischem Querschnitt auf. Dabeiverläuft die äußere Umfangsfläche des ringförmigen Bauteils 316 im Verlauf zumLageräußeren zunächst parallel zur Drehachse 350, ist anschließend im Bereich derkonischen Kapillardichtung kegelförmig ausgebildet, wobei sie dabei einen Winkelvon mehr als 45 Grad relativ zur Drehachse 350 aufweist und verläuft anschließendan den kegelförmigen Abschnitt wieder parallel zur Drehachse 350. Diegegenüberliegende innere Umfangsfläche der Lagerbüchse 322 verläuft dabeiparallel zur Drehachse 350, so dass sich zunächst ein axial verlaufender Spalt miteiner sich daran anschließenden konische Kapillardichtung ergibt. DerDichtungsspalt 330 umfasst vorzugsweise eine dynamische Pumpdichtung 328, diedurch Pumprillenstrukturen auf der Oberfläche des Stopperbauteils 316 und/oder derLagerbüchse 322 gekennzeichnet ist. Die dynamische Pumpdichtung 328 reicht imaxialen Verlauf nicht bis in den radial verlaufenden Abschnitt des Lagerspalts 324, dazwischen der Pumpdichtung 328 und dem radial verlaufenden Abschnitt desLagerspalts 324 eine sogenannte Ruhezone benötigt wird, um zu vermeiden, dassLuft in das Lager gelangt. Während sich das Lager dreht, erzeugen dieOn the other side of the fluid bearing system, the bearing bush 322, following the upper radial bearing 318, is configured to form a radially extending surface that forms a radial gap with a corresponding opposite surface of the annular member 316. The radial gap is followed by an axially extending sealing gap 330 which seals the fluid bearing system at that end. The seal gap 330 is defined by opposing surfaces of the bearing sleeve 322 and the annular member 316 and widens at the outer end with a preferably conical cross section. In the process, the outer peripheral surface of the annular member 316 initially extends parallel to the axis of rotation 350 in the direction of the bearing, is then tapered in the conical capillary direction, making an angle greater than 45 degrees relative to the axis of rotation 350, and then again parallel to the axis of rotation at the tapered portion 350. The opposing inner peripheral surface of the bearing sleeve 322 extends parallel to the axis of rotation 350, so that initially results in an axially extending gap with an adjoining conical capillary seal. The seal gap 330 preferably includes a dynamic pump seal 328 characterized by pump groove patterns on the surface of the stopper member 316 and / or the bearing sleeve 322. The dynamic pumping seal 328 does not extend axially into the radially extending portion of the bearing gap 324, between which the pumping seal 328 and the radially extending portion of the bearing gap 324 a so-called quiet zone is needed to prevent air from entering the bearing. As the bearing rotates, the

Rillenstrukturen der Pumpdichtung 328 eine Pumpwirkung auf das imDichtungsspalt 330 befindliche Lagerfluid. Diese Pumpwirkung ist in das Innere desLagerspalts 324, also in Richtung des oberen Radiallagers 318 gerichtet.Grooved structures of the pumping seal 328 pumping action on the bearing fluid in the sealing gap 330. This pumping action is directed into the interior of the bearing gap 324, ie in the direction of the upper radial bearing 318.

Der obere Dichtungsspalt 330 ist durch eine Abdeckung 352 die als flacheringförmige Scheibe ausgebildet ist, abgedeckt. Die Abdeckung 352 istbeispielsweise auf einem Rand der Lagerbüchse 322 befestigt. Ein innerer Rand derAbdeckung 352 bildet zusammen mit dem Außenumfang des ringförmigenBauteils 316 einen Luftspalt als Spaltdichtung. Dies erhöht die Sicherheit gegen einAustreten von Lagerfluid aus dem Dichtungsspalt 330 bzw. verringert ein Abdampfendes Lagerfluids und erhöht somit die Lebensdauer des Fluidlagers.The upper sealing gap 330 is covered by a cover 352 which is formed as a flat ring-shaped disc. The cover 352 is attached, for example, on an edge of the bearing bush 322. An inner edge of the cover 352, together with the outer periphery of the annular member 316, forms an air gap as a gap seal. This increases the safety against leakage of bearing fluid out of the seal gap 330 or decreases evaporation of the bearing fluid and thus increases the life of the fluid bearing.

