DE102005005414B3 - Fluid-dynamic bearing system for rotary bearing of spindle motor used in hard disk drive assembly, has bushings surrounding divided sections of tubular case surrounding rotary shaft, forming gap which is filled with bearing fluid - Google Patents

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Abstract

The system includes a shaft (2) that is surrounded by a tubular case (4), and that rotates around a rotation axis (3). A flange (9) is formed at the outer circumference of the case to divide the case into upper and lower sections (4a,4b). The upper and lower sections of the case are surrounded by upper and lower bushings (10,11). The inner diameter of the bushings and the outer diameter of the case sections formed an outer bearing gap (12) which is filled with bearing fluid and which is connected to an inner bearing gap (5). A covering (7) is arranged facing the pressure plate (6) which is arranged at the outer circumference of the tubular case. The internal bearing gap is formed between the surfaces of the shaft, case, pressure plate and covering. Radial bearing areas (13,14) and axial bearing areas (19,20) are arranged with the case, pressure plate and covering.

Description

Gebiet der ErfindungField of the invention

Die Erfindung betrifft ein fluiddynamisches Lagersystem, insbesondere zur Drehlagerung eines Spindelmotors z.B. für den Antrieb der Speicherplatte(n) eines Festplattenlaufwerks.The The invention relates to a fluid dynamic bearing system, in particular for pivotal mounting of a spindle motor e.g. for driving the storage disk (s) a hard disk drive.

Spindelmotoren bestehen im wesentlichen aus Stator, Rotor und mindestens einem zwischen diesen beiden Teilen angeordneten Lagersystem. Der elektromotorisch angetriebene Rotor ist mit Hilfe des Lagersystems gegenüber dem Stator drehgelagert. Als Lagersystem werden unter anderem Wälzlager, neuerdings aber bevorzugt fluiddynamische Lagersysteme eingesetzt.spindle motors consist essentially of stator, rotor and at least one between these two parts arranged storage system. The electric motor driven rotor is with the help of the storage system against the Stator rotatably mounted. As a storage system, among other things rolling bearings, but recently used fluid dynamic storage systems preferred.

Eine bekannte Ausgestaltung eines fluiddynamischen Lagersystems, offenbart z.B. in der DE 201 19 716 U1 , umfasst eine feststehende Welle und eine Lagerhülse, die eine axiale Bohrung zur Aufnahme der Welle aufweist. Die Hülse rotiert frei um die feststehende Welle und bildet zusammen mit dieser ein Radiallager. Die in gegenseitiger Wirkverbindung stehenden Lageroberflächen von Welle und Hülse sind durch einen dünnen, konzentrischen und mit einem Schmiermittel gefüllten Lagerspalt voneinander beabstandet. In wenigstens einer Lageroberfläche ist eine Oberflächenstruktur eingearbeitet, welche infolge der rotatorischen Relativbewegung zwischen Hülse und Welle lokale Beschleunigungskräfte auf das im Lagerspalt befindliche Schmiermittel ausübt. Auf diese Weise entsteht eine Art Pumpwirkung, die zur Ausbildung eines homogenen und gleichmäßig dicken Schmiermittelfilms innerhalb des Lagerspalts führt, der durch Zonen fluiddynamischen Druckes stabilisiert wird. Die Lagerhülse trägt eine Rotorglocke, auf der z.B. Speicherplatten eines Festplattenlaufwerks angeordnet sind.A known embodiment of a fluid dynamic bearing system, disclosed for example in the DE 201 19 716 U1 includes a fixed shaft and a bearing sleeve having an axial bore for receiving the shaft. The sleeve rotates freely around the fixed shaft and together with this forms a radial bearing. The mutually operatively connected shaft and sleeve bearing surfaces are spaced apart by a thin, concentric bearing gap filled with a lubricant. In at least one bearing surface, a surface structure is incorporated, which as a result of the rotational relative movement between sleeve and shaft exerts local acceleration forces on the lubricant in the bearing gap. In this way creates a kind of pumping action, which leads to the formation of a homogeneous and uniformly thick lubricant film within the bearing gap, which is stabilized by zones fluid dynamic pressure. The bearing sleeve carries a rotor bell on which eg disks of a hard disk drive are arranged.

Eine Verschiebung der beschriebenen Anordnung entlang der Rotationsachse wird durch mindestens ein entsprechend ausgestaltetes fluiddynamisches Axiallager verhindert. Bei einem fluiddynamischen Axiallager sind die in gegenseitiger Wirkverbindung stehenden Lageroberflächen, von denen wenigstens eine mit einer Oberflächenstruktur versehen ist, jeweils in einer zur Rotationsachse senkrechten Ebene angeordnet und durch einen dünnen, vorzugsweise ebenen, mit Schmiermittel gefüllten Lagerspalt axial voneinander beabstandet. Die zur Aufnahme der axialen Kräfte vorgesehenen fluiddynamischen Drucklager werden vorzugsweise durch die beiden Stirnflächen einer am Ende der Welle angeordneten Druckplatte gebildet, wobei der einen Stirnfläche der Druckplatte eine entsprechende Stirnfläche der Hülse und der anderen Stirnfläche die innenliegende Stirnfläche einer Abdeckung zugeordnet ist. Die Abdeckung bildet also ein Gegenlager zur Druckplatte und verschließt die offene Seite des Lagersystems und verhindert, dass Luft in den mit Schmiermittel gefüllten Lagerspalt eindringt.A Displacement of the described arrangement along the axis of rotation is characterized by at least one appropriately designed fluid dynamic Thrust bearing prevents. In a fluid dynamic thrust bearing are the mutually interacting bearing surfaces of which at least one is provided with a surface structure, each arranged in a plane perpendicular to the axis of rotation and through a thin, preferably flat, filled with lubricant bearing gap axially from each other spaced. The provided for receiving the axial forces fluid dynamic Thrust bearing are preferably by the two end faces of a formed at the end of the shaft arranged pressure plate, wherein the one face the pressure plate has a corresponding end face of the sleeve and the other end face the inside end face associated with a cover. The cover thus forms an abutment to the pressure plate and closes the open side of the storage system and prevents air from entering the filled with lubricant Bearing gap penetrates.

