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Diese
reguläre
Anmeldung beansprucht die Priorität der Patentanmeldung Nr. 095
100 201, angemeldet in Taiwan, Republik von China am 3. Januar 2006,
deren gesamter Inhalt hiermit im Wege der Bezugnahme mit beinhaltet
sei.
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Gebiet der
Erfindung
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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines dynamischen
Lagers und betrifft insbesondere ein Verfahren zur Herstellung von
dynamischen Nuten bzw. Vertiefungen in dem dynamischen Lager.
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Im Zusammenhang
stehender Stand der Technik
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Das
Lager stellt eines der wichtigsten Bauteile eines Motors dar. Die
Verlängerung
der Lebensdauer und die Verringerung der Betriebsgeräusche des
Motors stellen wichtige Überlegungen
bei der Auswahl und Auslegung des Lagers dar.
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Kugellager
und Wälzlager
sind aufgrund der Geräusche,
die durch das Abrollen der Kugeln und Walzen hervorgerufen werden
und aufgrund der Beschädigung
des Lagers, die durch axiale oder radiale Kräfte hervorgerufen wird, in
vielen Geräten
nicht geeignet. Fluiddynamische Lager (fluid dynamic bearings; FDBs)
sind aus diesen Gründen
erfunden erfunden worden. Fluiddynamische Lager weisen eine Mehrzahl
von in einem Fischgrätenmuster
ausgebildeten Nuten bzw. Vertiefungen auf einer Innenwand des Lagers
auf, um die Belastung zu konzentrieren, so dass das Lager geschmiert
werden kann und der Motor gleichmäßig drehen kann. Im Vergleich
zu Kugellagern und Wälzlagern
weist das fluiddynamische Lager eine geringere Geräuschentwicklung
und fehlenden Abrieb auf, weil die sich drehende Welle das Lager
nicht berührt.
Somit kann die Lebensdauer des fluiddynamischen Lagers verlängert werden.
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Die
in einem Fischgrätenmuster
ausgebildeten Nuten des fluiddynamischen Lagers erfordern jedoch
eine höhere
Bearbeitungsgenauigkeit, was das Herstellungsverfahren kompliziertermacht
und die Herstellungskosten erhöht.
Gemäß den 1A und 1B umfasst ein herkömmliches Herstellungsverfahren
für fluiddynamische
Lager die folgenden Schritte. Zunächst werden die im Fischgrätenmuster
angeordneten Nuten durch Kratzen der Innenwand 121 eines Lagers 12 mit
Hilfe eines Mehrachsen-Bearbeitungswerkzeugs 11 ausgebildet.
Das Mehrachsen-Bearbeitungswerkzeug 11 weist vier Schabemesser
auf, die sich drehen und entlang der Innenwand 121 des Lagers 12 im
Gegenuhrzeigersinn (oder im Uhrzeigersinn) voranschreiten. Wenn
das Mehrachsen-Werkzeug 11 einen Wendepunkt P erreicht,
drehen sich die Schabemesser des Mehrachsen-Werkzeugs 11 und
schreiten diese entlang der Innenwand 121 im Uhrzeigersinn
(oder im Gegenuhrzeigersinn) voran, um so auf der Innenwand 121 des
Lagers 12 die im Fischgrätenmuster angeordneten Nuten
auszubilden. Weil die Schabemesser nach der Ausbildung der im Fischgrätenmuster
angeordneten Nuten zu der Ausgangsposition zurückkehren müssen, ist die Anzahl der Nuten
notwendigerweise auf eine gerade Anzahl beschränkt. Aufgrund der Beschränkungen
bei der Bearbeitung kann jedoch die Anzahl der Nuten nicht optimiert
werden und somit kann das fluiddynamische Lager nicht die optimale
Belastung erreichen, die tatsächlichen
Anforderungen genügt.
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Gemäß den 2A bis 2C besteht ein weiteres herkömmliches
Bearbeitungsverfahren eines fluiddynamischen Lagers darin, eine
Welle 13 mit den im Fischgrätenmuster angeordneten Nuten
auf einer zentralen axialen Bohrung 122 des Lagers 12 (wie
in der 2A gezeigt) zu
positionieren und dann ausgehend von einer Außenwand 124 des Lagers 12 eine
Kraft F auszuüben,
um das Lager 12 zu komprimieren (wie in der 2B gezeigt), so dass die
Innenwand 121 des Lagers 12 an die Welle 13 angepasst
ist. Deshalb werden die im Fischgrätenmuster angeordneten Nuten
auf der Innenwand 121 des Lagers 12 mit Hilfe
eines Druck- bzw. Prägeverfahrens ausgebildet
(wie in der 2C gezeigt).