Zum Befüllen des Lagers mit Lagerfluid ist am Ende des oberen Dichtungsspalts 330ein ringförmiges Einfüllreservoir 358 vorgesehen. Das Volumen desEinfüllreservoirs 358 ist vorzugsweise mindestens so groß wie das Gesamtvolumendes in das Lager einzufüllenden Lagerfluids.To fill the bearing with bearing fluid, an annular filling reservoir 358 is provided at the end of the upper sealing gap 330. The volume of the fill reservoir 358 is preferably at least as large as the total volume of the bearing fluid to be loaded into the bearing.

Das elektromagnetische Antriebssystem des Spindelmotors wird in bekannter Weisegebildet durch eine an der Basisplatte 310 angeordnete Statoranordnung 344 undeinem die Statoranordnung in einem radialen Abstand umgebenden, ringförmigenRotormagneten 346, der an einer inneren Umfangsfläche der Nabe 342 angeordnetist. Der Rotormagnet ist von einem Joch 347 umgeben, das als magnetischerRückschluss dient.The electromagnetic drive system of the spindle motor is conventionally formed by a stator assembly 344 disposed on the base plate 310 and an annular rotor magnet 346 surrounding the stator assembly at a radial distance disposed on an inner circumferential surface of the hub 342. The rotor magnet is surrounded by a yoke 347 which serves as a magnetic return.

Da der Spindelmotor nur ein fluiddynamisches Axiallager 334 aufweist, das eineaxiale Kraft auf die Nabe 342 in Richtung des ringförmigen Bauteils 316 erzeugt,muss eine entsprechende Gegenkraft oder Vorspannkraft am beweglichen Lagerteilvorgesehen werden, die das Lagersystem axial im Gleichgewicht hält. Hierfür kanndie Basisplatte 310 einen ferromagnetischen Zugring 354 aufweisen, der demRotormagneten 346 axial gegenüberliegt und von diesem magnetisch angezogenwird. Diese magnetische Anziehungskraft wirkt entgegen der Kraft des Axiallagers334 und hält das Lager axial stabil. Alternativ oder zusätzlich zu dieser Lösungkönnen die Statoranordnung 344 und der Rotormagnet 346 axial zueinander versetztangeordnet werden, und zwar so, dass die magnetische Mitte des Rotormagneten 346 axial weiter entfernt von der Basisplatte 310 angeordnet wird als diemagnetische Mitte der Stätoranordnung 344. Dadurch wird durch das Magnetsystemdes Motors eine axiale Kraft aufgebaut, die entgegengesetzt zum Axiallager 334wirkt.Since the spindle motor has only one fluid dynamic thrust bearing 334 which generates an axial force on the hub 342 in the direction of the annular member 316, a corresponding counterforce or biasing force must be provided on the movable bearing member which axially balances the bearing system. For this, the base plate 310 may include a ferromagnetic pull ring 354 axially opposed to and magnetically attracted by the rotor magnet 346. This magnetic attraction acts against the force of thrust bearing 334 and keeps the bearing axially stable. Alternatively, or in addition to this approach, the stator assembly 344 and the rotor magnet 346 may be axially offset with respect to one another such that the magnetic center of the rotor magnet 346 is located axially further from the base plate 310 than the magnetic center of the stator assembly 344 Motor constructed an axial force which acts opposite to the thrust bearing 334.

