DE102007023904A1

DE102007023904A1 - Fluiddynamisches Lagersystem

Info

Publication number: DE102007023904A1
Application number: DE102007023904A
Authority: DE
Inventors: Martin Engesser; Stefan Schwamberger
Original assignee: Minebea Co Ltd
Current assignee: MinebeaMitsumi Inc
Priority date: 2007-05-23
Filing date: 2007-05-23
Publication date: 2008-11-27
Also published as: DE102007023904A8

Abstract

Die Erfindung betrifft ein fluiddynamisches Lagersystem, insbesondere für einen Spindelmotor zum Antrieb der Speicherplatten eines Festplattenlaufwerkes, welches eine Lagerbuchse umfasst, eine drehbar in einer Bohrung der Lagerbuchse gelagerte Welle, einen Lagerspalt, gefüllt mit einem Lagerfluid zwischen einander gegenüberliegenden angrenzenden Oberflächen der Welle und der Lagerbuchse, mindestens ein Radiallager, gebildet durch einander zugeordnete Lagerflächen der Welle und der Lagerbuchse, und mindestens ein Axiallager. Das Lagersystem zeichnet sich dadurch aus, dass in der Welle ein Hohlraum vorgesehen ist, der zumindest anteilig mit Lagerfluid gefüllt und mit dem Lagerspalt verbunden ist. Der anteilig mit Lagerfluid gefüllte Hohlraum sichert einerseits einen ausreichenden Vorrat an Lagerfluid über die Lebensdauer des Lagers und zum anderen dient er als Ausgleichsvolumen für das Lagerfluid bei Temperaturschwankungen.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein fluiddynamisches Lagersystem, wie es im Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs beschrieben ist.
Generell betrifft die Erfindung ein fluiddynamisches Lagersystem, wie es z. B. zur Drehlagerung von Spindelmotoren zum Antrieb der Speicherplatten eines Festplattenlaufwerks oder für Farbräder, Scanner oder DLP's eingesetzt wird.
Beschreibung des Standes der Technik
Bei einem fluiddynamischen Lager, wie es z. B. in Spindelmotoren eingesetzt wird, ist der Lagerspalt mit einem Lagerfluid, wie z. B. Öl, gefüllt. Aufgrund von Verdampfung verringert sich das Volumen an Lagerfluid. Daher muss ein gewisser Vorrat an Lagerfluid vorgesehen werden, damit über die spezifizierte Lebensdauer des Lagers ausreichend Lagerfluid zur Verfügung steht.
In der DE 102 00 089 A1 ist ein fluiddynamisches Lagersystem beschrieben, das eine Lagerbuchse und eine Welle umfasst, die in einer axialen Bohrung der Lagerbuchse angeordnet ist. Die Welle rotiert frei in der Lagerbuchse und die Teile bilden zusammen ein Radiallager. Als Lagerfluid zwischen den Lagerflächen wird vorzugsweise eine Flüssigkeit verwendet, welche sich in einem Lagerspalt befindet, der die beiden Lagerflächen der relativ zueinander bewegten Teile beabstandet. Im Betrieb bildet das Lagerfluid, vorzugsweise Öl, einen tragfähigen Schmierfilm zwischen den Lagerflächen aus. Am offenen Ende des Lagerspalts ist ein Fluidresevoir in Form einer konischen Dichtung vorgesehen. Insbesondere bei dieser Bauart ist der zur Verfügung stehende Platz zur Anordnung eines ausreichend großen Fluidreservoirs sehr gering.
Die DE 20 2004 012 407 U1 offenbart eine fluiddynamische Lageranordnung für einen Spindelmotor zum Antrieb der Speicherplatten von Festplattenlaufwerken. Die Lageranordnung umfasst eine Welle und eine Lagerbuchse, die, unterstützt durch ein zwischen ihren Laufflächen zirkulierendes Lagerfluid, relativ zueinander drehbar sind. Es ist ein Deckel vorgesehen, welcher eine Stirnseite und an diese Stirnseite angrenzende Bereiche des Außenumfangs der Lagerbuchse abdeckt. Zwischen der Lagerbuchse und dem Deckel ist ein mit dem Lagerspalt verbundener und zumindest teilweise mit Lagerfluid gefüllter Freiraum als Fluidreservoir vorgesehen.
