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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft einen Elektromotor für ein elektromotorisch angetriebenes Speicherplattenlaufwerk, gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
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Stand der Technik
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Derartige Elektromotoren für elektromotorisch angetriebene Speicherplattenlaufwerke werden vorwiegend in der Computertechnik für Festplattenlaufwerke, CD-Laufwerke oder DVD-Laufwerke eingesetzt oder sind in eigenständigen CD-/DVD-Abspielgeräten und Aufnahmegeräten enthalten.
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Bekannte Elektromotoren in Speicherplattenlaufwerken für magnetische als auch optische Speicherplatten, sind vorzugsweise als Spindelmotor zum rotatorischen Antrieb der mindestens einen Speicherplatte ausgebildet.
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Im Allgemeinen geht bei Speicherplattenlaufwerken der Trend zu immer kleineren und flacheren Laufwerken, so dass in Folge die Bauhöhe der verwendeten Spindelmotoren immer mehr reduziert werden muss.
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Speziell in tragbaren Geräten und insbesondere tragbaren Computern sind derartige Speicherplattenlaufwerke geringer Baugröße gefragt.
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Aufgrund vorgegebener Konstruktionsmerkmale von Spindelmotoren herkömmlicher Bauart sind einer Verringerung der Bauhöhe jedoch hinsichtlich der erforderlichen Laufgenauigkeit, Kippstabilität, Schockfestigkeit und möglicher Anzahl von Speicherplatten Grenzen gesetzt.
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Ein derartiger Spindelmotor für ein Speicherplattenlaufwerk nach dem Stand der Technik ist mit der
DE 202 19 216 U1 offenbart.
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Dieser Spindelmotor umfasst einen Stator und einen eine oder mehrere Speicherplatten tragenden Rotor, wobei die Lageranordnung eine Welle, eine zweiteilige Lagerbuchse und eine im Bereich der Längsmitte der Welle angeordnete, mit der Welle drehfest verbundene Druckscheibe umfasst, wobei die Buchse relativ zur Welle und zur Druckscheibe rotiert, und einen oberen und einen unteren Buchsenteil aufweist, ein Abstandshalter, welcher die beiden Buchsenteile axial voneinander beabstandet, eine fest mit dem Rotor verbunden Halterungshülse, in welcher die Buchsenteile und der Abstandshalter befestigt sind und einen durch die Buchsenteile und den Abstandshalter gebildeten ringförmigen Hohlraum zur Aufnahme der Druckscheibe.
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Diese Konstruktion weist jedoch den wesentlichen Nachteil auf, dass der elektrische Motorantrieb, welcher nach dem Außenläuferprinzip mit einem Hub und einer hydrodynamischen Lagerung der Welle eine relativ große Baugröße aufweist, welche den Einsatz eines derartigen Spindelmotors für Speicherplattenlaufwerke, welchen lediglich ein verringerter Platzbedarf zugeordnet ist, ausschließt.
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Die
DE 696 12 778 T2 offenbart einen Elektromotor für ein Speicherplattenlaufwerk, zum rotatorischen Antrieb von mindestens einer Speicherplatte in einem Gehäuse. Der Elektromotor weist einen Rotor und einen Stator aufweist, und der Rotor und die Speicherplatte mittels eines Lagersystems drehend gelagert sind. Der der Antrieb des Elektromotors erfolgt nach dem Innenläuferprinzip, durch einen scheibenförmigen Rotor mit radial, an seinem äußeren Umfang angeordneten Permanentmagneten, wobei in einer dem Magneten gegenüberliegenden Anordnung ein ringförmigen Stator vorgesehen ist. Einen ähnlichen Motor, jedoch zum Antrieb eines Diskettenlaufwerks, zeigt die
US 4 733 120 A . Die
EP 1 263 116 A2 offenbart eine dynamoelektrische Maschine, bei welcher der Rotormagnet als Halbach-Magnet ausgebildet ist.