In der Einfüllvorrichtung gemäß den Figuren 1, 2 oder 3 wird die Gesamtmenge deseinzufüllenden Lagerfluids mittels der Dosiervorrichtung 14, 114, 214 in dasringförmige Einfüllreservoir eingebracht. Das Lagerfluid dringt dann aufgrund derSchwerkraft und Kapillarwirkung in den Lagerspalt 324, den Rezirkulationskanal 332und die Dichtungsspalten 326, 330 ein. Durch das erfindungsgemäße Befüllverfahrenwird das Eindringen des Lagerfluids in das Lager verbessert und insbesondere einEindringen von Luft in das Lager verhindert.In the filling device according to FIGS. 1, 2 or 3, the total quantity of the bearing fluid to be introduced is introduced into the annular filling reservoir by means of the metering device 14, 114, 214. The bearing fluid then penetrates into the bearing gap 324, the recirculation channel 332, and the sealing gaps 326, 330 due to gravity and capillary action. The filling method according to the invention improves the penetration of the bearing fluid into the bearing and in particular prevents the penetration of air into the bearing.

Figur 5 zeigt einen Spindelmotor mit einer gegenüber Figur 4 abgewandeltenAusgestaltung eines fluiddynamischen Lagersystems, dessen Aufbau imWesentlichen dem Aufbau des Lagersystems gemäß Figur 4 entspricht.FIG. 5 shows a spindle motor with an embodiment of a fluid-dynamic bearing system modified with respect to FIG. 4, the construction of which corresponds substantially to the construction of the bearing system according to FIG.

Das Lagersystem umfasst eine feststehende Welle 414, an welcher ein erstesbecherförmiges Bauteil 412 und ein in einem Abstand davon angeordnetesfeststehendes Stopperbauteil 416 angeordnet sind. Die Bauteile 412, 414 und 416bilden das feststehende Lagerbauteil des Lagersystems. Die Welle 414 durchdringtdas becherförmige Lagerbauteil 412 und ist mit ihrem freien Ende in eine Basisplatte410 eingepresst, während das becherförmige Lagerbauteil 412 in einem Abstand zurBasisplatte 410 an der Welle 414 angeordnet ist.The bearing system comprises a fixed shaft 414 on which a first cup-shaped member 412 and a fixed stopper member 416 spaced therefrom are arranged. The components 412, 414 and 416 form the fixed bearing component of the bearing system. The shaft 414 penetrates the cup-shaped bearing member 412 and is press-fitted in a base plate 410 with its free end, while the cup-shaped bearing member 412 is spaced from the base plate 410 on the shaft 414.

In einem ringförmigen Zwischenraum zwischen der feststehenden Welle 414 und denbeiden Bauteilen 412 und 416 ist eine Lagerbüchse 422 um eine Rotationsachse 450drehbar gelagert. Die Lagerbüchse 422 ist in einer zentralen Bohrung einer Nabe442 befestigt. Die Nabe 442 bildet zusammen mit der Lagerbüchse 422 dasbewegliche Lagerbauteil und den Rotor des Spindelmotors. Am radial außengelegenen Rand einer ringförmigen Aussparung der Lagerbüchse 422, in der dasfeststehende Stopperbauteil 416 angeordnet ist, ist in der Lagerbüchse 422 eineumlaufende Rille 423 ausgebildet, die das Verhalten des fluiddynamischen Lagersunter Schock verbessert.In an annular space between the fixed shaft 414 and the two components 412 and 416, a bearing bush 422 is rotatably supported about a rotation axis 450. The bearing bush 422 is mounted in a central bore of a hub 442. The hub 442, together with the bearing bush 422, forms the movable bearing member and the rotor of the spindle motor. At the radially outward edge of an annular recess of the bearing bush 422, in which the fixed stopper member 416 is arranged, in the bearing bush 422 a circumferential groove 423 is formed, which improves the behavior of the fluid dynamic bearing under shock.

Die Oberflächen der feststehenden Lagerbauteile 412, 414 und 416 und dieentsprechend zugewandten Oberflächen der Lagerbüchse 422, die sich beiStillstand, geringen Drehzahlen oder im Schockfall berühren können, sind durcheinen Lagerspalt 424 voneinander getrennt, der nur wenige Mikrometer breit und miteinem Lagerfluid gefüllt ist.The surfaces of the fixed bearing members 412, 414 and 416 and the corresponding facing surfaces of the bushing 422, which may contact each other at standstill, low rotational speeds or in the event of shock, are separated by a bearing gap 424 that is only a few microns wide and filled with a bearing fluid.