Weil die Nuten jedoch durch Druckbeaufschlagung hergestellt werden,
kann die Stärke
des Lagers 12 nicht sehr groß sein und kann die geringere
Wandstärke
zu einem Schrumpfen der axialen Bohrung führen.
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Gemäß den 3A bis 3C besteht ein weiteres Bearbeitungsverfahren
für fluiddynamische
Lager darin, ein hohles Werkzeug 141, das die im Fischgrätenmuster
angeordneten Nuten aufweist, die in einem vorstehenden Muster angeordnet
sind, innerhalb der zentralen axialen Bohrung 122 des Lagers 12 zu
positionieren (wie in der 3A gezeigt) und dann
das hohle Werkzeug 141 aufgrund der Verwendung eines sich
erweiterden Elements 142 zwingend zu erweitern bzw. zu
dehnen, so dass die im Fischgrätenmuster
angeordneten Nuten des hohlen Werkzeugs 141 in die Innenwand 121 des
Lagers 12 eingreifen (wie in der 3B gezeigt) und dann die im Fischgrätenmuster
angeordneten Nuten auf die Innenwand 121 übertragen
und gedruckt bzw. aufgeprägt
werden (wie in der 3C gezeigt).
Die durch Zwang erfolgende Beaufschlagung des sich erweiternden
Elements 142 auf das hohle Werkzeug 141 nutzt
jedoch das hohle Werkzeug 141 und das sich erweiternde
Element 142 rasch ab. Wenn das hohle Werkzeug 141 und
das sich erweiternde Element 142 abgenutzt sind und nicht
sofort ausgetauscht werden, wird die Präzision der im Fischgrätenmuster
angeordneten Nuten gering sein und wird die Zuverlässigkeit
des Lagers 12 herab gesetzt sein.
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Wie
vorstehend ausgeführt,
ist die Auslegung und Herstellung von fluiddynamischen Lagern schwierig
und der Wirkungsgrad von fluiddynamischen Lagern gemindert, weil
die herkömmlichen
Bearbeitungsverfahren für
fluiddynamische Lager Nachteile aufweisen, beispielsweise eine begrenzte Anzahl
von in Fischgrätenmuster
angeordneten Nuten, begrenzte Stärke
des Lagers oder begrenzte Bearbeitungsgenauigkeit. Deshalb ist es
eine wichtige Aufgabe, ein Herstellungsverfahren für das Lager
bereitzustellen, um diese Probleme zu lösen.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Im
Hinblick auf das Vorgenannte soll die Erfindung ein Verfahren zur
Herstellung eines dynamischen Lagers bereitstellen, um die erforderliche
Anzahl von dynamischen Nuten bzw. Vertiefungen auf dem Lager in
Entsprechung zu tatsächlichen
Erfordernissen auszubilden, und zwar ohne Beschränkung durch die Wandstärke des
Lagers, und um die Bearbeitungsgenauigkeit der dynamischen Nuten
zu gewährleisten.
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Um
das Vorgenannte zu erzielen, offenbart die Erfindung ein Verfahren
zur Herstellung eines dynamischen Lagers, mit den Schritten: Bereitstellen eines
Lagers und eines Bearbeitungswerkzeugs, wobei das Lager eine axiale
Bohrung aufweist und das Bearbeitungswerkzeug zumindest ein vorstehendes Muster
aufweist, das auf einer Außenwand
des Bearbeitungswerkzeugs ausgebildet ist; Positionieren des Bearbeitungswerkzeugs
in der axialen Bohrung des Lagers: Pressen des Bearbeitungswerkzeugs.
damit dieses eine Innenwand des Lagers berührt um das vorstehende Muster
des Bearbeitungswerkzeugs auf die Innenwand des Lagers zu übertragen
und aufzudrucken bzw. aufzuprägen;
Drehen des Bearbeitungswerkzeugs mit einer ersten Drehzahl und Antreiben
des Lagers, damit dieses sich mit einer zweiten Drehzahl dreht;
und Ausbilden von zumindest einem konkaven Muster auf der Innenwand
des Lagers, wobei das zumindest eine konkave Muster dem vorstehenden
Muster des Bearbeitungswerkzeugs entspricht. Gemäß diesem Gesichtspunkt ist
das bevorzugte Profil des Bearbeitungswerkzeugs im Wesentlichen
das Profil eines Stabs.