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Die oben beschriebenen Motoren weisen eine verminderte Bauhöhe gegenüber herkömmlichen Elektromotoren auf. Aufgrund der magnetischen Streufelder der Permanentmagnete wird dennoch ein relativ großer Mindestabstand zwischen den Rotormagneten und den Speicherplatten gefordert, oder aber eine aufwändige und teuere Abschirmung der Streufelder in Richtung der Speicherplatten.
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Offenbarung der Erfindung
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Elektromotor für ein elektromotorisch angetriebenes Speicherplattenlaufwerk derart weiterzubilden, dass er eine verminderte Bauhöhe gegenüber herkömmlichen Elektromotoren sowie eine verbessere Laufgenauigkeit, Kippstabilität und Schockfestigkeit aufweist.
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Ferner sollen Einflüsse der Magnetfelder des Stators auf die Speicherplatten vermindert werden
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Diese Aufgabe wird durch einen Elektromotor mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Weitere bevorzugte Ausgestaltungen und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und der Beschreibung.
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Der Antrieb des Rotors und der Speicherplatte ist mit einem Spindelmotor ohne Nabe (Hub) nach dem Innenläuferprinzip ausgebildet.
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Hierbei ist vorgesehen, dass der Rotor des Spindelmotors im wesentlichen als scheibenförmiger Rotor ausgebildet ist und eine Mehrzahl von an seinem Außenumfang vorgesehene permanentmagnetische Pole umfasst, durch welche dieser beim Anlegen eines elektromagnetischen Wechselfeldes in Rotation versetzt wird. Das elektromagnetische Wechselfeld wird durch den ringförmigen Stator erzeugt, der mit seinen Wechselfeldern auf gleicher Ebene in gegenüberliegender Anordnung zu den permanentmagnetischen Polen des scheibenförmigen Rotors angeordnet ist und den Rotor mindestens teilweise umgibt.
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Der scheibenförmige Rotor ist fest mit einer rotierend gelagerten Welle verbunden, welche weiterhin zur Aufnahme von mindestens einer Speicherplatte vorgesehen ist.
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Diese Konstruktion ermöglicht eine relativ geringe Gesamtbauhöhe des Speicherplattenlaufwerkes, wobei das Speicherplattenlaufwerk alle notwendigen Baugruppen, wie den elektromotorischen Antrieb, die Schreib- und Lesevorrichtung, die Elektronik und die Aufnahmevorrichtung zur Aufnahme von mindestens einer Speicherplatte in einem Gehäuse integriert.
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Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist der scheibenförmige Rotor mit seinen Abmessungen einer zum Stand der Technik bekannten Speicherplatte angepasst, wobei dessen Plattenoberfläche eine weichmagnetische Beschichtung aufweist und dessen Trägermaterial vorzugsweise aus Kunststoff, Glas oder Aluminium mit einem geringen Eigengewicht besteht.
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Die magnetischen Pole können aus einer Mehrzahl von am Außenumfang der aus dem Trägermaterial bestehenden Scheibe angeordneten, kreissegmentförmigen Permanentmagneten oder einem kreisförmig ausgebildeten Ringmagneten gebildet sein.
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Die Magnete können zum Beispiel von dem Material des Kerns umspritzt, oder an dessen Umfang angeklebt sein.
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Es ist auch durchaus möglich, das Kunststoffmaterial am Außenumfang der Scheibe mit einem hartmagnetischen Material zu versetzen, wie zum Beispiel durch kunststoffgebundene Magnete.
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Der auf einer Ebene mit den Magneten angeordnete ringförmige Stator erzeugt elektromagnetische Wechselfelder zum Antrieb des Rotors. Dabei kann der Stator den Rotor vollständig oder partiell umgeben, so zum Beispiel lediglich in einem Segment oder beispielsweise in zwei um 180° versetzten partiellen Segmenten, wie in den älteren Anmeldungen
DE 10 2004 053 908 A1 sowie der
DE 10 2004 053 910 A1 dargestellt und beschrieben ist, auf die vollumfänglich Bezug genommen wird.