Entlang eines axial verlaufenden Abschnitts des Lagerspaltes 424 sind in einemAbstand voneinander zwei fluiddynamische Radiallager 418, 420 angeordnet. DieRadiallager 418, 420 sind durch Lagerrillenstrukturen gekennzeichnet, die auf derInnenwand der Lagerbohrung der Lagerbüchse 422 bzw. dem Außenumfang derWelle 414 angeordnet sind. Durch diese Lagerrillenstrukturen wird bei Drehung desLagers ein hydrodynamischer Druck im Lagerspalt 424 erzeugt, der die Radiallagertragfähig macht. Die Lagerrillenstrukturen können beispielsweise sinusförmig oderparabelförmig ausgebildet sein. Das obere Radiallager 418 ist weitgehendsymmetrisch ausgebildet und generiert keine Netto-Pumprichtung, die auf dasLagerfluid wirkt, während ist das untere Radiallager 420 asymmetrisch ausgebildetist und eine Netto-Pumpwirkung auf das Lagerfluid ausübt, welche das Lagerfluidaxial nach oben in Richtung des oberen Radiallagers 418 befördert. Zwischen denbeiden Radiallagern 418 und 420 befindet sich ein Separatorspalt 440 mit gegenüberden Radiallagerspalten deutlich vergrößertem Spaltabstand zwischen der Welle 414und der Lagerbüchse 422.Along an axially extending portion of the bearing gap 424, two fluid dynamic radial bearings 418, 420 are arranged at a distance from each other. The radial bearings 418, 420 are characterized by bearing groove structures disposed on the inner wall of the bearing bore of the bearing bush 422 and the outer periphery of the shaft 414, respectively. As a result of these bearing groove structures, upon rotation of the bearing, a hydrodynamic pressure is generated in the bearing gap 424 which makes the radial bearings capable of bearing. The bearing groove structures may be formed, for example, sinusoidal or parabolic. The upper radial bearing 418 is highly symmetrical and does not generate a net pumping direction acting on the bearing fluid, while the lower radial bearing 420 is asymmetrical and exerts a net pumping action on the bearing fluid that axially conveys the bearing fluid upwardly toward the upper radial bearing 418. Between the two radial bearings 418 and 420, there is a separator gap 440 with a significantly increased gap distance between the shaft 414 and the bearing bush 422 relative to the radial bearing gaps.

Unterhalb des unteren Radiallagers 420 geht der axial verlaufende Lagerspalt 424 ineinen radial verlaufenden Abschnitt über, der durch eine Stirnfläche der Lagerbüchse422 und eine gegenüber liegende Fläche des becherförmigen Lagerbauteils 412begrenzt ist. Entlang dieses radialen Abschnitts des Lagerspaltes 424 ist einfluiddynamisches Axiallager 434 angeordnet, das ebenfalls durchLagerrillenstrukturen gekennzeichnet ist, die auf der Lagerbüchse 422 oder demLagerbauteil 412 angeordnet sind. Die Axiallagerrillen sind beispielsweisespiralrillenförmig ausgebildet und derart ausgebildet, dass diese das im Lagerspalt424 befindliche Lagerfluid radial nach innen in Richtung des Radiallagers 434pumpen.Below the lower radial bearing 420, the axially extending bearing gap 424 merges into a radially extending portion bounded by an end surface of the bearing bush 422 and an opposite surface of the cup-shaped bearing member 412. Arranged along this radial portion of the bearing gap 424 is a fluid dynamic thrust bearing 434, which is also characterized by bearing groove structures disposed on the bearing bush 422 or the bearing member 412. The axial bearing grooves are, for example, spiral-shaped and designed such that they pump the bearing fluid located in the bearing gap 424 radially inwards in the direction of the radial bearing 434.

