DE10022408A1 - Festplattenlaufwerk mit Spindellagersystem - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Festplattenlaufwerk mit Spindellagersystem mit einem feststehenden Lagerteil und einem gegenüber diesem um eine gemeinsame Achse drehbeweglichen Lagerteil, wobei zwischen den Lagerteilen mindestens zwei axial voneinander beabstandete Wälzkörperkollektive angeordnet sind. Um den Luftdurchsatz im Spindellager zu unterbrechen und dadurch die Partikelgenerierung und die Ausgasungsprobleme zu verringern, ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß der Raum zwischen den Wälzkollektiven mittels mindestens einer Dichtungsanordnung gegen axiale Luftdurchströmung gedichtet ist.
Description
Die Erfindung betrifft ein Festplattenlaufwerk mit Spindellagersystem nach
dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, insbesondere ein abgedichtetes
Spindellagersystem.
Derartige Lagersysteme sind in vielfachen Ausführungsformen bekannt und
werden z. B. bei Spindelmotoren zum Antrieb von Festplattenspeichern
eingesetzt. Im wesentlichen besteht ein solches Lagersystem aus einer Welle
und einem die Welle konzentrisch umgebenden Rotor und mindestens zwei
voneinander beabstandetem Wälzkörperkollektiven, wobei als Wälzkörper
vorzugsweise Kugeln verwendet werden. Jedes dieser so gebildeten
Einzellager besteht im wesentlichen aus einem mit der Welle drehfest
verbundenen inneren Laufring und einem mit dem Rotor oder dem Stator
drehfest verbundenen äusseren Laufring mit dazwischen liegenden Kugeln.
Die Kugeln können einzeln zwischen den Laufringen laufen oder zusätzlich
von einem Kugelkäfig zusammengehalten werden.
Bei derartigen Spindellagersystemen für Festplattenantriebe besteht die
Notwendigkeit, die Wälzlager mit ihren schmutzabgebenden Teilen so
gegenüber dem eigentlichen Reinraumbereich des Festplattenspeichers
abzudichten, daß aus der Lageranordnung kein Schmutz, insbesondere keine
Fett- oder Ölpartikel, in den Festplattenspeicher gelangen kann. Zu diesem
Zweck ist es bekannt, die Wälzlager nach außen hin mit zugeordneten,
üblicherweise nicht berührenden bzw. streifenden Dichtungen zu versehen,
die bevorzugt als Magnetfluiddichtungen oder als Labyrinthdichtungen
ausgebildet sind. Derartige Dichtungselemente sind bevorzugt kreisringförmig
ausgebildet, wobei in einem Ausführungsbeispiel der radial außenliegende
Teil des Dichtungsringes an dem Rotor angebracht wird, während der radial
einwärts gerichtete Teil des Ringes eine Dichtung zu der Welle bildet. Diese
Dichtungen schließen das Spindellager nach aussen hin ab.
Da die Speicherkapazität der Festplattenspeicher bei gleichzeitiger
Miniaturisierung der Bauteile rasant wächst und aufgrund dessen immer
höhere Reinheitsanforderungen gestellt werden, besteht die Notwendigkeit,
die Abdichtung des Spindellagersystems gegenüber dem Außenbereich
weiter zu verbessern, um den Austritt von Schmutzpartikeln aus dem
Lagersystem zu reduzieren.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein
Spindellagersystem der eingangs genannten Art hinsichtlich seiner
Abdichtung zu verbessern.
Diese Aufgabe wird durch die in Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale
gelöst.
Der Kern der Erfindung besteht demnach darin, im Raum zwischen den
einzelnen Wälzlagern eine zusätzliche Dichtanordnung zwischen dem
feststehenden und dem drehbeweglichen Lagerteil des Spindellagersystems
vorzusehen.
Durch die erfindungsgemässe Dichtungsanordnung, die zusätzlich zu den
vorhandenen Aussendichtungen vorgesehen ist, kann der Luftdurchsatz
durch das Spindellagersystem wirksam unterbrochen werden und dadurch die
Partikelgenerierung und Ausgasung von Schmiermitteln verringert werden.
Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind in
den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
So kann als Dichtungsanordnung jede für den Einsatz in
Spindellagersystemen geeignete Dichtung vorgesehen sein. Die
erfindungsgemässe Dichtungsanordnung ist vorzugsweise als Spaltdichtung,
Labyrinthdichtung oder Magnetfluiddichtung ausgebildet.
In einer ersten Ausführungsform ist die Dichtungsanordnung drehfest an dem
feststehenden oder dem drehbeweglichen Lagerteil angeordnet und
gegenüber dem jeweils anderen Lagerteil durch einen Dichtspalt beabstandet.
Eine Weiterbildung sieht vor, daß die Dichtungsanordnung aus jeweils
mindestens einem mit dem feststehenden und dem drehbeweglichen
Lagerteil verbundenen Dichtungsteil besteht, wobei die Dichtungsteile
zwischen sich und/oder den Lagerteilen einen Dichtspalt ausbilden.
Eine besonders gute Dichtwirkung wird durch eine Dichtungsanordnung
erreicht, die aus jeweils mindestens einem mit dem feststehenden und dem
drehbeweglichen Lagerteil verbundenen Dichtungsteil besteht, wobei die
Dichtungsteile kammartig ineinandergreifenden und einen Labyrinthspalt
zwischen sich und/oder den Lagerteilen ausbilden.
Eine einfache Montage der Dichtungsanordnung wird vorzugsweise dadurch
erreicht, daß die Dichtungsanordnung als integrierter Bestandteil des
feststehenden und/oder drehbeweglichen Lagerteils ausgebildet ist.
Für eine einfache und schnelle Montage der Dichtungsanordnung ist es
vorteilhaft, wenn die Wälzlager einen gemeinsamen äußeren Laufring
besitzen, wobei ein Teil der Dichtungsanordnung integrierter Bestandteil des
äußeren Laufrings ist.
Der Erfindungsgegenstand der vorliegenden Erfindung ergibt sich nicht nur
aus dem Gegenstand der einzelnen Patentansprüche, sondern auch aus der
Kombination der einzelnen Patentansprüche untereinander. Alle in den
Unterlagen, einschließlich der Zusammenfassung, offenbarten Angaben und
Merkmale, insbesondere die in den Zeichnungen dargestellte räumliche
Ausbildung werden als erfindungswesentlich beansprucht, soweit sie einzeln
oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von mehrere Ausführungswege
darstellenden Zeichnungen näher erläutert. Hierbei gehen aus den
Zeichnungen und ihrer Beschreibung weitere erfindungswesentliche
Merkmale und Vorteile der Erfindung hervor.
Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Spindellagersystems mit
jeweils zwei verschiedenen Ausführungsformen einer
Dichtungsanordnung;
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Spindellagersystems mit zwei
weiteren Ausführungsformen einer Dichtungsanordnung;
Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Spindellagersystems mit noch
einer weiteren Ausführung einer Dichtungsanordnung;
Fig. 4 eine schematische Darstellung eines Spindellagersystems mit
anderen Ausführungsformen der Dichtungsanordnung.
In den Zeichnungsfiguren sind jeweils schematisch Spindellagersysteme im
Schnitt dargestellt, wobei in der linken und rechten Hälfte der Fig. 1, 2 und
4 jeweils unterschiedliche Dichtungsanordnungen gezeigt sind. Dabei sind
gleiche Teile mit gleichen Bezugsziffern versehen.
Gemäß Fig. 1 besteht das erfindungsgemäße Spindellagersystem aus einer
Welle 1 mit einer Mittellängsachse 2, die von einem um die Achse 2
drehbeweglichen Lagerteil umgeben ist. Das Lagerteil bildet im gezeigten
Beispiel jeweils den gemeinsamen äußeren Laufring 4 von
Wälzkörperkollektiven 5' bzw. 7', die zueinander beabstandet sind. Das obere
Wälzlager umfasst jeweils einen mit der Welle 1 drehfest verbundenen
inneren Laufring 3a bzw. 3b, wobei zwischen dem inneren Laufring 3a, 3b
und dem äußeren Laufring 4 die Kugeln 5 des oberen Wälzkörperkollektivs 5'
angeordnet sind.
Die innere Lauffläche des unteren Wälzkörperkollektivs 7' wird durch einen an
der Welle angeformten Bund 6 gebildet, wobei die Kugeln 7 des unteren
Wälzkörperkollektivs 7' zwischen der Lauffläche des Bundes 6 und dem
äußeren Laufring 4 angeordnet sind.