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Durch das Anlegen von elektromagnetischen Wechselfeldern auf die am Außenumfang des Rotors angeordneten Permanentmagnete wird der mit der Welle fest verbundene und rotierend gelagerte Rotor in Rotation versetzt, wodurch die mit der Welle verbundene Speicherplatte ebenfalls in Rotation versetzt wird.
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Selbstverständlich ist es alternativ möglich, eine feststehende Welle zu verwenden und die Magnetspeicherplatten sowie die Rotorscheibe mit einer drehbaren Lagerbuchse zu verbinden, welche um die feststehende Welle rotiert.
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In einer anderen Ausgestaltung kann es vorgesehen sein, dass das Lagersystem zur wechselfähigen Aufnahme mindestens einer Speicherplatte ausgebildet ist, wobei nicht das gesamte Speicherplattenlaufwerk portabel ist, sondern lediglich die eigentliche Speicherplatte mit jeder kompatiblen Antriebs- und Schreib-/Leseeinheit verwendbar ist.
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Die hierzu notwendige Ausgestaltung einer entsprechenden Aufnahmevorrichtung ist eine nach dem Stand der Technik bekannte Aufnahme für Wechsel-Speicherplattenlaufwerke und wird in dieser Erfindung nicht näher beschrieben.
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Der scheibenförmige Rotor kann auch lediglich einseitig mit einer weichmagnetischen Beschichtung versehen sein, je nach Anordnung der Speicherplatte.
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Der Rotormagnet kann sowohl radial als auch axial magnetisiert sein, je nach der Lage der Statoranordnung, zum Beispiel axial oder radial in Bezug auf den scheibenförmigen Rotor. Generell kann die Statoranordnung je nach Ausrichtung der Rotormagnete radial oder axial zum scheibenförmigen Rotor platziert sein. Wichtig hierbei ist, dass die Gesamtbauhöhe des Speicherplattenlaufwerkes relativ gering gehalten werden kann, da hier der Antrieb des Rotors nach dem sogenannten Innenläuferprinzip realisiert wird und die Laufgenauigkeit, Kippstabilität, Schockfestigkeit des Speicherplattenlaufwerkes gewährleistet ist.
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Im Rahmen der Erfindung ist es ebenfalls vorgesehen, dass parallel zur Anordnung einer Speicherplatte zusätzliche Speicherplatten herkömmlicher Bauart angeordnet sind, wie es zum Beispiel bei modernen Festplattenspeichern üblich ist.
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Diese vorbenannte Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Elektromotors für den Antrieb von Speicherplatten weist den wesentlichen Vorteil auf, dass die Konstruktion des Antriebes nach dem Außenläuferprinzip eine relativ geringe Gesamtbauhöhe des Speicherplattenlaufwerkes gewährleistet, wobei die Verwendung von herkömmlichen Speicherplatten möglich ist, welche relativ geringe Herstellkosten aufweisen.
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Die erfindungsgemäße Bauform ist gleichermaßen geeignet für die Herstellung von Festplattenlaufwerken und CD-/DVD-Laufwerken.
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Im Rahmen der Erfindung ist es ebenfalls vorgesehen, dass das Speicherplattenlaufwerk zur Aufnahme von mehr als einer herkömmlichen Speicherplatte ausgebildet ist, wie es zum Beispiel von modernen Speicherplattenlaufwerken üblich ist.
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Darüber hinaus ist das erfindungsgemäße Speicherplattenlaufwerk auch für den Einsatz als Speicherplattenlaufwerk in optischen Geräten, Audio-Geräten oder dergleichen verwendbar.
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Die Erfindung wird nun anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die nachfolgend beschriebene Zeichnung näher erläutert. Daraus ergeben sich weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt einen Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Speicherplattelaufwerk mit einem scheibenförmigen Rotor auf einem rotierend gelagerten Lagersystem und einen in gegenüberliegender Anordnung und auf einer Ebene mit dem Rotor liegenden Stator, sowie ober- und unterhalb des Rotors angeordnete Speicherplatten in einem Gehäuse.