An diesem Ende ist der Lagerspalt 424 durch einen kapillaren Dichtungsspalt 426abgedichtet. Der Dichtungsspalt 426 ist durch eine innere Umfangsfläche desfeststehenden Lagerbauteils 412 und eine äußere Umfangsfläche der Lagerbüchse422 begrenzt. Die innere Umfangsfläche des feststehenden Lagerbauteils 412 unddie äußere Umfangsfläche der Lagerbüchse 422 sind dabei beide im axialen Verlaufin Richtung zum Lageräußeren zumindest partiell radial nach innen geneigt, wobeidie äußere Umfangsfläche der Lagerbüchse 422 gemessen zur Drehachse 450einen größeren Neigungswinkel aufweist, wodurch sich im axialen Verlauf zumLageräußeren der sich im Querschnitt konisch öffnender Dichtungsspalt 426ausbildet. Am Ende des Dichtungsspalts 426 ist zwischen dem Außenumfang derLagerbüchse 422 und dem Innenumfang des Lagerbauteils 412 ein enger Luftspalt448 angeordnet, durch den ein Entweichen von Lagerfluid aus dem Dichtungsspalt426 minimiert wird.At this end, the bearing gap 424 is sealed by a capillary sealing gap 426. The seal gap 426 is defined by an inner peripheral surface of the fixed bearing member 412 and an outer peripheral surface of the bearing bush 422. The inner peripheral surface of the fixed bearing member 412 and the outer peripheral surface of the bearing bush 422 are both inclined at least partially radially inward in the axial direction toward the bearing outer, wherein the outer peripheral surface of the bearing bush 422 measured to the rotation axis 450 has a larger inclination angle, whereby in the axial course to the bearing outer of A sealing gap 426, which opens conically in cross-section, is formed. At the end of the seal gap 426, a narrow air gap 448 is located between the outer periphery of the bearing sleeve 422 and the inner circumference of the bearing member 412 to minimize leakage of bearing fluid out of the seal gap 426.

Das Lagersystem weist einen Rezirkulationskanal 432, der als schräge Bohrunginnerhalb der Lagerbüchse 422 ausgebildet ist, auf. Der Rezirkulationskanal 432verbindet einen Abschnitt des Lagerspalts 424 radial außerhalb des Axiallagers 434direkt mit einem Abschnitt des Lagerspalts 424 unterhalb des Bauteils 416miteinander. An seinem oberen Ende bricht der Rezirkulationskanal 432 in dieumlaufende Rille 423 durch.The storage system has a recirculation passage 432 formed as an oblique bore within the bearing sleeve 422. The recirculation passage 432 directly connects a portion of the bearing gap 424 radially outward of the thrust bearing 434 with a portion of the bearing gap 424 below the member 416. At its upper end, the recirculation passage 432 breaks into the circumferential groove 423.

Ein zweiter Dichtungsspalt 430 ist durch eine äußere Umfangsfläche desStopperrings 416 und eine innere Umfangsfläche der Lagerbüchse 422 begrenzt unddichtet den Lagerspalt 424 an diesem Ende ab. Dabei verläuft die äußereUmfangsfläche des ringförmigen Bauteils 416 im Verlauf zum Lageräußerenzunächst parallel zur Drehachse 450 und ist anschließend im Bereich der konischenKapillardichtung kegelförmig ausgebildet, wobei sie dabei einen Winkel von wenigerals 45 Grad relativ zur Drehachse 450 aufweist. Die gegenüberliegende innereUmfangsfläche der Lagerbüchse 422 verläuft dabei parallel zur Drehachse 450, sodass sich zunächst ein axial verlaufender Spalt mit einer sich daran anschließendenkonische Kapillardichtung ergibt. Der obere Dichtungsspalt 430 ist durch eineAbdeckung 452 verschlossen, die ein Eindringen von Schmutz bzw. ein Austretenvon Lagerfluid aus dem Dichtungsbereich verhindern soll. Ein innerer Rand derAbdeckung 452 bildet zusammen mit dem Außenumfang der Welle 414 einenA second seal gap 430 is defined by an outer peripheral surface of the stopper ring 416 and an inner peripheral surface of the bearing sleeve 422, and seals the bearing gap 424 at that end. In this case, the outer peripheral surface of the annular member 416 extends in the course of the bearing exterior at first parallel to the rotation axis 450 and is then tapered in the region of the conical Kapillardichtung, thereby having an angle of less than 45 degrees relative to the rotation axis 450. The opposite inner circumferential surface of the bearing bush 422 runs parallel to the rotation axis 450, so that initially there is an axially extending gap with an adjoining conical capillary seal. The upper sealing gap 430 is closed by a cover 452, which is intended to prevent the ingress of dirt or leakage of bearing fluid from the sealing area. An inner edge of the cover 452 forms one together with the outer periphery of the shaft 414