Nach außen hin ist das Spindellager durch Dichtungen 8, 9 abgedichtet,
wobei die Dichtungen 8, 9 beispielsweise drehfest mit dem äußeren Laufring
4 verbunden sind und eine Spaltdichtung gegenüber der Welle 1 ausbilden.
Durch diese Dichtungen 8, 9 wird verhindert, daß Schmutzpartikel, die durch
die beweglichen Teile der Lagersysteme generiert werden bzw. Rückstände
von Schmiermitteln aus dem Inneren des Spindellagers nach außen dringen
können.
Wie man nun aus der linken Hälfte von Fig. 1 entnehmen kann, ist
erfindungsgemäß zwischen den Wälzkörperkollektiven 5', 7' eine zusätzliche
Dichtung 10 angeordnet, die vorzugsweise drehfest mit dem äußeren Laufring
4 verbunden ist und einen Dichtspalt 11 gegenüber der Welle 1 ausbildet.
Diese Dichtung 10 besteht im vorliegenden Beispiel vorzugsweise aus einem
im Querschnitt etwa rechteckigen Kunststoffteil.
Die rechte Hälfte von Fig. 1 zeigt eine weitere Ausführungsform der
zwischen den Wälzlagern angeordneten Dichtung 12, die ebenfalls mit dem
äußeren Laufring 4 drehfest verbunden ist und gegenüber der Welle 1 und
dem inneren Laufring 3b einen Dichtspalt 13, 11a, 11b ausbildet. Die
Dichtung 12 zeigt gegenüber der Dichtung 10 bereits eine verbesserte
Dichtwirkung, da die Länge des Dichtspalts erheblich größer ist.
Fig. 2 zeigt zwei weitere Beispiele einer Dichtanordnung, die nun jeweils aus
zwei oder mehreren Dichtungsteilen besteht. In der linken Hälfte von Fig. 2
ist eine Dichtungsanordnung, bestehend aus einem drehfest mit dem äußeren
Laufring 4 verbundenen Dichtungsteil 15 und einem drehfest mit der Welle 1
verbundenen Dichtungsteil 16 gezeigt. Die Dichtungsteile 15, 16 bilden jeweils
gegenüber dem anderen Lagerteil 1, 4 und zwischen sich selbst einen
Dichtspalt 17, 11, 18 aus.
In der rechten Hälfte von Fig. 2 ist eine Dichtungsanordnung in Form einer
Labyrinthdichtung gezeigt. Die Dichtungsanordnung besteht aus mehreren
Dichtungsteilen 19a bis 19e, wobei im Beispiel die Dichtungsteile 19a, 19c
und 19e drehfest mit der Welle 1 verbunden sind, während die Dichtungsteile
19b und 19d drehfest mit dem äußeren Laufring 4 verbunden sind. Die
Dichtungsteile 19a bis 19e sind derart profiliert, daß sie kammartig ineinander
greifen und zwischen sich und den jeweils gegenüberliegenden Lagerteilen
1, 4 einen Labyrinthspalt 20 ausbilden. Wie auch die Dichtungsteile 15, 16 sind
die Dichtungsteile 19c bis 19e im Querschnitt etwa L-förmig ausgebildet,
während die Dichtungsteile 19a und 19b einen rechteckigen Querschnitt
aufweisen.
Fig. 3 zeigt schließlich eine Weiterbildung einer Labyrinthdichtung,
bestehend aus konzentrisch angeordneten, ineinander verschachtelten
Hülsen, die einander axial überlappend eine im Querschnitt kammartige
Struktur mit einem mäanderförmigen Dichtspalt 23 bilden. Sie besteht aus
einem mit dem äußeren Laufring 4 drehfest verbundenen Dichtungsteil 21,
welches in Richtung der Achse 2 axial gerichtete Hülsenteile aufweist und
einem drehfest mit der Welle 1 verbundenen Dichtungsteil 22, welches
ebenfalls axial gerichtete Hülsenteile aufweist, die mit ihren freien Enden in
entgegengesetzter Richtung zu den axialen Hülsenteilen des Dichtungsteils
21 gerichtet sind. Die Hülsenteile der Dichtungsteile 21, 22 überlappen
einander, so daß der Labyrinthspalt 23 ausgebildet wird, welcher die
Dichtungsanordnung bildet.