Es sind auch Spindelmotoren mit fluiddynamischem Lagersystem bekannt, bei denen ein Axiallager zwischen einer Stirnfläche der Lagerbuchse und einer gegenüberliegenden Fläche der Nabe des Motors gebildet wird. Diese Lager werden auch als „Top Thrust" Lager bezeichnet. Ein solches Lager ist beispielsweise in US 7,118,278 B2 offenbart. Der mit Lagerfluid gefüllte Lagerspalt verläuft dabei zu großen Teilen zwischen der Außenfläche der Lagerbuchse und der die Lagerbuchse überdeckenden Nabe. Ein Fluidresevoir ist hier ebenfalls am Außendurchmesser des Lagerspalts vorgesehen.
Bei hohen Umgebungstemperaturen oder bei großer Eigenerwärmung des Lagers verdampft das Lagerfluid sehr schnell. Die Lebensdauer von Lagern mit einem kleinen Fluidreservoir ist daher begrenzt. Außenliegende Reservoirs sind generell anfällig gegen eindringenden Schmutz und bergen die Gefahr eines Austritts von Fluid aus dem Lager.
Offenbarung der Erfindung
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein fluiddynamisches Lagersystem anzugeben, das eine einfache Möglichkeit zur Realisierung eines großen und betriebssicheren Fluidreservoirs bietet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Das fluiddynamische Lagersystem zeichnet sich dadurch aus, dass in der Welle ein Hohlraum vorgesehen ist, der zumindest teilweise mit Lagerfluid gefüllt und mit dem Lagerspalt verbunden ist.
Dieser Hohlraum wird erfindungsgemäß als Fluidreservoir genutzt.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der Hohlraum als durchgängige, axiale Bohrung der Welle ausgebildet. Die Bohrung ist auf einer Seite mit dem Lagerspalt verbunden und auf der anderen Seite mittels eines Stopfens oder ähnlichem nicht-luftdicht verschlossen. Damit besitzt der Hohlraum einen notwendigen Zugang zur Umgebungsluft, der für einen Druckausgleich sorgt.
Die Bohrung des in der Nabe befestigten Wellenendes kann eine Schraube zur Befestigung einer Klammer zur Halterung der mindestens einen Magnetspeicherplatte aufnehmen. Dabei kann der Zugang zur Umgebungs-Atmosphäre etwa über das Schraubgewinde in der axialen Bohrung der Welle oder über eine Nut erfolgen.
Um die Form bzw. das Volumen des Hohlraums festlegen zu können, kann im Hohlraum ein Körper angeordnet werden, der beispielsweise mit dem Deckel des Lagers bzw. der Welle verbunden ist. Dieser Körper kann derart ausgestaltet sein, dass sich innerhalb der Welle ein ringförmiger oder kanalförmiger Hohlraum bildet. Je nach Ausgestaltung des Körpers, beispielsweise als Kegel oder kegelstumpfförmiger Körper bzw. als Zylinder mit axialen Nuten am Außenumfang kann der Hohlraum teilweise schräge Wandflächen aufweisen, die als Kapillardichtung wirken.
Das freie Ende der Welle ist mit einer Nabe verbunden, wobei der Lagerspalt einen axialen Abschnitt zwischen einander gegenüberliegenden Oberflächen der Welle und der Lagerbuchse sowie einen radialen Abschnitt zwischen einander gegenüberliegenden Oberflächen der Lagerbuchse und der Nabe aufweist. Das mindestens eine Axiallager befindet sich in einer ersten Ausgestaltung der Erfindung innerhalb des radialen Abschnitts des Lagerspaltes zwischen einander zugeordneten Lagerflächen der Lagerbuchse und der Nabe.