Luftspalt als Spaltdichtung. Dies erhöht die Sicherheit gegen ein Austreten vonLagerfluid aus dem Dichtungsspalt 430 bzw. verringert ein Abdampfen desLagerfluids und erhöht somit die Lebensdauer des Fluidlagers. Entlang des oberenDichtungsspalts 430 ist eine dynamische Pumpdichtung 428 vorgesehen, welche imaxialen Verlauf nicht bis in den radial verlaufenden Abschnitt des Lagerspalts 424reicht und das im Dichtungsspalt 430 befindliche Lagerfluid nach unten in Richtungdes ersten Radiallagers 418 fördert, sobald das Lagersystem in Drehung versetztwird.Air gap as a gap seal. This increases the safety against leakage of bearing fluid from the seal gap 430 or reduces evaporation of the bearing fluid and thus increases the life of the fluid bearing. Along the top seal gap 430 is provided a dynamic pump seal 428 which does not extend axially into the radially extending portion of the bearing gap 424 and conveys the bearing fluid in the seal gap 430 downwardly toward the first radial bearing 418 as the bearing system is rotated.

Zum Befüllen des Lagers mit Lagerfluid ist am Ende des oberen Dichtungsspalts 430ein ringförmiges Einfüllreservoir 458 vorgesehen. Das Volumen des Einfüllreservoirs458 ist vorzugsweise mindestens so groß wie das Gesamtvolumen des in das Lagereinzufüllenden Lagerfluids.For filling the bearing with bearing fluid, an annular filling reservoir 458 is provided at the end of the upper sealing gap 430. The volume of the filling reservoir 458 is preferably at least as large as the total volume of the bearing fluid to be filled into the bearing.

Der Antrieb der rotierende Teile 422, 442 des Spindelmotors erfolgt durch einelektromagnetisches Antriebssystem, das eine elektrische Statoranordnung 444umfasst, die fest an der Basisplatte 410 angeordnet ist. Ein Rotormagnet 446 istradial gegenüberliegend der Statoranordnung an einer inneren Umfangsfläche derNabe 442 befestigt. Ein Joch 447 stellt den magnetischen Rückfluss für denRotormagneten 446 sicher.The drive of the rotating parts 422, 442 of the spindle motor is accomplished by an electromagnetic drive system comprising an electric stator assembly 444 fixedly attached to the base plate 410. A rotor magnet 446 is mounted radially opposite the stator assembly to an inner peripheral surface of the hub 442. A yoke 447 ensures the magnetic return flow for the rotor magnet 446.

Wie bereits in Bezug auf die Figur 4 beschrieben wurde, ist der Rotormagnet 446gegenüber der Statoranordnung 444 aus seiner magnetischen Mitte axial nach obenversetzt angeordnet, wodurch eine axiale magnetische Zugkraft nach unten auf denRotormagneten 446 ausgeübt wird, die entgegengesetzt zur Lagerkraft desfluiddynamischen Axiallagers 434 gerichtet ist. Unterhalb des Rotormagneten 446kann zusätzlich oder optional ein ferromagnetischer Zugring (nicht zeichnerischdargestellt) vorgesehen werden, der ebenfalls eine axiale magnetische Zugkraft aufden Rotormagneten 446 ausübt, die entgegengesetzt zur Lagerkraft desfluiddynamischen Axiallagers 434 gerichtet ist. Dieser ferromagnetische Zugringerzeugt dadurch eine magnetische Vorspannung für das einzige Axiallager 434.As previously described with respect to FIG. 4, rotor magnet 446 is axially offset upwardly from stator stator 444 from its magnetic center, thereby exerting downward axial magnetic force on rotor magnet 446 directed opposite to the bearing force of fluid dynamic thrust bearing 434. Underneath the rotor magnet 446 may additionally or optionally be provided a ferromagnetic pull ring (not shown in the drawing) which also exerts an axial magnetic tensile force on the rotor magnet 446 directed opposite to the bearing force of the fluid dynamic thrust bearing 434. This ferromagnetic pull ring thereby generates a magnetic bias for the single thrust bearing 434.

