DE102008020872A1

DE102008020872A1 - Rillenstrukturen für ein fluiddynamisches Lager

Info

Publication number: DE102008020872A1
Application number: DE102008020872A
Authority: DE
Inventors: Lei Jiang; Martin Dr. Bauer; Hüseyin Taner Baytekin
Original assignee: Minebea Co Ltd
Current assignee: MinebeaMitsumi Inc
Priority date: 2008-04-25
Filing date: 2008-04-25
Publication date: 2009-10-29

Abstract

Fluiddynamisches Lager, insbesondere ein fluiddynamisches Radiallager oder Axiallager, mit zwei relativ zueinander beweglichen Lagerbauteilen, welche im Wesentlichen einander gegenüberliegende Lagerflächen ausbilden, zwischen welchen ein dünner, mit einem Lagerfluid gefüllter Lagerspalt gebildet ist, und auf wenigstens einer Lagerfläche (10) Lagerrillenstrukturen (14) angeordnet sind, welche bei einer Bewegung der Lagerflächen relativ zueinander eine Pumpwirkung auf das Lagerfluid erzeugen, wodurch das Lagerfluid in zumindest eine definierte Förderrichtung gefördert wird, wobei auf einer Lagerfläche (10) mindestens eine zusätzlich Rille (22) vorhanden ist, die im Wesentlichen quer zu den Lagerrillenstrukturen (14) verläuft.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein fluiddynamisches Lager, insbesondere ein fluiddynamisches Radiallager oder ein Axiallager, wie sie zur Drehlagerung von Spindelmotoren eingesetzt werden.
Stand der Technik
Ein fluiddynamisches Lager umfasst mindestens zwei relativ zueinander bewegliche Lagerbauteile, welche im Wesentlichen zwei einander gegenüberliegende Lagerflächen ausbilden, zwischen welchen ein dünner, mit einem Lagerfluid gefüllter Lagerspalt gebildet ist. Auf wenigstens einer Lagerfläche sind Lagerrillenstrukturen angeordnet, welche bei einer Bewegung der Lagerflächen relativ zueinander einen fluiddynamischen Druck im Lagerspalt erzeugen, so dass das Lager tragfähig wird. Je nach Ausbildung der Lagerrillenstrukturen kann das Lagerfluid überwiegend in eine definierte Richtung gefördert werden.
1 zeigt eine Lagerfläche eines fluiddynamischen Drucklagers bzw. Axiallagers, wie es in einem Spindelmotor zum Antrieb von Festplattenlaufwerken eingesetzt wird. Das Lager umfasst zwei Oberflächen die relativ zueinander bewegt werden. Zwischen den Flächen besteht ein schmaler Lagerspalt der mit einem Lagerfluid gefüllt ist. Eine Lagerfläche 10 umfasst eine Oberfläche 12, in welche spiralförmige Lagerrillen 14 eingebracht sind, die von einem Außendurchmesser des Lagers bis zu einem Innendurchmesser verlaufen. Bei einer Drehung der Lagerfläche 12 relativ zur gegenüberliegenden Lagerfläche in Drehrichtung 18 um eine Drehachse 16 wird das Lagerfluid radial nach Innen in Pfeilrichtung 20 befördert. Drucklager können verschiedene Arten von Lagerrillenstrukturen aufweisen, beispielsweise Spiralrillenstrukturen oder fischgrätförmige Rillenstrukturen. Die Wirkungsweise eines fluiddynamischen Lagers ist ähnlich einer axialen Pumpe. Durch die Lagerrillenstrukturen, die auf einer oder beiden Lagerflächen angeordnet sind, wird das Lagerfluid beschleunigt und in eine definierte Förderrichtung gepumpt. Da die Lagerflächen durch einen Lagerspalt voneinander getrennt sind, gibt es einen gewissen Leckagefluss durch den Lagerspalt, der im Wesentlichen entgegengesetzt zu der Förderrichtung des Lagerfluids durch die Lagerrillenstrukturen gerichtet ist. Die Geschwindigkeitskomponenten des Lagerfluids ergeben sich aus den Druckgradienten und der Relativgeschwindigkeit der einander gegenüberliegenden Lageroberflächen, die das Lagerfluid begrenzen. Die Richtung der radialen Geschwindigkeitskomponente bestimmt, ob das Lagerfluid radial nach Innen in Pfeilrichtung 20 oder radial nach außen gepumpt wird. Die radiale Druckverteilung im Spiralrillenlager aus 1 ist in 2 dargestellt. Der Druck im Bereich des radial inneren Durchmessers der Lagerfläche 10 ist größer als der Druck am radial äußeren Durchmesser. Der Druck wächst also in Pfeilrichtung 20. Die Bereiche mit fast gleich bleibendem bzw. leicht ansteigendem Druck in 2 entsprechen den Lagerrillen.