Der Trend geht zu immer kleineren Spindelmotoren, vor allem immer geringeren Bauhöhen, was zu einer entsprechenden Miniaturisierung der Lagersysteme führt, wobei es aufgrund der immer kleiner werdenden Lagerabstände schwierig ist, eine geforderte Steifigkeit der Lagersysteme zu erzielen. Die Steifigkeit ist eine der wichtigsten Größen zur Bestimmung der Performance eines Lagers. Bei einem fluiddynamischen Lager hängt der Runout (Schlag) in hohem Maße von der Steifigkeit des Lagers ab.Of the Trend goes to smaller and smaller spindle motors, especially smaller and smaller heights, which leads to a corresponding miniaturization of the storage systems, wherein it is difficult due to the ever smaller bearing distances is to achieve a required rigidity of the storage systems. The stiffness is one of the most important sizes for Determining the performance of a warehouse. In a fluid dynamic Warehouse hangs the runout (blow) to a great extent from the rigidity of the bearing.

Die US 6 371 649 B1 , die als nächstkommender Stand der Technik betrachtet wird, offenbart insbesondere in 3 ein fluiddynamisches Lagersystem mit einer feststehenden Welle, einer die Welle umgebende und um eine Rotationsachse drehbare, rohrförmige Hülse, mindestens einer am Außenumfang der Hülse angeordneten Druckplatte, und einer die Stirnseiten der Druckplatte und der Hülse verschließenden Abdeckung. Einander zugewandte und durch einen mit einem Lagerfluid gefüllten inneren Lagerspalt voneinander beabstandete Oberflächen der Welle, der Hülse, der Druckplatte und der Abdeckung bilden mindestens einen Radiallagerbereich und mindestens einen Axiallagerbereich aus. Es ist eine Lagerbuchse vorgesehen, wobei sich zwischen dem Innendurchmesser der Lagerbuchse und dem Außendurchmesser der Hülse äußerer Lagerspalt ausbildet, der mit dem inneren Lagerspalt verbunden ist.The US 6,371,649 B1 , which is considered as the closest prior art, discloses in particular in 3 a fluid dynamic bearing system with a fixed shaft, a surrounding the shaft and rotatable about a rotation axis, tubular sleeve, at least one arranged on the outer circumference of the sleeve pressure plate, and a cover of the end faces of the pressure plate and the sleeve cover. Opposed surfaces of the shaft, sleeve, pressure plate, and cover spaced from each other by an inner bearing gap filled with a bearing fluid form at least one radial bearing portion and at least one thrust bearing portion. It is provided a bearing bush, wherein formed between the inner diameter of the bearing bush and the outer diameter of the sleeve outer bearing gap, which is connected to the inner bearing gap.

Die US 2004/0240104 A1 offenbart einen Spindelmotor, dessen Lagersystem in einen oberen und einen unteren Lagerabschnitt unterteilt ist.The US 2004/0240104 A1 discloses a spindle motor whose bearing system is divided into an upper and a lower bearing portion.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein fluiddynamisches Lagersystem für Spindelmotoren derart weiterzubilden, dass auch bei geringer axialer Bauhöhe eine hohe Lagersteifigkeit und Rotationsstabilität erreicht wird.The The object of the invention is a fluid dynamic bearing system for spindle motors in such a way that even at low axial height a high bearing stiffness and rotational stability is achieved.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Lagersystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.These The object is achieved by a Storage system solved with the features of claim 1.

Weitere bevorzugte und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.Further preferred and advantageous embodiments of the invention are in the dependent claims specified.

Das erfindungsgemäße fluiddynamische Lagersystem umfasst eine feststehende Welle, eine die Welle umgebende und um eine Rotationsachse drehbare, rohrförmige Hülse sowie mindestens eine am Außenumfang der Hülse angeordnete Druckplatte, und eine die Stirnseiten der Druckplatte und der Hülse verschließende Abdeckung, wobei einander zugewandte und durch einen mit einem Lagerfluid gefüllten inneren Lagerspalt voneinander beabstandete Oberflächen der Welle, der Hülse, der Druckplatte und der Abdeckung mindestens einen Radiallagerbereich und mindestens einen Axiallagerbereich ausbilden. Die Hülse weist an ihrem Außenumfang einen Bund auf, der die Hülse in einen oberen und einen unteren Abschnitt unterteilt, wobei der obere Abschnitt von einer oberen Lagerbuchse und der untere Abschnitt von einer unteren Lagerbuchse umgeben ist, so dass sich zwischen dem Innendurchmesser der Lagerbuchsen und dem Außendurchmesser der beiden Abschnitte der Hülse ein mit Lagerfluid gefüllter äußerer Lagerspalt ausbildet, der mit dem inneren Lagerspalt verbunden ist.The fluid dynamic La invention The system comprises a fixed shaft, a tubular sleeve surrounding the shaft and rotatable about an axis of rotation, and at least one pressure plate disposed on the outer circumference of the sleeve, and a cover closing the end faces of the pressure plate and the sleeve, facing one another and filled with a bearing fluid inner bearing gap spaced surfaces of the shaft, the sleeve, the pressure plate and the cover at least form a radial bearing region and at least one thrust bearing region. The sleeve has on its outer periphery a collar, which divides the sleeve into an upper and a lower portion, wherein the upper portion of an upper bearing bush and the lower portion is surrounded by a lower bearing bush, so that between the inner diameter of the bearing bushes and the outer diameter of the two portions of the sleeve forms a bearing fluid filled with outer bearing gap, which is connected to the inner bearing gap.