Alternativ kann gegenüberliegend dem Axiallager 434 unterhalb der Pumpdichtungein zweites Axiallager 456 angeordnet sein, welches in einem radialen Abschnitt desAlternatively, opposite to the thrust bearing 434 below the pumping seal, a second thrust bearing 456 may be arranged, which in a radial portion of the

Lagerspaltes durch eine Lagerfläche auf der Unterseite des Stopperringes 416 undeine gegenüber liegende Lagerfläche auf der Oberseite der Lagerbüchse 422gebildet ist. In diesem Fall kann die magnetische Vorspannung durch einenferromagnetischen Zugring entfallen, da die beiden fluiddynamischen Axiallager sichgegenseitig stabilisieren. Da allerdings das obere Axiallager 456 auf einem kleinerenDurchmesser angeordnet ist als das untere Axiallager 434 und somit die axialeLagerkraft des oberen Axiallagers 456 schwächer ist als diejenige des unterenAxiallagers 434, wird zur Kompensation ein axialer Versatz (Offset) zwischen dermagnetischen Mitte des Rotormagneten 446 und der Statoranordnung 444vorgesehen, wodurch eine axiale magnetische Zugkraft nach unten auf denRotormagneten 446 ausgeübt wird, die entgegengesetzt zur Lagerkraft desfluiddynamischen Axiallagers 434 gerichtet ist.Bearing gap is formed by a bearing surface on the underside of the stopper ring 416 and an opposite bearing surface on the upper side of the bearing bush 422. In this case, the magnetic bias can be omitted by a ferromagnetic pull ring, since the two fluid dynamic thrust bearings stabilize each other. However, since the upper thrust bearing 456 is located at a smaller diameter than the lower thrust bearing 434 and thus the axial bearing force of the upper thrust bearing 456 is weaker than that of the lower thrust bearing 434, an axial offset for offset becomes between the magnetic center of the rotor magnet 446 and the stator assembly 444, thereby exerting an axial magnetic pull down on the rotor magnet 446, which is directed opposite to the bearing force of the fluid dynamic thrust bearing 434.

In der Einfüllvorrichtung gemäß den Figuren 1, 2 oder 3 wird die Gesamtmenge deseinzufüllenden Lagerfluids mittels der Dosiervorrichtung 14, 114, 214 in dasringförmige Einfüllreservoir eingebracht. Das Lagerfluid dringt dann aufgrund derSchwerkraft und Kapillarwirkung in den Lagerspalt 424, den Rezirkulationskanal 432und die Dichtungsspalten 426, 430 ein. Durch den erfindungsgemäßeBefüllverfahren wird das Eindringen des Lagerfluids in das Lager verbessert undinsbesondere ein Eindringen von Luft in das Lager verhindert.In the filling device according to FIGS. 1, 2 or 3, the total quantity of the bearing fluid to be introduced is introduced into the annular filling reservoir by means of the metering device 14, 114, 214. The bearing fluid then penetrates into the bearing gap 424, the recirculation channel 432, and the sealing gaps 426, 430 due to gravity and capillary action. The filling method according to the invention improves the penetration of the bearing fluid into the bearing and in particular prevents the ingress of air into the bearing.