An diesem radialen Abschnitt des Lagerspaltes kann sich ferner ein Dichtungsbereich anschließen, der zwischen einander gegenüberliegenden Oberflächen der Lagerbuchse und der Nabe und/oder einem Stopperring gebildet wird, wobei der Stopperring mit der Nabe verbunden ist. Der Dichtungsbereich ist als Kapillardichtung ausgebildet und kann ferner eine ringförmige Nut als zusätzliches Dichtungsmittel aufweisen.
In einer anderen Ausgestaltung des Lagersystems ist an einem Ende der Welle eine Druckplatte angeordnet und in einer Aussparung der Lagerbuchse aufgenommen. Das Axiallager wird in dieser Ausgestaltung durch einander zugeordnete Lagerflächen der Druckplatte, der Lagerbuchse und/oder einer Abdeckplatte gebildet.
In dieser Ausgestaltung des Lagers kann der Hohlraum mit einem weiteren, spaltförmigen oder kanalförmigen Hohlraum verbunden sein, der durch die Welle und/oder die mit der Welle verbundene Nabe gebildet wird. Dieser weitere Hohlraum kann zusätzlich einen Dichtungsspalt zur Abdichtung des Lagers ausbilden. Er kann aber auch als Erweiterung des Fluidreservoirs dienen. Das erfindungsgemäße Lagersystem kann vorzugsweise in einem Spindelmotor zum Antrieb eines Festplattenlaufwerkes eingesetzt werden.
Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Dabei ergeben sich aus den Zeichnungen und ihre Beschreibung weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt eine erste Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Lagersystems ohne Druckplatte.
2 zeigt eine gegenüber 1 abgewandelte Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Lagersystems.
3 zeigt eine erste Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Lagersystems mit Druckplatte.
4 zeigt eine zweite Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Lagersystems mit Druckplatte.
5 zeigt eine dritte Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Lagersystems mit Druckplatte.
6 zeigt eine vierte Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Lagersystems mit Druckplatte.
7 zeigt eine fünfte Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Lagersystems mit Druckplatte.
8 zeigt eine sechste Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Lagersystems mit Druckplatte.
Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung
1 zeigt einen Querschnitt eines erfindungsgemäßen fluiddynamischen Lagersystems als Teil eines Spindelmotors. Das Lagersystem umfasst eine Lagerbuchse 10 mit einer zylindrischen Bohrung zur Aufnahme einer Welle 12. Am Außenumfang der Lagerbuchse 10 ist ein Bund 14 vorgesehen, so dass sich an der Lagerbuchse 12 eine Stufe 16 ausbildet. Die Lagerbuchse weist an der Stirnseite des Bundes 14 eine obere, plane Fläche auf.
Ein Ende der Welle 12 ragt über die Lagerbuchse 10 hinaus und trägt eine Nabe 18 als Teil des Spindelmotors. Wie es im Beispiel dargestellt ist, kann die Welle 12 ein integrierter Bestandteil der Nabe 18 sein. Die Nabe 18 ist entlang der Stirnseite der Lagerbuchse 10 eben und planparallel zur Stirnseite des Bundes 14 der Lagerbuchse 10 ausgebildet. An ihrem Außenumfang weist die Nabe 18 einen becherförmigen Rand auf der sich konzentrisch zur Rotationsachse 20 des Lagers, etwa über einen Großteil der Länge der Lagerbuchse 10, erstreckt.
Am Innenumfang des Randes der Nabe 18 ist eine Stufe vorgesehen, an der ein Stopperring 22 angeordnet ist. Der Stopperring 22 dient als Ausfallsicherung für die Naben-Wellen-Kombination, indem der Stoppering 22 an der Stufe 16 der Lagerbuchse 10 anschlägt, wenn sich Welle 12 und Nabe 18 zu weit in axialer Richtung aus der Bohrung der Lagerbuchse 10 herausbewegen. Alternativ kann ein Stopperring am der Nabe entgegengesetzten Wellenende angeordnet werden.
Am unteren, offenen Ende ist die Lagerbuchse 10 durch einen Deckel 24 luftdicht verschlossen. Der Deckel 24 ist in eine Aussparung der Lagerbuchse 10 eingelegt und mit dieser beispielsweise verschweißt und/oder verklebt und/oder verpresst.