Erste und zweite Radiallagerbereiche werden durch den inneren Lagerspalt voneinander beabstandete Oberflächen des oberen Abschnitts der Hülse und der Welle sowie des unteren Abschnitts der Hülse und der Welle gebildet.First and second radial bearing areas are defined by the inner bearing gap spaced-apart surfaces the upper portion of the sleeve and the shaft and the lower portion of the sleeve and the shaft formed.

Dritte und vierte Radiallagerbereiche werden durch den äußeren Lagerspalt voneinander beabstandete Oberflächen des oberen Abschnitts der Hülse und der oberen Lagerbuchse sowie des unteren Abschnitts der Hülse und der unteren Lagerbuchse gebildet.third and fourth radial bearing areas are separated by the outer bearing gap spaced surfaces the upper portion of the sleeve and the upper bushing and the lower portion of the sleeve and the lower bearing bush formed.

Es sind vorzugsweise zwei Axiallagerbereiche vorgesehen, die durch voneinander beabstandete Oberflächen der Druckplatte und der Abdeckung sowie der Druckplatte und der Stirnflächen der oberen Lagerbuchse gebildet werden. Die Radiallagerbereiche und die Axiallagerbereiche sind durch Oberflächenstrukturen gekennzeichnet, die auf mindestens eine der gepaarten Lageroberflächen aufgebracht sind.It Preferably, two thrust bearing areas are provided by spaced-apart surfaces the pressure plate and the cover and the pressure plate and the faces the upper bearing bush are formed. The radial storage areas and the thrust bearing areas are characterized by surface structures, applied to at least one of the paired bearing surfaces are.

Die hohe Steifigkeit des erfindungsgemäßen fluiddynamischen Lagers wird durch eine höhere Anzahl von Radial- bzw. Axiallagerbereichen erzielt, sowie einen möglichst großen Lagerabstand der Radiallager.The high rigidity of the fluid dynamic bearing according to the invention is through a higher Number of radial or thrust bearing areas achieved, as well as a preferably huge Bearing clearance of radial bearings.

Aufgrund der ineinander liegenden Anordnung des oberen Axiallagers sowie des oberen Radiallagers wird axialer Bauraum eingespart, wodurch die Konstruktion vergleichsweise flacher Lager möglich wird.by virtue of the nested arrangement of the upper thrust bearing and the upper radial bearing is saved axial space, whereby the Construction comparatively flat bearing is possible.

Das zentrale Teil dieser erfindungsgemäßen Anordnung ist die rohrförmige Hülse, die ein Teil des rotierenden Teils des Lagers bildet. Diese Hülse bildet zusammen mit den oberen und unteren Lagerbuchsen ein oberes und ein unteres Radiallager. Der Außendurchmesser und der Innendurchmesser der Hülse kann vorzugsweise zur Bildung von weiteren Radiallagerbereichen verwendet werden.The central part of this arrangement according to the invention is the tubular sleeve, the forms part of the rotating part of the bearing. This sleeve forms together with the upper and lower bushings an upper and a lower radial bearing. The outer diameter and the inner diameter of the sleeve may preferably be used to form further radial bearing areas be used.

Bei Verwendung eines oberen Axiallagers kann auf das äußere obere Radiallager, das gebildet ist zwischen dem Außendurchmesser der Hülse und der oberen Lagerbuchse, verzichtet werden.at Use of an upper thrust bearing can be on the outer upper Radial bearing formed between the outer diameter of the sleeve and the upper bushing, be waived.

Durch an beiden Seiten der Hülse angeordnete Radiallagerbereiche erhöht sich erfindungsgemäß die Steifigkeit des Lagers. Die beispielsweise im oberen Bereich der Hülse angeordnete Druckplatte bildet zusammen mit der Deckplatte und der oberen Lagerbuchse zwei Axiallagerbereiche aus. Vorzugsweise am anderen Ende der Hülse, oder an jedem beliebigen Punkt der Hülse, können weitere Druckplatten angeordnet werden, um die axiale Steifigkeit zu erhöhen.By on both sides of the sleeve arranged radial bearing areas increases according to the invention, the rigidity of the camp. The arranged, for example, in the upper region of the sleeve Pressure plate forms together with the cover plate and the upper bearing bush two thrust bearing areas. Preferably at the other end of the sleeve, or at any point of the sleeve, can additional pressure plates are arranged to increase the axial stiffness increase.

Die obere Seite des Lagers ist ein Beispiel für die Verwendung oder Anordnung eines Radiallagers und eines Axiallagers in der selben Ebene senkrecht zur Rotationsachse. Die Druckplatte ist auf der äußeren Seite der Hülse während das Radiallager auf der Innenseite angeordnet ist. Dadurch ergibt sich ein maximal möglicher Lagerabstand zwischen dem/den oberen und dem/den unteren Radiallager(n), wodurch sich der radiale Schlag des Lagers reduziert.The Upper side of the bearing is an example of use or arrangement a radial bearing and a thrust bearing in the same plane vertically to the axis of rotation. The pressure plate is on the outer side of the sleeve during the Radial bearing is arranged on the inside. This results a maximum possible Bearing distance between the upper and / or lower radial bearing (s), which reduces the radial impact of the bearing.

Um eine bestmögliche Zirkulation des Lagerfluids in den Lagerspalten zu gewährleisten, sind der äußere und der innere Lagerspalt vorzugsweise durch in der Hülse angeordnete radiale Bohrungen bzw. Verbindungskanälen direkt miteinander verbunden.Around a best possible To ensure circulation of the bearing fluid in the bearing gaps, are the outer and the the inner bearing gap preferably arranged in the sleeve radial bores or connecting channels directly connected.

Ferner kann die Welle vorzugsweise eine Einschnürung aufweisen, die zusammen mit der Hülse einen Hohlraum bildet, in welchen die offenen Enden des inneren Lagerspaltes münden. Der Hohlraum ist in den Übergangsbereichen zum inneren Lagerspalt teilweise mit Lagerfluid gefüllt und dient zur Abdichtung der inneren Lagerspalten und als Reservoir für das Lagerfluid.Further For example, the shaft may preferably have a constriction which together with the sleeve forms a cavity into which the open ends of the inner Storage gap open. The cavity is in the transition areas to the inner bearing gap partially filled with bearing fluid and serves to seal the inner bearing gaps and as a reservoir for the Bearing fluid.