Liste der Bezugszeichen 1,2,3,4,5 Träger 6 Fluiddynamisches Lager 10,110,210 Vakuumkammer12, 112, 212 Transportweg14, 114, 214 Dosiervorrichtung16 Tor 18 Vakuumpumpe 20 Ventil 116,216 Tor 1 118,218 Tor 2 120 Tor 3 122 Tor 4 124 Schleuse 1 126 Schleuse 2 224 Schleuse 310,410 Basisplatte 312,412 erstes Bauteil 314,414 Welle 316, 416 zweites Bauteil 318,418 Radiallager 320,420 Radiallager 322,422 Lagerbüchse 323, 432 umlaufende Rille 324,424 Lagerspalt 326,426 Dichtungsspalt 328,428 Pumpdichtung 330,430 Dichtungsspalt 332,432 Rezirkulationskanal334,434 Axiallager 340,440 Separatorspalt 342,442 Nabe 344,444 Statoranordnung 346.446 Rotormagnet 347.447 Joch 348.448 Luftspalt 350,450 Drehachse 352,452 Abdeckung 354 Zugring 456 Axiallager 358,458 EinfüllreservoirList of Reference Numbers 1,2,3,4,5 Carrier 6 Fluid Dynamic Bearing 10,110,210 Vacuum Chamber 12, 112, 212 Transport Path 14, 114, 214 Metering Device 16 Gate 18 Vacuum Pump 20 Valve 116,216 Gate 1 118,218 Gate 2 120 Gate 3 122 Gate 4 124 Gate 1 126 Gate 2 224 Sluice 310,410 Base plate 312,412 First component 314,414 Shaft 316, 416 Second component 318,418 Radial bearing 320,420 Radial bearing 322,422 Bearing sleeve 323,432 Circumferential groove 324,424 Bearing gap 326,426 Sealing gap 328,428 Pump seal 330,430 Sealing gap 332,432 Recirculation channel334,434 Thrust bearing 340,440 Separator gap 342,442 Hub 344,444 Stator arrangement 346.446 Rotor magnet 347.447 yoke 348.448 Air gap 350,450 Rotary axis 352,452 Cover 354 Pull ring 456 Thrust bearing 358,458 Filling reservoir

Patentansprüche:claims:

Claims

A method of filling a fluid dynamic bearing (6) with bearing fluid by means of a filling device having a vacuum chamber (10, 110, 210), comprising the steps of: placing the bearing (6) under vacuum, filling the bearing (6) under vacuum in the vacuum chamber, setting the bearing (6) under atmospheric pressure, re-setting the bearing (6) under vacuum, passing through a rest phase in a vacuum, setting the bearing (6) under atmospheric pressure.

A method according to claim 1, characterized in that the bearing (6) in the vacuum chamber (10) is moved to and filled with a first position and then moved to a second position, where it passes through the quiescent phase, while a second bearing passes into the moved first position and filled there.

3. The method according to claim 1, characterized in that the vacuum chamber (210) is kept permanently under vacuum, and a lock chamber (224) for introducing and discharging the bearing (6) in the vacuum chamber (210) is used, wherein the lock chamber ( 224) is set alternately under vacuum or atmospheric pressure.

4. The method according to claim 3, characterized in that the filled warehouse (6) passes through the rest phase in the lock chamber (224).

5. The method according to any one of claims 3 or 4, characterized dasssich during the resting phase of the filled bearing (6) in the lock chamber (224) at least one further bearing for introduction into the vacuum chamber (210) and / or yet another bearing for Out of the lock chamber (224) is located.

A method according to claim 1, characterized in that the vacuum chamber (110) is kept permanently under vacuum, and a first lock chamber (124) for introducing the bearing (6) into the vacuum chamber (110) and a second lock chamber (126) for discharging of the bearing from the vacuum chamber (110), with both the first and second lock chambers (124, 126) being alternately placed under vacuum or atmospheric pressure.

7. The method according to claim 6, characterized in that the filled bearing (6) passes through the rest phase in the second lock chamber (126).

Method according to one of claims 6 or 7, characterized in that at least one further bearing (6) for discharging from the second lock chamber (126) is located in the second lock chamber (126) during the resting phase of the filled bearing (6).

9. The method according to any one of claims 1 to 8, characterized in that the bearing (6) and the other bearings each on a support (1 ..... 5) are arranged and with the carrier (1, ..., 5) are transported together.

10. An apparatus for filling fluid dynamic bearings with a vacuum chamber according to a method according to any one of claims 1 to 9.