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Wie
vorstehend ausgeführt,
bildet das Verfahren gemäß der Erfindung
zur Herstellung eines dynamischen Lagers die Nuten auf der Innenwand des
Lagers unter Verwendung des Bearbeitungswerkzeugs bei geeigneter
Auslegung des Innendurchmessers des Lagers und des Außendurchmessers
des Bearbeitungswerkzeugs und geeigneter Steuerung der Drehzahl
des Lagers und des Bearbeitungswerkzeugs aus. Somit kann mit Hilfe
des Bearbeitungswerkzeugs die benötige Anzahl von dynamischen
Nuten auf der Innenwand des Lagers erzielt werden, anstatt dass
nur eine gerade Anzahl von dynamischen Nuten ausgebildet wird, wie
dies bei herkömmlichen
Verfahren der Fall ist. Es gibt keine Beschränkung hinsichtlich der Anzahl
dieser Nuten. Im Vergleich zum Stand der Technik mindert das Verfahren
die auf das Innere und/oder Äußere des
Lagers ausgeübte
Belastung und die Abnutzung des Bearbeitungswerkzeugs. Außerdem kann
die Wandstärke des
Lagers in Entsprechung zu tatsächlichen
Anforderungen ausgelegt werden und kann die Präzision der Bearbeitung verbessert
werden.
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KURZE
BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die
Erfindung wird man besser aus der nachfolgenden Beschreibung verstehen,
die nur zum Zwecke der Erläuterung
erfolgt und somit die vorliegende Erfindung nicht beschränken soll,
wobei:
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1A und 1B schematische
Darstellungen sind, die ein herkömmliches
Bearbeitungsverfahren für
fluiddynamische Lager zeigen;
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2A bis 2C schematische
Darstellungen sind, die ein weiteres herkömmliches Bearbeitungsverfahren
für fluiddynamische
Lager zeigen;
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3A bis 3C schematische
Darstellung sind. die ein weiteres herkömmliches Bearbeitungsverfahren
für fluiddynamische
Lager zeigen;
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4A bis 4C Draufsichten
eines dynamischen Lagers sind, das mit Hilfe eines Herstellungsverfahrens
gemäß einem
Ausführungsbeispiel der
Erfindung bearbeitet wurde;
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5A bis 5C Seitenansichten
des dynamischen Lagers sind, das den 4A bis 4C entspricht;
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6 ein
Flussdiagramm ist, das ein Verfahren zur Herstellung eines dynamischen
Lagers gemäß dem bevorzugten
Ausführungsbeispiel
der Erfindung zeigt;
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7A und 7B schematische
Darstellungen sind, die ein Zapfen- bzw. Zylinderlager zeigen, das
mit Hilfe des Verfahrens zur Herstellung eines dynamischen Lagers
gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung hergestellt wurde;
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8A und 8B schematische
Darstellungen sind, die ein weiteres Zapfen- bzw. Zylinderlager
zeigen, das mit Hilfe des Verfahrens zur Herstellung eines dynamischen
Lagers gemäß dem bevorzugten
Ausführungsbeispiel
der Erfindung hergestellt wurde;
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9A und 9B schematische
Darstellungen sind, die zeigen, dass die im Fischgrätenmuster
angeordneten Nuten mit bogenförmigen
Spitzen mit Hilfe des Herstellungsverfahrens gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung ausgebildet sind; und
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10A und 10B schematische
Darstellungen sind, die zeigen, dass die invers-W-förmigen Nuten mit Hilfe des
Herstellungsverfahrens gemäß dem bevorzugten
Ausführungsbeispiel
der Erfindung ausgebildet sind.
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung wird aus der nachfolgenden ausführlichen
Beschreibung, die anhand der beigefügten Zeichnungen erfolgt, worin
dieselben Bezugszeichen dieselben Elemente bezeichnen, ersichtlich
werden.
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Bei
den 4A bis 5C handelt
es sich um schematische Darstellungen, die ein Verfahren zur Herstellung
eines dynamischen Lagers gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung darstellen. Die 4A bis 4C zeigen
die Draufsichten des dynamischen Lagers, das Hilfe des Herstellungsverfahrens
bearbeitet bzw. hergestellt wurde, und die 5A bis 5C zeigen
Seitenansichten des dynamischen Lagers, die den 4A bis 4C entsprechen.