Außerdem kann die Welle Bohrungen oder Kanäle zur Ent-/Belüftung des durch die Einschnürung gebildeten Hohlraumes aufweisen, so dass ein Druckausgleich im Hohlraum und anderen Bereichen des Lagersystems gewährleistet ist.In addition, can the shaft holes or channels for ventilation of the constriction formed cavity, so that a pressure equalization in the cavity and other areas of the storage system.

Die Hülse besitzt vorzugsweise auf ihrer halben Länge einen Bund, der die Hülse mit den übrigen Teilen des Rotors, insbesondere der Rotorglocke, verbindet. Die Hülse und der Bund können dabei einteilig oder mehrteilig ausgebildet sein. Die Stirnflächen dieses Bundes können zusammen mit den Stirnflächen der entsprechenden Lagerbuchsen ebenfalls als Axiallager verwendet werden.The sleeve preferably has on its half length a collar which connects the sleeve with the other parts of the rotor, in particular the rotor bell. The sleeve and the collar can be formed in one or more parts. The forehead Chen this federal can also be used as thrust bearing together with the end faces of the corresponding bushings.

Das gesamte Lager ist an beiden Enden der feststehende Welle befestigt. An einem Ende ist die Welle fest in einer Basisplatte aufgenommen. Am anderen Ende kann die Welle mit einer Schraube an einem Gehäuseteil befestigt werden. Die beidseitige Befestigung der Welle trägt ebenfalls zur Erhöhung der Steifigkeit des Lagers bei und verringert damit den Schlag.The entire bearing is attached to both ends of the fixed shaft. At one end, the shaft is firmly received in a base plate. At the other end, the shaft with a screw on a housing part be attached. The two-sided attachment of the shaft also contributes to increase the Stiffness of the bearing and thus reduces the impact.

Kurzbeschreibung der ZeichnungSummary the drawing

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnungsfigur näher beschriebenfollowing is an embodiment of Invention described in more detail with reference to the drawing figure

1 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines Spindelmotors mit der erfindungsgemäßen Ausgestaltung des Lagersystems. 1 shows a schematic sectional view of a spindle motor with the inventive design of the storage system.

Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindungdescription a preferred embodiment the invention

1 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines Spindelmotors zum Antrieb eines Festplattenlaufwerkes mit einem erfindungsgemäßen fluiddynamischen Lagersystem. 1 shows a schematic sectional view of a spindle motor for driving a hard disk drive with a fluid dynamic bearing system according to the invention.

Der Spindelmotor umfasst eine feststehende Basisplatte 1. In einer Öffnung der Basisplatte 1 ist eine Welle 2 angeordnet und fest mit der Basisplatte 1 verbunden. Die Welle 2 ist von einer um eine Rotationsachse 3 drehbaren rohrförmigen Hülse 4 umgeben, wobei der Innendurchmesser der Hülse 4 geringfügig größer ist als der Außendurchmesser der Welle 2, so dass zwischen Hülse 4 und Welle 2 ein innerer Lagerspalt 5 verbleibt, der mit einem Lagerfluid, vorzugsweise einem Lageröl, gefüllt ist. Am Außenumgang der Hülse 4 ist – vorzugsweise an einem oder beiden Enden – eine scheibenförmige Druckplatte 6 angeordnet, die teilweise von einer weiteren unten näher beschriebenen oberen Lagerbuchse 10 umgeben ist. Die Stirnseiten der Druckplatte 6 und der Hülse 4 sind durch eine Abdeckung 7 verschlossen. Die Welle 2 ist durch eine zentrale Bohrung der Abdeckung 7 hindurch geführt.The spindle motor includes a fixed base plate 1 , In an opening of the base plate 1 is a wave 2 arranged and fixed to the base plate 1 connected. The wave 2 is from one to an axis of rotation 3 rotatable tubular sleeve 4 surrounded, wherein the inner diameter of the sleeve 4 is slightly larger than the outer diameter of the shaft 2 , so between sleeve 4 and wave 2 an inner bearing gap 5 remains, which is filled with a bearing fluid, preferably a bearing oil. At the outer circumference of the sleeve 4 is - preferably at one or both ends - a disc-shaped pressure plate 6 arranged partially by another upper bushing described in more detail below 10 is surrounded. The front sides of the printing plate 6 and the sleeve 4 are through a cover 7 locked. The wave 2 is through a central hole of the cover 7 passed through.

Zwischen den einander zugewandten Oberflächen der Druckplatte 6, der Abdeckung 7 und der oberen Lagerbuchse 10 ist ebenfalls ein Lagerspalt 8 definiert, der mit dem inneren Lagerspalt 5 verbunden ist.Between the facing surfaces of the printing plate 6 , the cover 7 and the upper bearing bush 10 is also a bearing gap 8th defined with the inner bearing gap 5 connected is.