Das fluiddynamische Lager wird gebildet durch entsprechende Lagerflächen der Lagerbuchse 10 und der Welle 12 sowie der Stirnseite der Lagerbuchse 10 und der Unterseite der Nabe 18. Die Lagerflächen sind durch einen mit einem Lagerfluid, z. B. Öl, gefüllten Lagerspalt 26 voneinander getrennt. Der Lagerspalt 26 weist einen axialen Abschnitt auf, in welchem sich Radiallager befinden sowie einen radialverlaufenden Abschnitt, in welchem ein Axiallager angeordnet ist. Die Radiallager werden durch entsprechende Oberflächenstrukturen auf den Lagerflächen der Welle bzw. der Lagerbuchse definiert. Das Axiallager ist durch entsprechende beispielsweise spiralförmige oder herringbone-(fischgrät)-förmige Oberflächenstrukturen auf der Lageroberfläche der Lagerbuchse 10 bzw. der Nabe 18 definiert. An den radialen Bereich des Lagerspaltes 26 zwischen Lagerbuchse 10 und Nabe 18 schließt sich ein axialer Dichtungsbereich mit einer Kapillardichtung an. Der axiale Dichtungsbereich 28 erstreckt sich zwischen einer äußeren Oberfläche des Bundes 14 der Lagerbuchse 10 und einer inneren Oberfläche der Nabe 18 und ist durch entsprechende Oberflächen der Stufe 16 der Lagerbuchse 10 und des Stopperringes 22 begrenzt. Am Außenumfang des Bundes 14 der Lagerbuchse 10 kann eine Nut 30 angeordnet sein, die Teil der Kapillardichtung ist. Es ist auch möglich, dass der Dichtungsbereich 28 nach außen hin eine konische Öffnung mit einem geringen Öffnungswinkel von einigen Winkelgraden aufweist.
Erfindungsgemäß weist die Welle 12 eine durchgehende axiale Bohung auf, so dass sich ein Hohlraum 32 ergibt, der im Bereich des Deckels 24 mit dem Lagerspalt 26 verbunden ist. Der Hohlraum 32 ist anteilig mit Lagerfluid gefüllt und wird als als ein Fluidreservoir genutzt. Das offene Ende des Hohlraums 32 ist beispielsweise durch einen Stopfen 34 verschlossen. Der für einen Druckausgleich notwendige Zugang zur Umgebungsluft kann durch mindestens eine kleine Öffnung im Stopfen 34 realisiert werden, durch die ein Luftaustausch stattfinden aber kein Lagerfluid nach Außen dringen kann. Der anteilig mit Lagerfluid gefüllte Hohlraum 32 sichert zum einen den ausreichenden Vorrat an Lagerfluid über die Lebensdauer des Lagers und zum anderen dient er als Ausgleichsvolumen für das Lagerfluid bei Temperaturschwankungen.
Im Hohlraum 32 kann ein beipielsweise kegelförmiger Körper 36 angeordnet werden, der am Deckel 24 befestigt ist. Der Körper 36 reduziert den Hohlraum 32 auf einen ringförmigen Hohlraum mit schrägen Innenflächen. Sofern der Hohlraum 32 nicht bis zum oberen Ende des Körpers 36 mit Lagerfluid gefüllt wird, ergibt sich eine konische Kapillardichtung.
2 zeigt eine abgewandelte Ausgestaltung des Lagersystems von 1, wobei gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind.
Im Unterschied zu 1 ist beim Lager gemäß 2 im Hohlraum ein kegelstumpfförmiger Körper 38 angeordnet, dessen Durchmesser im zylindrischen Bereich dem Innendurchmesser des Hohlraums 32 in der Welle 12 entspricht. Der Körper 38 ist beispielsweise in die Hohlraumbohrung der Welle 12 eingepresst. Am äußeren Umfang umfasst der Körper 38 einen oder mehrere Längsnuten 40, so dass sich zwischen dem Innenumfang der Welle 12 und dem Außenumfang des Körpers 38 Kanäle 40 bilden, die als Fluidreservoir dienen. Durch die abgeschrägte Seite des Körpers 38 ergeben sich auch hier im oberen Bereich der Kanäle konische Dichtungsabschnitte, die als Kapillardichtung dienen.