Je nach Ausführung der Dichtungen können bei allen Ausführungsbeispielen
die Dichtungsteile bereits fest mit dem jeweiligen Lagerteil verbunden werden,
ja sogar als integraler Teil des jeweiligen Lagerteils ausgebildet werden. Bei
der Montage des Spindellagers werden die Lagerteile dann mitsamt den
daran angeordneten Dichtungsteilen einfach zusammengesteckt.
Bei der in Fig. 2 im rechten Teil dargestellten Dichtungsanordnung müssen
jedoch die Dichtungsteile 19a bis 19e nach und nach im Spindellager montiert
und mit dem jeweiligen Lagerteil durch Verkleben oder ähnliches verbunden
werden. Es sollte selbstverständlich sein, daß die Dichtungen bzw.
Dichtungsteile als rotationssymmetrische, entsprechend den dargestellten
Ausführungsformen profilierte Dichtungsringe ausgebildet sind, wobei diese
Dichtungsringe vorzugsweise aus Kunststoff oder Metall bestehen. Die
Kugeln 5, 7 der Wälzkörperkollektive 5', 7' können entweder frei zwischen
Welle 1 und äußerem Laufring 4 bzw. innerem Laufring 3, 3a und äußerem
Laufring 4 angeordnet sein, wie es jeweils im linken Teil der
Zeichnungsfiguren dargestellt ist, oder sie können alternativ in einem
Kugelkäfig gehalten werden, wie es jeweils im rechten Teil der
Zeichnungsfiguren dargestellt ist.
Fig. 4 zeigt im linken Teil ein Spindellager mit einer Dichtungsanordnung,
bestehend aus einer Dichtung 24, die drehfest mit dem äußeren Laufring 4
verbunden ist und gegenüber der Welle 1 einen Dichtspalt 27 ausbildet. Der
innere Laufring 25 des oberen Wälzkörperkollektivs sowie die durch einen
Bund 26 der Welle 1 gebildete innere Lauffläche des unteren
Wälzkörperkollektivs sind voneinander beabstandet, wobei die Dichtung 24 in
den Zwischenraum zwischen dem Laufring 25 und dem Bund 26 eingreift, so
daß sich der Dichtspalt 27 entsprechend fortsetzt. Zur radialen Zentrierung
und zur axialen Positionierung weist die etwa scheibenförmige Dichtung 24
einen radial äußeren, umlaufenden, wulstförmigen Kragen auf, der in einer
zugeordneten Ringnut des äusseren Laufrings 4 drehfest angeordnet ist. Statt
der scheibenförmigen Dichtung 24 kann auch eine Magnetfluiddichtung
vorgesehen sein.
Die rechte Hälfte der Fig. 4 zeigt eine Dichtungsanordnung, die als integraler
Bestandteil des äußeren Laufrings 28 ausgebildet ist. Hierbei bildet der radial
nach innen gerichtete Dichtungsabschnitt 29 gegenüber der Welle 1 und dem
inneren Laufring 3b einen Dichtspalt 30a, 30b aus.
Alle vorstehend beschriebenen Dichtungsanordnungen 10; 12; 15, 16; 19; 21,
22; 24; 29 erhöhen den axialen Strömungswiderstand im Raum zwischen den
Wälzlagerkollektiven 5', 7', so dass ein Mitreissen von Partikeln aus diesem
Raum nach aussen in den Reinraum des Festplattenlaufwerkes wirksam
unterbunden ist.
Bei der Verwendung einer Magnetfluiddichtung wird die axiale
Luftdurchströmung vollständig unterdrückt.
In den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen wurde davon
ausgegangen, dass die Welle 1 feststeht und der äussere Lagerring 4
umläuft. Selbstverständlich ist die Erfindung hierauf nicht beschränkt; sie
umfasst auch die kinematische Umkehrung einer rotierenden Welle 1 mit
einem feststehenden Lagerring 4.