Die Hülse 4 besitzt an ihren Außenumfang – etwa auf halber Länge – einen Bund 9, der die Hülse 4 in einen oberen Abschnitt 4a und einen unteren Abschnitt 4b unterteilt. Der obere Abschnitt 4a der Hülse 4 ist von einer oberen Lagerbuchse 10 und der untere Abschnitt 4b von einer unteren Lagerbuchse 11 umgeben. Der Innendurchmesser der die Hülse 4 aufnehmenden axialen Bohrungen der beiden Lagerbuchsen 10, 11 ist geringfügig größer als der Außendurchmesser der Hülse 4, so dass sich zwischen den Oberflächen der Lagerbuchsen 10, 11 und den zugeordneten Abschnitten der Hülse 4 ein mit Lagerfluid gefüllter äußerer Lagerspalt 12 ausbildet, der über den Lagerspalt 8 mit dem inneren Lagerspalt 5 verbunden ist. Die obere Lagerbuchse 10 ist fest mit der Abdeckung 7 verbunden, die wiederum fest mit dem oberen Abschnitt der Welle 2 verbunden ist. Die untere Lagerbuchse 11 ist drehfest an der Welle 2 angeordnet.The sleeve 4 has on its outer circumference - about halfway - a covenant 9 who the sleeve 4 in an upper section 4a and a lower section 4b divided. The upper section 4a the sleeve 4 is from an upper bushing 10 and the lower section 4b from a lower bushing 11 surround. The inner diameter of the sleeve 4 receiving axial bores of the two bushings 10 . 11 is slightly larger than the outer diameter of the sleeve 4 , so that between the surfaces of the bearing bushes 10 . 11 and the associated portions of the sleeve 4 an outer bearing gap filled with bearing fluid 12 training that over the bearing gap 8th with the inner bearing gap 5 connected is. The upper bearing bush 10 is stuck with the cover 7 connected, in turn, fixed to the upper section of the shaft 2 connected is. The lower bearing bush 11 is non-rotatable on the shaft 2 arranged.

Die obere Lagerbuchse 10 weist eine erste ringförmige Aussparung auf, in welcher die Druckplatte 6 aufgenommen ist. Die Abdeckung 7 ist in einer zweiten im Durchmesser größeren Aussparung der oberen Lagerbuchse 10 aufgenommen und verschließt die Lageranordnung dicht.The upper bearing bush 10 has a first annular recess in which the pressure plate 6 is included. The cover 7 is in a second larger diameter recess in the upper bushing 10 picked up and seals the bearing assembly tight.

Die dargestellte Lageranordnung umfasst mindestens zwei, jedoch vorzugsweise drei Radiallagerbereiche 13, 14, 16, wodurch eine sehr große Steifigkeit des Lagersystems erzielt wird. Die Erfindung ist auf diese Ausführungen jedoch nicht beschränkt. So ist etwa die Verwendung weiterer, etwa eines vierten Radiallagerbereichs auf der Außenseite des oberen Hülsenabschnittes 4a unterhalb des Axiallagers möglich.The illustrated bearing arrangement comprises at least two, but preferably three radial bearing areas 13 . 14 . 16 , whereby a very high rigidity of the storage system is achieved. However, the invention is not limited to these embodiments. For example, the use of further, such as a fourth radial bearing area on the outside of the upper sleeve portion 4a possible below the thrust bearing.

Die durch den inneren Lagerspalt 5 voneinander beabstandeten Oberflächen des oberen Abschnitts 4a der Hülse 4 und der Welle 2 definieren einen ersten Radiallagerbereich 13. Entsprechend definieren die durch den inneren Lagerspalt 5 voneinander beabstandete Oberflächen des unteren Abschnitts 4b der Hülse 4 und der Welle 2 einen zweiten Radiallagerbereich 14.The through the inner bearing gap 5 spaced-apart surfaces of the upper portion 4a the sleeve 4 and the wave 2 define a first radial bearing area 13 , Accordingly, those defined by the inner bearing gap 5 spaced-apart surfaces of the lower portion 4b the sleeve 4 and the wave 2 a second radial bearing area 14 ,

In bekannter Weise sind die Radiallagerbereiche durch Oberflächenstrukturen 17, 18, beispielsweise ein Rillenmuster, gekennzeichnet, die auf mindestens einer der gepaarten Lageroberflächen, etwa die Oberfläche der Welle 2, aufgebracht sind. Natürlich können diese Oberflächenstrukturen auch auf der entsprechenden gegenüberliegenden Oberfläche der Hülse 4 angeordnet sein. Sobald die bewegliche Hülse 4 in Rotation versetzt wird, baut sich aufgrund der Oberflächenstrukturen 17, 18 im inneren Lagerspalt 5 ein fluiddynamischer Druck auf, so dass die Radiallager 13, 14 tragfähig werden.In a known manner, the radial bearing areas are surface structures 17 . 18 , For example, a groove pattern, which on at least one of the paired bearing surfaces, such as the surface of the shaft 2 , are applied. Of course, these surface structures may also be on the corresponding opposite surface of the sleeve 4 be arranged. Once the movable sleeve 4 is rotated due to the surface structures 17 . 18 in the inner bearing gap 5 a fluid dynamic pressure on, so that the radial bearings 13 . 14 become sustainable.

Die axialen Kräfte des Lagersystems werden durch zwei einander entgegengesetzt wirkende Axiallager 19, 20 aufgenommen. Das erste Axiallager 19 wird durch die voneinander beabstandeten Oberflächen der Druckplatte 6 und der Abdeckung 7 definiert, während das zweite Axiallager 20 durch die voneinander beabstandeten Oberflächen der Druckplatte 6 und der Stirnseite der oberen Lagerhülse 10 gebildet wird. Die Axiallagerbereiche 19, 20 sind durch spiralförmige Oberflächenstrukturen gekennzeichnet, die auf mindestens einer der gepaarten Lageroberflächen aufgebracht sind und eine Pumpwirkung auf das Lagerfluid ausüben. Die Form und Ausgestaltung der Oberflächenstrukturen ist einem Fachmann bekannt und daher in der Zeichnung nicht weiter dargestellt.The axial forces of the bearing system are by two oppositely acting thrust bearings 19 . 20 added. The first thrust bearing 19 is due to the spaced surfaces of the printing plate 6 and the cover 7 defined while the second thrust bearing 20 through the spaced apart surfaces of the printing plate 6 and the front of the upper bearing sleeve 10 is formed. The thrust bearing areas 19 . 20 are characterized by helical surface structures that are applied to at least one of the paired bearing surfaces and exert a pumping action on the bearing fluid. The shape and configuration of the surface structures is known to a person skilled in the art and therefore not further illustrated in the drawing.