3 zeigt eine fluiddynamische Lageranordnung mit Druckplatte. Hierbei wird davon ausgegangen, dass eine die Nabe 118 tragende Welle 112 in einer feststehenden Lagerbuchse 110 um eine Rotationsachse 120 frei drehbar angeordnet ist. Die Erfindung umfasst jedoch auch die Bauform von Spindelmotoren, bei der eine mit einem Rotor verbundene Lagerbuchse drehbar auf einer feststehenden Welle gelagert ist.
Die Lageranordnung umfasst eine frei drehbar in einer Lagerbuchse 110 angeordnete Welle 112. Die Lagerbuchse 110 und die Welle 112 sind durch einen mit einem Lagerfluid gefüllten Lagerspalt 126 voneinander getrennt. Jeweils eine der einander zugewandten Oberflächen von Welle 112 und/oder Lagerbuchse 110 weist zylindrische Zonen mit eingearbeiteten Lagerstukturen auf. Durch die Lagerstrukturen werden fluiddynamische Radiallager 115, 115' definiert.
Die Lagerbuchse 110 ist an ihrem unteren Ende mit einer ringförmigen Aussparung zur Aufnahme einer Druckplatte 140 versehen. Ebenso wie die Welle 112 in der Lagerbuchse 110 rotiert die mit der Welle 112 fest verbundene Druckplatte 140 in der Aussparung der Lagerbuchse 110. Die untere Öffnung der Lagerbuchse 110 ist durch einen Deckel 124 hermetisch verschlossen, der das Eindringen von Luft und Schmutzpartikeln in die Lageranordnung verhindert.
Zwischen den ringförmigen Stirnflächen der Druckplatte 140 und den angrenzenden Oberflächen der Lagerbuchse 110 und des Deckels 124 sind jeweils Axiallager 114, 114' vorgesehen. Wird ein magnetisches Gegenlager verwendet, so genügt lediglich ein einziges fluiddynamisches Axiallager. Das Lagerfluid zirkuliert im Lagerspalt 126 zwischen der Lagerbuchse 110 und der Welle 112 und zirkuliert ebenfalls im Lagerspalt zwischen der Lagerbuchse 110, dem Deckel 124 und der Druckplatte 140 um die Druckplatte herum.
Eine Seite des Lagerspalts 126 endet in einer Kapillardichtung 128, die als sogenanntes „tapered seal" (konische Kapillardichtung) ausgebildet ist und sich am offenen Ende des Lagerspalts 126 konisch aufweitet.
Die Welle 112 ist als Hohlwelle mit einer durchgehenden axialen Bohung ausgebildet. Es ergibt sich ein Hohlraum 132, der im Bereich des Deckels 124 mit dem Lagerspalt 126 verbunden ist. Im Hohlraum 132 ist ein beispielsweise kegelstumpfförmiger Körper 136 angeordnet, der mit dem Deckel 124 verbunden ist. Der Körper 136 kann auch mit der Welle 112 verbunden sein. Der Körper 136 reduziert den Hohlraum 132 auf einen ringförmigen Hohlraum, der am freien Ende schräge Innenflächen aufweist, die eine weitere konische Kapillardichtung 128' ausbilden. Der ringförmige Hohlraum 132 ist anteilig mit Lagerfluid gefüllt und wird als als Fluidreservoir genutzt. Das offene Ende des Hohlraums 132 ist beispielsweise durch einen Stopfen 134 verschlossen. Der für einen Druckausgleich notwendige Zugang zur Umgebungsluft kann durch eine kleine Öffnung im Stopfen 134 realisiert werden, durch die ein Luftaustausch stattfinden aber kein Lagerfluid nach außen dringen kann.
Durch eine Bohrung 117 ist eine Verbindung zwischen dem ringförmigen Hohlraum 132 auf der Innenseite der Welle 112 und dem Lagerspalt 126 auf der Außenseite der Hohlwelle angeordnet, wodurch das Fluid zirkulieren kann. Weiterhin kann ein Pumplager 116 axial unterhalb der konischen Kapillardichtung 128 im oberen Bereich des Lagerspaltes 126 angeordnet sein, um somit eine einseitige dynamische Dichtung des beidseitig offenen Lagers zu bilden.