Die einfache Annahme, dass das Lagerfluid von einem höheren zu einem niedrigeren Druck fließt, das heißt das Fluid vom Innendurchmesser zum Außendurchmesser fließt, stimmt hier nicht. Tatsächlich ist das Fließverhalten komplizierter. Es gibt zwei Hauptflusskomponenten, nämlich den Fluss des Lagerfluids in den Lagerrillen 14 und den Fluss im Lagerspalt.
Die Pfeile auf der Lagerfläche in 1 verdeutlichen die Flussrichtung des Lagerfluids. In den Bereichen des Lagerspalts über den Oberflächenbereichen 12 fließt das Lagerfluid radial nach außen. In den Lagerrillen 14 fließt das Lagerfluid nach Innen. Es ist zu beachten, dass die radiale Komponente der Strömungsgeschwindigkeit sehr viel kleiner als die tangentiale Komponente ist. Der resultierende Pumpeffekt des in 1 gezeigten Spiralrillendrucklagers ist radial nach innen.
Im Lagerfluid können Luftblasen auftreten, die entweder durch Ausgasen von gelöster Luft in Zonen mit niedrigem Druck entstehen, oder die bereits beim Befüllen des Lagers entstanden sind. Die Luftblasen werden von dem relativ schnell fließenden Lagerfluid in den Lagerrillen mitgerissen und sammeln sich im Inneren des Lagers, wo sie die Funktion des Lagers beeinträchtigen können. Sie können durch zusätzliche Rillenstrukturen aus dem Lager heraustransportiert werden. Entsprechende Strukturen sind in JP2005172223 A für ein Axiallager mit fischgrätförmigen Lagerstrukturen offenbart. Die dort gezeigten Lagerstrukturen haben jedoch das Problem, dass die zusätzlichen Rillen durch ihren Verlauf nicht für einen optimalen Transport der Luftblasen aus dem Lager sorgen können.
Offenbarung der Erfindung
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein fluiddynamisches Lager dahingehend zu verbessern, dass im Lagerfluid vorhandene Luftblasen effizient aus dem Lager heraustransportiert werden.
Diese Aufgabe wird durch ein fluiddynamisches Lager gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sowie weitere vorteilhafte Merkmale sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Das fluiddynamische Lager gemäß der Erfindung, das als Radiallager oder Axiallager ausgebildet sein kann, weist zwei relativ zueinander bewegliche Lagerbauteile auf, welche im Wesentlichen zwei einander gegenüberliegende Lagerflächen ausbilden, zwischen welchen ein dünner, mit einem Lagerfluid gefüllter Lagerspalt gebildet ist. Auf wenigstens einer Lagerfläche sind Lagerrillenstrukturen angeordnet, welche bei einer Bewegung der Lagerflächen relativ zueinander eine Pumpwirkung auf das Lagerfluid erzeugen, wodurch das Lagerfluid mindestens in eine definierte Richtung gefördert wird. Erfindungsgemäß ist auf einer Lagerfläche mindestens eine zusätzliche Rille vorhanden, die auf das Lagerfluid eine der durch die Lagerstrukturen erzeugte Pumpwirkung entgegengesetzte Pumpwirkung ausübt.
Der wesentliche Vorteil der zusätzlichen Rille liegt darin, dass im Lagerfluid vorhandene Luft insbesondere entgegen der Pumpwirkung oder Pumprichtung des jeweiligen Lagers aus dem Lager herausgeführt wird und entweichen kann. Man unterscheidet relativ große im Lagerfluid vorhandene Luftblasen, die im Wesentlichen nicht dem Fluss des Lagerfluids sondern dem Druckgradienten folgen, und damit relativ leicht aus dem Lagerspalt entweichen können, und sogenannte Mikrobläschen. Störender sind die Mikrobläschen, die dem Fluidfluss folgen und vom Lagerfluid mitgerissen werden. Durch die zusätzliche Rille bzw. mehrere zusätzliche Rillen, die entgegengesetzt zu den üblichen Lagerrillenstrukturen verlaufen, wird ein Teil des Lagerfluids entgegen dem Hauptstrom von der Rille mitgeführt und damit auch ein Teil der im Lagerfluid gelösten Mikroblasen, die dann in den Bereichen des Lagers mit niederem Druck ausgasen können. Da immer wieder ein kleiner Teil des Lagerfluids durch die zusätzliche Rille mitgeführt wird und die darin enthaltenen Mikroblasen ausgasen können, wird die Gesamtmenge des Lagerfluids nach und nach von darin gelösten Mikrobläschen befreit.