Zur Verbesserung der Steifigkeit des Lagersystems ist vorzugsweise ein weiterer Radiallagerbereich 16 vorgesehen. Ein dritter Radiallagerbereich kann durch die äußeren Oberflächen des oberen Abschnitts 4a der Hülse 4 und der oberen Lagerbuchse 10 definiert sein, die durch den äußeren Lagerspalt 12 voneinander beabstandet sind (nicht dargestellt). Die ebenfalls durch den äußeren Lagerspalt 12 voneinander beabstandeten Oberflächen des unteren Abschnitts 4b der Hülse 4 und der unteren Lagerbuchse 11 bilden ein viertes Radiallager 16. Auch diese Radiallagerbereiche 15, 16 sind durch Oberflächenstrukturen (nicht dargestellt) gekennzeichnet.To improve the rigidity of the bearing system is preferably another radial bearing area 16 intended. A third radial bearing area may be through the outer surfaces of the upper section 4a the sleeve 4 and the upper bearing bush 10 be defined by the outer bearing gap 12 spaced apart from each other (not shown). The also through the outer bearing gap 12 spaced-apart surfaces of the lower portion 4b the sleeve 4 and the lower bearing bush 11 form a fourth radial bearing 16 , Also these radial storage areas 15 . 16 are characterized by surface structures (not shown).

Man erkennt, dass der äußere Lagerspalt 12 über den die Druckplatte 6 umgebenen Abschnitt des Lagerspaltes 8 mit dem inneren Lagerspalt 5 verbunden ist. Ferner kann die Hülse 4 vorzugsweise mehrere Bohrungen bzw. Verbindungskanäle 21, 22 aufweisen, welche den äußeren und den inneren Lagerspalt 12, 5 zusätzlich miteinander verbinden, so dass ein direkter Austausch von Lagerfluid zwischen den beiden Lagerspalten 12, 5 sichergestellt ist.It can be seen that the outer bearing gap 12 over the pressure plate 6 surrounded section of the bearing gap 8th with the inner bearing gap 5 connected is. Furthermore, the sleeve 4 preferably a plurality of bores or connecting channels 21 . 22 having the outer and the inner bearing gap 12 . 5 additionally connect with each other, allowing a direct exchange of bearing fluid between the two bearing gaps 12 . 5 is ensured.

Die Hülse 4 bildet zusammen mit der Druckplatte den beweglichen Teil des Lagersystems. Am Bund 9 der Hülse 4 ist die Rotorglocke 23 des Spindelmotors befestigt. Der Außendurchmesser des Bundes 9 ist vorzugsweise größer als der Außendurchmesser der beiden Lagerbuchsen 10, 11, so dass die Rotorglocke 23 und Bund 9 etwa mittels einer Pressverbindung miteinander verbunden werden können.The sleeve 4 forms together with the pressure plate the moving part of the storage system. At the federal government 9 the sleeve 4 is the rotor bell 23 attached to the spindle motor. The outer diameter of the federal government 9 is preferably greater than the outer diameter of the two bushings 10 . 11 so that the rotor bell 23 and covenant 9 can be connected to each other by means of a press connection.

Wird der Spindelmotor in einem Speicherplattenlaufwerk eingesetzt, trägt die Rotorglocke 23 eine oder mehrere Speicherplatten (nicht dargestellt) und treibt diese drehend an.When the spindle motor is inserted in a disk drive, the rotor bell is supported 23 one or more storage disks (not shown) and drives them in rotation.

Die zum Betrieb des Spindelmotors notwendigen elektro-magnetischen Komponenten sind an der Basisplatte 1 bzw. der Rotorglocke 23 angeordnet. Die Basisplatte 1 trägt eine Statoranordnung 24, die aus einer Mehrzahl von Statorwicklungen besteht. Die Statorwicklungen sind in geringem Abstand ringförmig von Permanentmagneten 25 umgeben, die an der Rotorglocke 23 befestigt sind.The necessary for the operation of the spindle motor electro-magnetic components are on the base plate 1 or the rotor bell 23 arranged. The base plate 1 carries a stator assembly 24 consisting of a plurality of stator windings. The stator windings are annularly spaced from permanent magnets 25 Surrounded by the rotor bell 23 are attached.

Die Welle 2 weist vorzugsweise auf halber Länge, vorzugsweise in Höhe des Bundes 9, eine Einschnürung auf, so dass sich in diesem Bereich zwischen der Hülse 4 und der Welle 2 ein Hohlraum 26 bildet. Die Abschnitte des inneren Lagerspaltes 5 münden in den Hohlraum 26. In den Übergangsbereichen zum inneren Lagerspalt 5 verjüngt sich der Hohlraum 26 in Richtung der Lagerspalte 5 und bildet Dichtungsbereiche, sogenannte „visco-seals". Diese Dichtungsbereiche sind teilweise mit Lagerfluid gefüllt und dienen einerseits als Reservoir für das Lagerfluid und andererseits zur Abdichtung der Lagerspalte 5.The wave 2 preferably has half the length, preferably at the level of the federal government 9 , a constriction on, so that in this area between the sleeve 4 and the wave 2 a cavity 26 forms. The sections of the inner bearing gap 5 open into the cavity 26 , In the transition areas to the inner bearing gap 5 the cavity tapers 26 in the direction of the bearing column 5 and forms sealing regions, so-called "visco-seals." These sealing regions are partially filled with bearing fluid and serve on the one hand as a reservoir for the bearing fluid and on the other hand for sealing the bearing gaps 5 ,

Die offenen Enden des äußeren Lagerspaltes 12 münden in Zwischenräume 27 zwischen den Stirnseiten des Bundes 9 und den Stirnseiten der jeweils gegenüberliegenden Lagerbuchsen 10 bzw. 11. Um auch hier ein Austreten des Lagerfluids aus dem Lagerspalt 12 bzw. ein Eindringen von Schmutz in den Lagerspalt zu verhindern, können als Dichtungen ebenfalls konische Dichtungsbereiche oder auch gerade Dichtungsbereiche mit einem sehr kleinen Öffnungswinkel vorgesehen sein.The open ends of the outer bearing gap 12 lead into interstices 27 between the faces of the covenant 9 and the end faces of the respective opposite bushings 10 respectively. 11 , In order here too leakage of the bearing fluid from the bearing gap 12 or to prevent the ingress of dirt into the bearing gap, conical sealing regions or also just sealing regions with a very small opening angle can be provided as seals.