4 zeigt ein ähnliches Lagersystem wie 3 mit einer Lagerbuchse 210, in der eine Welle 212 drehbar gelagert ist. Die Lagerbuchse 210 und die Welle 212 sind durch einen mit Lagerfluid gefüllten Lagerspalt 226 voneinander getrennt. Die Lagerbuchse 210 ist an ihrem unteren Ende mit einer ringförmigen Aussparung zur Aufnahme einer Druckplatte 240 versehen. Die Druckplatte 240 ist fest mit der Welle verbunden und rotiert mit dieser innerhalb der Lagerbuchse 210. Das untere Ende des Lagers ist im Bereich der Druckplatte durch einen Deckel 224 verschlossen. Der Lagerspalt endet in einer konischen Dichtung 228. Das freie Ende der Welle 212 trägt eine Nabe 218.
Erfindungsgemäß umfasst die Welle 212 eine durchgehende axiale Bohrung, die einen zylindrischen Hohlraum 232 innerhalb der Welle ausbildet. Dieser Hohlraum 232 ist mit dem Lagerspalt 226 verbunden. Am oberen Ende des Hohlraumes 232, zwischen dem Außenumfang der Welle 212 und einem Innenumfang der Nabe 218, befindet sich ein mit dem Hohlraum verbundener Kanal 234, der in einen ringförmigen Hohlraum 236 mündet, der innerhalb der Nabe ausgebildet ist. Hierzu kann die Nabe zweiteilig ausgeführt sein, so dass sich beim Zusammenbau der Nabe dieser ringförmige und mit dem Kanal 234 verbundene Hohlraum 236 ergibt.
Erfindungsgemäß ist nun der Hohlraum 232 der Welle 212 sowie der Kanal 234 vollständig mit Lagerfluid gefüllt. Der ringförmige Hohlraum 236 ist anteilig mit Lagerfluid gefüllt und endet in konischen Abschnitten, die eine konische Kapillardichtung für den Hohlraum 236 darstellen. Es ergibt sich in diesem Beispiel also ein sehr großes Reservoir für das Lagerfluid, gebildet durch die Hohlräume 226, 232 und 236 sowie den Verbindungsspalt 234. Dieses Fluidreservoir beherbergt ein Vielfaches der Menge an Lagerfluid des Lagerspaltes 226. Dabei nimmt sowohl der Innendurchmesser der Nabe 218, als auch der Außendurchmesser des Bauteils 219 im axialen Verlauf von der Lageroberseite zur Unterseite hin ab. Die Abnahme des Außendurchmessers des Bauteils 219 ist dabei größer als die Abnahme des Innendurchmessers der Nabe 218, so dass der Dichtungsspalt 236 im Verlauf vom oberen zum unteren Wellenende sich konisch erweitert. Da sich das Lagerfluid infolge einer Temperaturzunahme ausdehnt, sind in der Zeichnung zwei Fluid-Meniskus Positionen bei einer minimalen und bei einer maximalen Betriebstemperatur dargestellt.
5 zeigt ein gegenüber 4 abgewandeltes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Fluidlagers, wobei gleiche Bauteile bzw. gleichwirkende Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind.
Im Unterschied zu 4 ist die Nabe 218 aus Vollmaterial ausgebildet und umfasst keinen Hohlraum in ihrem Inneren. Allerdings ist zwischen dem Außendurchmesser der Welle 212 und einem Innendurchmesser der Nabe 218 mindestestens ein Kanal 242 vorgesehen, der an einem Ende mit dem Hohlraum 232 im Inneren der Welle 212 verbunden ist. Das andere Ende des Kanals 242 ist mit der Umgebungsatmosphäre verbunden und mündet in einem Bereich zwischen der Stirnseite der Lagerbuchse 210 und der Unterseite der Nabe 218. In diesem Ausführungsbeispiel ist der Hohlraum 232 anteilig mit Lagerfluid gefüllt und dient als Fluidreservoir. Beispielsweise ist der Hohlraum etwa zur Hälfte mit Lagerfluid gefüllt und ermöglicht außerdem eine Ausdehnung des Lagerfluids bei Temperaturschwankungen. Der Kanal 242 dient hierbei lediglich als Entlüftungskanal für den Hohlraum 232.