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Beschreibung von einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung
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Die 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Speicherplattenlaufwerk 1, worin in einem Gehäuse 8 ein rotatorisch antreibender Elektromotor für den Antrieb einer Speicherplatte 6, 10 integriert ist. Darüber hinaus ist das Gehäuse 8 ein Bauraum 11 zur Aufnahme eines zum Stand der Technik bekannten Kopfsystems (nicht dargestellt) zum Lesen und Beschreiben der Speicherplatte 6, 10 ausgebildet.
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Diese erfindungsgemäßen Speicherplattenlaufwerke 1 finden ihren Einsatz in Festplattenlaufwerken oder in optischen beziehungsweise akustischen Speicherlaufwerken.
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Kern der Erfindung ist die Konstruktion des Elektromotors, welcher als Spindelmotor ausgebildet ist und einen Antrieb nach dem Innenläuferprinzip ausführt. Dieser Elektromotor weist einen scheibenförmigen Rotor 2 auf, welcher in seinem Randbereich radial nach außen gerichtete permanentmagnetische Pole 3 aufweist, die sich in einer gegenüberliegenden Anordnung zu einem ringförmigen Stator 9 befinden. Der scheibenförmige Rotor 2 ist vorzugsweise aus einem Kunststoffmaterial hergestellt und weist an seinen beiden, sich radial erstreckenden Oberflächen eine weichmagnetische Beschichtung 13 auf, welche ein Übergreifen von sich bildenden Magnetfeldern des Rotors 2 auf die Oberfläche einer angeordneten Speicherplatte 6, 10 vermeidet.
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Der Rotor 2 ist mittels einer zentrischen Ausnehmung mit dem Lagersystem 5 des Speicherplattenlaufwerkes verbunden. Am Außenumfang des Rotors 2 sind je nach Anzahl der benötigten magnetischen Pole 3 mehrere ringsegmentförmige Permanentmagnete befestigt, die zum Beispiel durch Ankleben oder Umspritzen der Magnete mit Kunststoff befestigt sind.
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Die Speicherplatte 6, 10 kann auch aus einer dünnen Aluminiumplatte oder Metallplatte mit entsprechender magnetisierbaren Beschichtung bestehen. Es kann sich auch um eine laserbeschreibbare, auslesbare und wieder löschbare Kunststoffbeschichtung handeln.
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Um insbesondere bei einer magnetisierbaren Speicherschicht einer Speicherplatte Störeinflüsse durch das Magnetfeld der Permanentmagnete 3 zu verhindern, kann vorzugsweise zwischen den Permanentmagneten 3 und der Trägerschicht des scheibenförmigen Rotors 2 eine magnetisch isolierende weichmagnetische Schicht vorgesehen sein.
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Weiterhin kann der erfindungsgemäße scheibenförmige Rotor 2, mit einer der benötigten Polzahl entsprechenden Anzahl von kreissektorförmigen, miteinander verbundenen Permanentmagneten 3 bestehen. Die aus den Permanentmagneten 3 gebildete Scheibe wird zentral in einem Lagersystem 5 gelagert und wie oben beschrieben zunächst mit einer magnetisch isolierenden Schicht 4, 13 versehen, sowohl nur auf einer als auch beiden Seiten, so dass die Scheibe aus den Permanentmagneten 5 den Rotor des Elektromotors bildet.
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Die durch die Permanentmagnete 3 gebildeten magnetischen Pole sind immer abwechselnd Nordpol und Südpol und so ausgerichtet, dass der magnetische Fluss im wesentlichen radial nach außen senkrecht zur Rotationsachse des Lagersystems 5 gerichtet ist.
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Je nach Art und Bauweise des Motors, in den der Rotor 2 als permanentmagnetischer Rotor 2 eingesetzt wird, insbesondere der Anzahl der Stator-Pole und der Phasen des Motors, muss die entsprechende Anzahl an magnetischen Polen gewählt werden.