In der Welle 2 sind Bohrungen bzw. Kanäle 28 vorgesehen, welche den durch die Einschnürung definierten Hohlraum 26 mit der Umgebungsatmosphäre verbinden und für einen Druckausgleich im Lagersystem sorgen.In the wave 2 are holes or channels 28 provided, which defines the cavity defined by the constriction 26 Connect to the ambient atmosphere and ensure pressure equalization in the storage system.

11
Basisplattebaseplate
22
Wellewave
33
Rotationsachseaxis of rotation
44
Hülseshell
4a4a
Hülsenabschnitt (oben)sleeve section (above)
4b4b
Hülsenabschnitt (unten)sleeve section (below)
55
Lagerspalt (innen)bearing gap (Inside)
66
Druckplatteprinting plate
77
Abdeckungcover
88th
Lagerspalt (Axiallager)bearing gap (Thrust bearing)
99
BundFederation
1010
Lagerbuchse (obere)bearing bush (upper)
1111
Lagerbuchse (untere)bearing bush (lower)
1212
Lagerspalt (außen)bearing gap (Outside)
1313
RadiallagerbereichRadial bearing region
1414
RadiallagerbereichRadial bearing region
1515
RadiallagerbereichRadial bearing region
1616
RadiallagerbereichRadial bearing region
1717
Oberflächenstruktursurface structure
1818
Oberflächenstruktursurface structure
1919
Axiallagerthrust
2020
Axiallagerthrust
2121
Verbindungskanalconnecting channel
2222
Verbindungskanalconnecting channel
2323
Rotorglockerotor bell
2424
Statoranordnungstator
2525
Permanentmagnetepermanent magnets
2626
Hohlraum (Einschnürung)cavity (Constriction)
2727
Zwischenraumgap
2828
Kanälechannels

Claims (18)