6 zeigt eine ähnliche Ausgestaltung eines Lagersystems wie 5. Hierbei sind gleiche oder gleichwirkende Bauteile mit den gleichen Bezugszeichen versehen, wie in den 4 und 5.
Im Unterschied zur Ausgestaltung der 5 ist bei 6 in der Welle 212 ein Hohlraum 232 vorgesehen, der nach oben dicht verschlossen ist, indem eine Nabe 218 luftdicht mit der Welle 212 verbunden ist. Als Entlüftung des Hohlraums 232 der Welle 212 ist im Zwischenraum zwischen der Stirnseite der Lagerbuchse 210 und der Unterseite der Nabe 218 eine Bohrung 244 vorgesehen. In diesem Fall ist der Hohlraum 232 anteilig mit Lagerfluid gefüllt und dient als Fluidreservoir, wobei sichergestellt werden muss, dass in keinem Falle die Füllhöhe des Lagerfluids im Hohlraum 232 die Bohrung 244 erreicht, da ansonsten Lagerfluid aus dem Lager austreten könnte.
In der Ausgestaltung gemäß 7 ist eine Nabe 218 vorgesehen, die in Verlängerung der Welle 212 oben offen ist. Der Hohlraum 232 in der Welle 212 ist nach oben durch einen Stopfen 246 verschlossen, der so ausgestaltet ist, dass er zwar luftdurchlässig aber nicht durchlässig für Lagerfluid ist. Durch diesen Stopfen 246 wird also der Hohlraum 232 in der Welle 212 entlüftet.
8 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Lagers, ähnlich wie die 4 bis 7, bei dem der Hohlraum 232 in der Welle 212 einseitig mit dem Lagerspalt 226 verbunden ist und auf der anderen Seite durch die Nabe 218 abgedichtet ist. Der Hohlraum hat über die Bohrung 244 also einen Zugang zur Außenatmosphäre. Ferner kann das Volumen des Hohlraums 232 durch das Einsetzen eines Körpers 248 begrenzt werden, welcher Körper etwa zylindrisch ausgebildet ist und eine zentrale Bohrung aufweist. Der Hohlraum in Form dieser verkleinerten Bohrung ist anteilig mit Lagerfluid gefüllt und dient ebenfalls als Fluidreservoir. Selbstverständlich kann die Welle 212 sowie der Körper 248 auch einteilig ausgebildet sein.

10: Lagerbuchse
12: Welle
14: Bund
16: Stufe
18: Nabe
20: Rotationsachse
22: Stopperring
24: Deckel
26: Lagerspalt
28: Dichtungsbereich
30: Nut
32: Hohlraum
34: Stopfen
36: Körper
38: Körper
40: Kanal
110: Lagerbuchse
112: Welle
114: Axiallager 114'
115: Radiallager 115'
116: Pumplager
117: Rezirkulationskanal 117'
118: Nabe
120: Rotationsachse
124: Deckel
126: Lagerspalt
128: Kapillardichtung 128'
132: Hohlraum
134: Stopfen
136: Körper
140: Druckplatte
210: Lagerbuchse
212: Welle
218: Nabe
220: Rotationsachse
224: Deckel
226: Lagerspalt
228: Kapillardichtung
232: Hohlraum
234: Kanal
236: Hohlraum (ringförmig)
240: Druckplatte
242: Kanal
244: Bohrung
246: Stopfen
248: Körper

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 10200089 A1 [0004]
- DE 202004012407 U1 [0005]
- US 7118278 B2 [0006]

Claims

Fluiddynamisches Lagersystem, insbesondere für einen Spindelmotor zum Antrieb der Speicherplatten eines Festplattenlaufwerkes, welches umfasst: – eine Lagerbuchse (10; 110; 210), – eine drehbar in einer Bohrung der Lagerbuchse (10; 110; 210) gelagerte Welle (12; 112; 212), – einen Lagerspalt (26; 126; 226) gefüllt mit einem Lagerfluid zwischen einander gegenüberliegenden angrenzenden Oberflächen der Welle (12; 112; 212) und der Lagerbuchse (10; 110; 210), – mindestens ein Radiallager gebildet durch einander zugeordnete Lagerflächen der Welle (12; 112; 212) und der Lagerbuchse (10; 110; 210), und – mindestens ein Axiallager, dadurch gekennzeichnet, – dass in der Welle ein Hohlraum (32; 132; 232) vorgesehen ist, der zumindest teilweise mit Lagerfluid gefüllt und mit dem Lagerspalt (26; 126; 226) verbunden ist.