Gemäß den 4A und 5A beginnt das
Herstellungsverfahren mit einem Lager 21 und einem Bearbeitungswerkzeug 22,
das im Wesentlichen stabförmig
ist. Das Lager 21 weist eine axiale Bohrung 211 und
eine Innenwand 212 auf. Das Bearbeitungswerkzeug 22 weist
ein vorstehendes Muster 222 auf, das auf einer Außenwand 221 des
Bearbeitungswerkzeugs 22 ausgebildet ist. Das vorstehende Muster 222 ist
in Entsprechung zu der gewünschten Form
der dynamischen Nuten ausgelegt. Bei diesem Ausführungsbeispiel weist das vorstehende
Muster 222 acht vorstehende Rippen auf, die in einem Fischgrätenmuster
angeordnet sind.
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Gemäß den 4A bis 5C und
der 6 umfasst das Verfahren zur Herstellung eines dynamischen
Lagers die folgenden Schritte.
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Der
Schritt S0 offenbart, dass ein Lager und ein Bearbeitungswerkzeug
bereitgestellt werden. Das Lager weist eine axiale Bohrung auf und
das Bearbeitungswerkzeug weist zumindest ein vorstehendes Muster
auf, das auf einer Außenwand
des Bearbeitungswerkzeugs ausgebildet ist. Der Schritt S1 offenbart,
dass das Bearbeitungswerkzeug 22 in der axialen Bohrung 211 des
Lagers 21 positioniert wird und vorzugsweise entlang einer
Mittelachse der axialen Bohrung 211 positioniert wird.
Bei diesem Ausführungsbeispiel
kann das Bearbeitungswerkzeug 22 ohne weiteres in der axialen
Bohrung 211 des Lagers 21 positioniert werden,
weil der Innendurchmesser des Lagers 21 größer ist
als der Außendurchmesser des
Bearbeitungswerkzeugs 22.
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Der
Schritt S2 offenbart, dass die Innenwand 212 des Lagers 21 und
das Bearbeitungswerkzeug 22 gegeneinander gedrückt werden
und somit das vorstehende Muster 222 der Außenwand 22l des
Bearbeitungswerkzeugs 22 auf die Innenwand 212 des Lagers 21 übertragen
und aufgedruckt bzw. aufgeprägt
wird.
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Der
Schritt S3 offenbart, dass sich das Bearbeitungswerkzeug 22 mit
einer ersten Drehzahl dreht und das Lager 21 antreibt,
damit dieses sich mit einer zweiten Drehzahl dreht. Bei diesem Ausführungsbeispiel
ist die erste Drehzahl höher
als die zweite Drehzahl und sind die Drehrichtungen des Lagers 2l und des
Bearbeitungswerkzeugs 22 gleich. Außerdem beträgt das Verhältnis der ersten Drehzahl zur
zweiten Drehzahl bei diesem Ausführungsbeispiel
9 zu 8, dreht sich das Bearbeitungswerkzeug 22 relativ
zu einer ersten Achse C1 und dreht sich das Lager 21 relativ
zu einer zweiten Achse C2, um so die Drehbewegung auszuführen und
das vorstehende Muster 222 der Außenwand 221 des Bearbeitungswerkzeugs 22 zu
pressen, damit dieses auf die Innenwand 212 des Lagers 21 übertragen
und aufgedruckt bzw. aufgeprägt
wird.
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Der
Schritt S4 offenbart, dass das konkave Muster 213 in Entsprechung
zum vorstehenden Muster 222 auf der Innenwand 212 des
Lagers 21 ausgebildet wird. Das konkave Muster 213 weist
eine Mehrzahl von im Fischgrätenmuster
angeordneten Nuten auf, das vorstehende Muster 222 weist
eine Mehrzahl von im Fischgrätenmuster
angeordneten Vorsprüngen
auf und die Anzahl der im Fischgrätenmuster angeordneten Nuten
ist größer als
die Anzahl der im Fischgrätenmuster
angeordneten Vorsprünge.