Fluiddynamisches Lagersystem zur Drehlagerung eines Spindelmotors zum Antrieb der Speicherplatte(n) eines Festplattenlaufwerks, mit einer feststehenden Welle (2), einer die Welle umgebende und um eine Rotationsachse (3) drehbare, rohrförmige Hülse (4), mindestens einer am Außenumfang der Hülse angeordneten Druckplatte (6), und einer die Stirnseiten der Druckplatte und der Hülse verschließenden Abdeckung (7), wobei einander zugewandte und durch einen mit einem Lagerfluid gefüllten inneren Lagerspalt (5, 8) voneinander beabstandete Oberflächen der Welle (2), der Hülse (4), der Druckplatte (6) und der Abdeckung (7) mindestens einen Radiallagerbereich (13;14) und mindestens einen Axiallagerbereich (19;20) ausbilden, wobei die Hülse (4) an ihrem Außenumfang einen Bund (9) aufweist, der die Hülse (4) in einen oberen und einen unteren Abschnitt (4a, 4b) unterteilt, wobei der obere Abschnitt von einer oberen Lagerbuchse (10) und der untere Abschnitt von einer unteren Lagerbuchse (11) umgeben ist, so dass sich zwischen dem Innendurchmesser der Lagerbuchsen (10, 11) und dem Außendurchmesser der beiden Abschnitte der Hülse (4) ein mit Lagerfluid gefüllter äußerer Lagerspalt (12) ausbildet, der mit dem inneren Lagerspalt (5) verbunden ist.Fluid dynamic bearing system for pivotally mounting a spindle motor for driving the hard drive (s) of a hard disk drive, comprising a stationary shaft ( 2 ) surrounding a shaft and about an axis of rotation ( 3 ) rotatable, tubular sleeve ( 4 ), at least one pressure plate arranged on the outer circumference of the sleeve ( 6 ), and one of the end faces of the pressure plate and the sleeve occlusive cover ( 7 ), wherein facing each other and by a filled with a bearing fluid inner bearing gap ( 5 . 8th ) spaced apart surfaces of the shaft ( 2 ), the sleeve ( 4 ), the pressure plate ( 6 ) and the cover ( 7 ) at least one radial bearing area ( 13 ; 14 ) and at least one thrust bearing region ( 19 ; 20 ), the sleeve ( 4 ) on its outer circumference a collar ( 9 ), the sleeve ( 4 ) into an upper and a lower section ( 4a . 4b ), wherein the upper portion of an upper bearing bush ( 10 ) and the lower portion of a lower bushing ( 11 ) is surrounded, so that between the inner diameter of the bearing bushes ( 10 . 11 ) and the outer diameter of the two sections of the sleeve ( 4 ) filled with bearing fluid outer bearing gap ( 12 ) formed with the inner bearing gap ( 5 ) connected is. Fluiddynamisches Lagersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass durch den inneren Lagerspalt (5) voneinander beabstandete Oberflächen des oberen Abschnitts (4a) der Hülse und der Welle (2) einen ersten Radiallagerbereich (13) ausbilden.Fluid dynamic bearing system according to claim 1, characterized in that through the inner bearing gap ( 5 ) spaced apart surfaces of the upper portion ( 4a ) of the sleeve and the shaft ( 2 ) a first radial bearing area ( 13 ) train. Fluiddynamisches Lagersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch den inneren Lagerspalt (5) voneinander beabstandete Oberflächen des unteren Abschnitts (4b) der Hülse und der Welle (2) einen zweiten Radiallagerbereich (14) ausbilden.Fluid dynamic bearing system according to one of the preceding claims, characterized in that through the inner bearing gap ( 5 ) spaced apart surfaces of the lower portion ( 4b ) of the sleeve and the shaft ( 2 ) a second radial bearing area ( 14 ) train. Fluiddynamisches Lagersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch den äußeren Lagerspalt (12) voneinander beabstandete Oberflächen des oberen Abschnitts (4a) der Hülse und der oberen Lagerbuchse (10) einen dritten Radiallagerbereich ausbilden.Fluid dynamic bearing system according to one of the preceding claims, characterized in that through the outer bearing gap ( 12 ) spaced apart surfaces of the upper portion ( 4a ) of the sleeve and the upper bearing bush ( 10 ) form a third radial bearing area. Fluiddynamisches Lagersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch den äußeren Lagerspalt (12) voneinander beabstandete Oberflächen des unteren Abschnitts (4b) der Hülse und der unteren Lagerbuchse (11) einen vierten Radiallagerbereich (16) ausbilden.Fluid dynamic bearing system according to one of the preceding claims, characterized in that through the outer bearing gap ( 12 ) spaced apart surfaces of the lower portion ( 4b ) of the sleeve and the lower bearing bush ( 11 ) a fourth radial bearing area ( 16 ) train. Fluiddynamisches Lagersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass voneinander beabstandete Oberflächen der Druckplatte (6) und der Abdeckung (7) einen ersten Axiallagerbereich (19) ausbilden.Fluid dynamic bearing system according to one of the preceding claims, characterized in that spaced-apart surfaces of the pressure plate ( 6 ) and the cover ( 7 ) a first thrust bearing region ( 19 ) train. Fluiddynamisches Lagersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass voneinander beabstandete Oberflächen der Druckplatte (6) und der oberen Lagerhülse (10) einen zweiten Axiallagerbereich (20) ausbilden.Fluid dynamic bearing system according to one of the preceding claims, characterized in that spaced-apart surfaces of the pressure plate ( 6 ) and the upper bearing sleeve ( 10 ) a second thrust bearing region ( 20 ) train. Fluiddynamisches Lagersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Radiallagerbereiche (13, 14, 16) und die Axiallagerbereiche (19, 20) durch Oberflächenstrukturen (17, 18) gekennzeichnet sind, die auf mindestens eine der gepaarten Lageroberflächen aufgebracht sind.Fluid dynamic bearing system according to one of the preceding claims, characterized in that the radial bearing areas ( 13 . 14 . 16 ) and the thrust bearing areas ( 19 . 20 ) by surface structures ( 17 . 18 ), which are applied to at least one of the paired bearing surfaces. Fluiddynamisches Lagersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (4) mindestens einen Verbindungskanal (21, 22) aufweist, der den inneren Lagerspalt (5) mit der dem äußeren Lagerspalt (12) verbindet.Fluid dynamic bearing system according to one of the preceding claims, characterized in that the sleeve ( 4 ) at least one connection channel ( 21 . 22 ) having the inner bearing gap ( 5 ) with the outer bearing gap ( 12 ) connects. Fluiddynamisches Lagersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die untere Lagerbuchse (11) drehfest an der Welle (2) angeordnet ist.Fluid dynamic bearing system according to one of the preceding claims, characterized in that the lower bearing bush ( 11 ) rotatably on the shaft ( 2 ) is arranged. Fluiddynamisches Lagersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckung (7) drehfest an der Welle (2) angeordnet ist.Fluid dynamic bearing system according to one of the preceding claims, characterized in that the cover ( 7 ) rotatably on the shaft ( 2 ) is arranged. Fluiddynamisches Lagersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (2) eine Einschnürung aufweist, die zusammen mit der Hülse (4) einen Hohlraum (26) bildet, in welchen die offenen Enden des inneren Lagerspaltes (5) münden.Fluid dynamic bearing system according to one of the preceding claims, characterized in that the shaft ( 2 ) has a constriction, which together with the sleeve ( 4 ) a cavity ( 26 ), in which the open ends of the inner bearing gap ( 5 ). Fluiddynamisches Lagersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlraum (26) in den Übergangsbereichen zum inneren Lagerspalt (5) teilweise mit Lagerfluid gefüllt ist.Fluid dynamic bearing system according to one of the preceding claims, characterized in that the cavity ( 26 ) in the transition areas to the inner bearing gap ( 5 ) is partially filled with bearing fluid. Fluiddynamisches Lagersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (2) Bohrungen oder Kanäle (28) zur Ent-/Belüftung des durch die Einschnürung gebildeten Hohlraumes (26) aufweist.Fluid dynamic bearing system according to one of the preceding claims, characterized in that the shaft ( 2 ) Holes or channels ( 28 ) for venting through the constriction formed cavity ( 26 ) having. Fluiddynamisches Lagersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Außendurchmesser des Bundes (9) größer ist als der Außendurchmesser der beiden Lagerbuchsen (10, 11).Fluid dynamic bearing system according to one of the preceding claims, characterized in that the outer diameter of the Federal ( 9 ) is greater than the outer diameter of the two bushings ( 10 . 11 ). Fluiddynamisches Lagersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Bund (9) mit einer Rotorglocke (23) des Spindelmotors verbunden ist.Fluid dynamic bearing system according to one of the preceding claims, characterized in that the collar ( 9 ) with a rotor bell ( 23 ) of the spindle motor is connected. Fluiddynamisches Lagersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (2) drehfest in einer Basisplatte (1) des Spindelmotors aufgenommen ist.Fluid dynamic bearing system according to one of the preceding claims, characterized in that the shaft ( 2 ) rotatably in a base plate ( 1 ) of the spindle motor is received. Fluiddynamisches Lagersystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberseite der Welle (2) drehfest mit einer Abdeckung verbunden ist.Fluid dynamic bearing system according to one of the preceding claims, characterized in that the upper side of the shaft ( 2 ) is rotatably connected to a cover.
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