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Erfindungsgemäß werden die Permanentmagnete 3 in einem sogenannten Halbach-Array angeordnet. Durch diese Anordnung der Magnete 3 erhält man gezielt ausgerichtete Multipolfelder, die vorzugsweise nur in radialer Richtung nach außen nicht aber in axialer Richtung verlaufen, so dass von den Rotormagneten 3 nur geringe Störfelder ausgehen, welche die Speicherplatten 6, 10 negativ beeinflussen könnten.
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In einer gegenüberliegenden Anordnung der Permanentmagnete 3 des Rotors 2 ist auf gleicher Ebene eine Anzahl von Statorpaketen angeordnet. Alternativ kann ein partieller Stator vorgesehen werden, der lediglich den Rotor partiell umgibt und entsprechend weniger Statorpole aufweist.
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Diese sind mit einem inneren Kragenbund des Gehäuses 8 fest verbunden, welcher zum Beispiel zur Aufnahme 11 eines Kopfsystems (nicht dargestellt) ausgebildet ist, welches die Schreib-/Lesekopfe und die zugehörige Elektronik ausbildet. Werden die Statorpakete mit elektrischem Strom beaufschlagt, so wird ein elektromagnetisches Feld erzeugt, welches den scheibenförmigen Rotor 2 in Rotation versetzt.
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Diese gezielte Anordnung des Rotors 2 und des Stators 9 bilden eine erfindungsgemäße Anwendung eines Antriebes eines Elektromotors aus, welcher nach dem Innenläuferprinzip arbeitet.
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Im Gegensatz hierzu werden Elektromotoren zum Antrieb eines Rotors verwendet, welche nach dem Außenläuferprinzip arbeiten, wobei der konstruktive Aufbau ein Rotorgehäuse aufweist, welches den Stator umgreift und ein entsprechendes Lagersystem 5 aufweist, etwa ein hydrodynamisches Lagersystem, wobei die Rotoranordnung mitsamt den Magnetspeicherplatten auf einer Nabe („hub”) montiert ist.
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Für einen erfindungsgemäßen Elektromotor, welcher nach dem Innenläuferprinzip arbeitet, ist dem gemäß lediglich ein Lagersystem 5 mit einer kürzeren axialen Länge notwendig, wobei das Lagersystem 5 eine Welle bzw. eine Lagerbuchse aufweist, welche zum Beispiel mit Kugellager, Fluidlager, Luftlager, Rubinlager oder dergleichen gelagert ist und einen als Hub ausgebildeten Rotor nicht erforderlich macht.
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1 zeigt also die wesentlichen Bestandteile eines Speicherplattenlaufwerkes mit dem erfindungsgemäßen Elektromotor, wobei die Komponenten zum Schreiben und Auslesen der Daten von der Speicherplatte, also die Schreib-/Leseköpfe, und die Elektronik zur Ansteuerung der Schreib-/Leseköpfe und des Motors nicht dargestellt sind.
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Charakteristisch für diese Erfindung ist die Schaffung eines scheibenförmigen Rotors zum Antrieb eines Speicherplattenlaufwerks. Durch die damit erreichbare flache Bauweise des Elektromotors lässt sich die Bauhöhe des Speicherplattenlaufwerks drastisch reduzieren. Zudem lässt sich ein derart ausgebildetes Speicherplattenlaufwerk aufgrund der geringen Anzahl an benötigten Einzelteilen kostengünstig aufbauen.
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Der Erfindungsgegenstand der vorliegenden Erfindung ergibt sich nicht nur aus dem Gegenstand der einzelnen Patentansprüche, sondern auch aus der Kombination der einzelnen Patentansprüche untereinander.
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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.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Speicherplattenlaufwerk
- 2
- Rotor, scheibenförmig
- 3
- Permanentmagnet
- 4
- weichmagnetische Schicht
- 5
- Lagersystem
- 6
- Speicherplatte
- 7
- Abdeckung oben
- 8
- Gehäuse
- 9
- Stator
- 10
- Speicherplatte
- 11
- Raum für Kopfsystem
- 12
- Abdeckung unten
- 13
- weichmagnetische Schicht