Bei diesem Ausführungsbeispiel
weist das Bearbeitungswerkzeug 22 das vorstehende Muster 222 mit
acht im Fischgrätenmuster
angeordneten Streifen auf, die auf der Außenwand 22l ausgebildet
sind, und wird das Verhältnis
der Drehzahl des Bearbeitungswerkzeugs 22 zur Drehzahl
des Lagers 21 genau gesteuert, damit dieses 9 zu 8 beträgt, um so
das konkave Muster 213 mit neun im Fischgrätenmuster
angeordneten Nuten auf der Innenwand 212 des Lagers 21 auszubilden.
Mit anderen Worten, das konkave Muster 213 mit einer ungeraden
Anzahl von im Fischgrätenmuster
angeordneten Nuten kann auf der Innenwand 212 des Lagers 21 mit
Hilfe des vorstehenden Musters 222 ausgebildet werden,
das eine gerade Anzahl von im Fischgrätenmuster angeordneten Vorsprüngen auf
der Außenwand 221 des
Bearbeitungswerkzeugs 22 aufweist. Weil das konkave Muster 213 in
Entsprechung zu dem vorstehenden Muster 222 ausgebildet
wird, entspricht das konkave Muster 213 einem Fischgrätenmuster.
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Die 7A bis 8B sind
schematische Darstellungen von zwei weiteren Ausführungsbeispielen
des Verfahrens zur Herstellung eines dynamischen Lagers, die bei
der Herstellung eines Zapfen- bzw. Zylinderlagers Anwendung finden.
Die im Fischgrätenmuster
angeordneten Nuten können
auf der Innenwand 212 des Lagers 21 unter Verwendung von
zwei Sätzen
(wie in den 7A und 7B gezeigt)
oder unter Verwendung eines einzelnen Satzes (wie in den 8A und 8B gezeigt)
von vorstehenden Mustern ausgebildet werden, die auf der Außenwand 221 des
Bearbeitungswerkzeugs 22 ausgebildet sind. Das vorstehende
Muster kann in Entsprechung zu den erforderlichen Nutprofilen ausgelegt
werden. Gemäß den 9A und 9B ist das
Profil der Nuten des Lagers 21 ebenfalls mit im Fischgrätenmuster
angeordneten und mit gerundeten Spitzen versehenen Rippen ausgebildet,
wenn das vorstehende Muster des Bearbeitungswerkzeugs 22 über im Fischgrätenmuster
angeordnete Rippen verfügt,
die abgerundete Spitzen aufweisen. Gemäß den 10A und 10B ist, wenn das vorstehende Muster des Bearbeitungswerkzeugs 22 invers-W-förmige, im
Fischgrätenmuster
angeordnete Linien aufweist, das Profil der Nuten des Lagers 2l ebenfalls
mit invers-W-förmigen,
im Fischgrätenmuster
angeordneten Rippen versehen.
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Zusammenfassend
bildet das erfindungsgemäße Verfahren
zur Herstellung eines dynamischen Lagers die Nuten auf der Innenwand
des Lagers unter Verwendung des Bearbeitungswerkzeugs bei geeigneter
Auslegung des Innendurchmessers des Lagers und der Außendurchmessers
des Bearbeitungswerkzeugs und geeigneter Steuerung der Drehzahl des
Lagers und des Bearbeitungswerkzeugs aus. Somit kann das Bearbeitungswerkzeug
die erforderliche Anzahl von dynamischen Nuten auf der Innenwand
des Lagers ermöglichen,
anstatt dass nur eine gerade Anzahl von dynamischen Nuten ausgebildet wird,
wie dies bei herkömmlichen
Verfahren der Fall ist. Die Anzahl dieser Nuten unterliegt keiner
Beschränkung.
Im Vergleich zum Stand der Technik mindert das Verfahren die auf
das Innere und/oder Äußere des
Lagers ausgeübte
Belastung und mindert dieses die Abnutzung des Bearbeitungswerkzeugs.
Außerdem
kann die Wandstärke
des Lagers in Entsprechung zu tatsächlichen Anforderungen ausgelegt
und die Präzision
der Bearbeitung verbessert werden.
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Wenngleich
die Erfindung anhand von speziellen Ausführungsbeispielen beschrieben
worden ist. soll diese Beschreibung nicht beschränkend ausgelegt werden. Zahlreiche
Modifikationen an den offenbarten Ausführungsbeispielen sowie alternative
Ausführungsformen
werden dem Fachmann auf diesem Gebiet ersichtlich werden. Die beigefügten Ansprüche sollen
deshalb sämtliche
Modifikationen mit umfassen, die in den tatsächlichen Schutzbereich der Erfindung
fallen.