1
Welle
2
Achse
3
a, b Laufring (innen)
4
Laufring (außen)
5
Kugel
5
' Wälzkörperkollektiv
6
Bund (Lauffläche)
7
Kugel
7
' Wälzkörperkollektiv
8
Dichtung (oben)
9
Dichtung (unten)
10
Dichtung
11
Dichtspalt
11
a,
11
b
12
Dichtung
13
Dichtspalt
15
Dichtungsteil
16
Dichtungsteil
17
Dichtspalt
18
Dichtspalt
19
a-e Dichtungsteil
20
Labyrinthspalt
21
Dichtungsteil
22
Dichtungsteil
23
Labyrinthspalt
24
Dichtung
25
Laufring (innen)
26
Bund
27
Dichtspalt
28
Laufring (außen)
29
Dichtung
30
Dichtspalt
30
a,
30
b
Claims (9)
1. Festplattenlaufwerk mit Spindellagersystem mit einem Lagerteil (1) und einem
gegenüber diesem um eine gemeinsame Achse (2) drehbeweglichen
Lagerteil (4), wobei zwischen den Lagerteilen mindestens zwei axial
voneinander beabstandete Wälzkörperkollektive (5', 7') angeordnet sind,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Raum zwischen den Wälzkörperkollektiven (5', 7') mit mindestens
einer Dichtungsanordnung (10; 12; 15, 16; 19; 21, 22; 24; 29) gegen axiale
Luftdurchströmung abgedichtet ist.
2. Festplattenlaufwerk mit Spindellagersystem nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die Dichtungsanordnung (10; 12; 15, 16; 24; 29) als
Spaltdichtung (11; 11a, 11b, 13; 11, 17, 18; 27; 30, 30a, 30b) ausgebildet ist.
3. Festplattenlaufwerk mit Spindellagersystem nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die Dichtungsanordnung (19; 21; 22) als
Labyrinthdichtung (20; 23) ausgebildet ist.
4. Festplattenlaufwerk mit Spindellagersystem nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die Dichtungsanordnung als Magnetfluiddichtung
ausgebildet ist.
5. Festplattenlaufwerk mit Spindellagersystem nach einem der Ansprüche 1 bis
4, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungsanordnung (10; 12; 15, 16; 19;
21, 22; 24) drehfest an dem feststehenden oder dem drehbeweglichen
Lagerteil (1; 4) angeordnet und gegenüber dem jeweils anderen Lagerteil (4;
1) durch einen Dichtspalt (11; 11a, 11b, 13, 11, 17, 18; 20; 23; 27; 30, 30a, 30b)
beabstandet ist.
6. Festplattenlaufwerk mit Spindellagersystem nach einem der Ansprüche 1 bis
4, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungsanordnung mindestens
zweiteilig ausgebildet ist und aus einem mit dem feststehenden und einem mit
dem drehbeweglichen Lagerteil (1; 4) verbundenen Dichtungsteil (15, 16)
besteht, wobei die Dichtungsteile zwischen sich und/oder den Lagerteilen (1;
4) einen mehrfach abgewinkelten Dichtspalt (11, 17, 18) ausbilden.
7. Festplattenlaufwerk mit Spindellagersystem nach einem der Ansprüche 1 bis
4, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungsanordnung aus jeweils
mindestens einem mit dem feststehenden und mindestens einem mit dem
drehbeweglichen Lagerteil verbundenen Dichtungsteil (19; 21, 22) besteht,
deren kammartig ineinandergreifende Teile einen Labyrinthspalt (20; 23)
zwischen sich und/oder den Lagerteilen (1; 4) ausbilden.
8. Festplattenlaufwerk mit Spindellagersystem nach einem der Ansprüche 1 bis
7, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teil der Dichtungsanordnung
(10; 12; 15, 16; 21, 22; 24; 29) ein integrierter Bestandteil des feststehenden
und/oder drehbeweglichen Lagerteils (1; 4) ist.
9. Festplattenlaufwerk mit Spindellagersystem nach einem der Ansprüche 1 bis
8, dadurch gekennzeichnet, daß die Wälzkörperkollektive (5', 7') einen
gemeinsamen äußeren Laufring (4) besitzen.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: PRECISION MOTORS DEUTSCHE MINEBEA GMBH, 78052 VILL |
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8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: MINEBEA CO., LTD., NAGANO, JP |
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8131 | Rejection |