Fluiddynamisches Lagersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlraum (32; 132; 232) als durchgängige axiale Bohrung der Welle (12; 112; 212) ausgebildet ist.
Fluiddynamisches Lagersystem nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlraum (32; 132; 232) nicht-luftdicht verschlossen ist.
Fluiddynamisches Lagersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass im Hohlraum (32; 132) ein Körper (36; 136) angeordnet ist, derart, dass ein ringförmiger Hohlraum verbleibt.
Fluiddynamisches Lagersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass im Hohlraum (32; 232) ein mit mindestens einer Nut (40) oder Bohrung versehener Körper (38; 248) angeordnet ist, derart, dass mindestens ein kanalförmiger Hohlraum verbleibt.
Fluiddynamisches Lagersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlraum (32; 132; 232) teilweise schräge Wandflächen aufweist.
Fluiddynamisches Lagersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine mit der Welle (12; 112; 212) verbundene Nabe (18; 118; 218) als Teil des Spindelmotors vorgesehen ist.
Fluiddynamisches Lagersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Axiallager durch einander zugeordnete Lagerflächen der Lagerbuchse (10) und der Nabe (18) gebildet ist.
Fluiddynamisches Lagersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerspalt (26) einen axialen Abschnitt zwischen einander gegenüberliegenden Oberflächen der Welle (12) und der Lagerbuchse (10), und einen radialen Abschnitt zwischen einander gegenüberliegenden Oberflächen der Lagerbuchse (10) und der Nabe (18) aufweist.
Fluiddynamisches Lagersystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass es einen sich an den radialen Abschnitt des Lagerspaltes (26) anschließenden Dichtungsbereich (28) umfasst, der zwischen einander gegenüberliegenden Oberflächen der Lagerbuchse (10) und der Nabe (18) und/oder einem Stopperring (22) gebildet wird.
Fluiddynamisches Lagersystem nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Stopperring (18) mit der Nabe (18) verbunden ist.
Fluiddynamisches Lagersystem nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass am Umfang des an den Dichtungsbereich angrenzenden Teils der Lagerbuchse (10) oder der Nabe (18) bzw. des Stopperrings (22) mindestens eine ringförmige Nut (30) vorgesehen ist.
Fluiddynamisches Lagersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass an einem Ende der Welle eine Druckplatte (140; 240) angeordnet und in einem Hohlraum der Lagerbuchse (110; 210) aufgenommen ist, wobei das Axiallager durch einander zugeordnete Lagerflächen der Druckplatte (140; 240), der Lagerbuchse (110; 210) und/oder einem Deckel (124; 224) gebildet ist.
Fluiddynamisches Lagersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlraum (232) mit einem weiteren, spaltförmigen oder kanalförmigen Hohlraum (234; 236; 242) verbunden ist, der durch die Welle und/oder die mit der Welle verbundene Nabe gebildet wird.
Fluiddynamisches Lagersystem nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der weitere Hohlraum (234; 236; 242) einen Dichtungsspalt ausbildet.
Spindelmotor mit einem fluiddynamischen Lagersystem gemäß den Ansprüchen 1 bis 15.
Festplattenlaufwerk mit einem Spindelmotor nach Anspruch 16.