Die zusätzliche Rille hat mindestens eine gleichgroße Tiefe wie die Lagerrillenstrukturen, jedoch vorzugsweise eine größere Tiefe als die Lagerrillenstrukturen, beispielsweise zwei- bis fünfmal tiefer als die Lagerrillenstrukturen. Auch kann die zusätzliche Rille im Vergleich zu den Lagerrillenstrukturen dieselbe Breite aufweisen. Sie kann aber auch schmaler oder breiter ausgebildet sein oder sich in der Breite über ihre Länge verändern. Die zusätzliche Rille kann als gerade Rille ausgebildet sein, die von einer Begrenzung der Lagerfläche zu einer gegenüberliegenden Begrenzung der Lagerfläche verläuft, sie kann jedoch auch als gekrümmte Rille ausgebildet sein, beispielsweise spiralförmig, sinusförmig oder allgemein kurvenförmig. Die zusätzliche Rille kann – wie gesagt – von einer Begrenzung der Lagerfläche zur gegenüberliegenden Begrenzung verlaufen, sie kann jedoch aber auch nur über einen Teil der Lagerfläche verlaufen, je nach dem aus welchem Bereich des Lagers das Lagerfluid abgeführt werden soll.
Die zusätzliche Rille erzeugt eine Pumpwirkung auf das Lagerfluid, die entgegengesetzt zu der durch die Lagerrillenstrukturen erzeugten Pumpwirkung gerichtet ist, so dass Teile des Lagerfluids entgegen der Hauptströmung oder Hauptpumprichtung des jeweiligen Lagers durch die Rille gepumpt werden. Erfindungsgemäß können mehrere gleichartige Rillen über die Lagerfläche verteilt angeordnet sein. Es können jedoch auch mehrere unterschiedliche bzw. in unterschiedliche Richtungen verlaufende zusätzliche Rillen vorgesehen sein.
Die Lagerrillenstrukturen und die Rille können sowohl auf unterschiedlichen Lagerbauteilen als auch auf demselben Lagerbauteil angeordnet sein. Wenn die Rille auf derselben Lagerfläche angeordnet ist wie die Lagerrillenstruktur, verläuft sie im Wesentlichen quer zu den Lagerrillenstrukturen. Wenn die Rille auf der gegenüberliegenden Lagerfläche angebracht, verläuft sie im Wesentlichen längs zu den zu den Lagerrillenstrukturen, um die gewünschte Pumpwirkung entgegengesetzt zur Pumpwirkung der Lagerrillenstrukturen zu erreichen. Dabei kann die zusätzliche Rille denselben oder einen anderen Krümmungsradius als die Lagerrillenstrukturen besitzen.
Um ungewollte akustische Effekte beim Betreiben des Lagers zu vermeiden, die entstehen können, wenn sich die Lagerstrukturen und die zusätzlichen Rillen auf unterschiedlichen Lagerbauteilen befinden, ist es vorteilhaft, wenn die Anzahl der Lagerrillen und die Anzahl der zusätzlichen Rillen keinen gemeinsamen Teiler besitzen.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die Lagerrillenstrukturen als spiralförmige Lagerrillenstrukturen eines Axiallagers ausgebildet, die zwischen einer radial inneren Begrenzung und einer radial äußeren Begrenzung der Lagerfläche verlaufen, wobei die zusätzliche Rille als entgegengesetzt zu den Lagerrillenstrukturen verlaufende Spiralrille ausgebildet ist.
In einer anderen bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die Lagerrillenstrukturen als fischgrätförmige Lagerrillenstrukturen eines Axiallagers ausgebildet, die zwischen einer radial inneren Begrenzung und einer radial äußeren Begrenzung der Lagerflächen verlaufen, wobei die zusätzliche Rille als Spiralrille ausgebildet ist, die so gekrümmt ist, dass das Lagerfluid zum Lageräußeren gepumpt wird Die fischgrätförmigen Lagerrillenstrukturen können jeweils längere Hauptäste und kürzere Nebenäste aufweisen, wobei die zusätzliche Rille so gekrümmt ist, dass sie eine Pumpwirkung entgegengesetzt zu der von den Hauptästen der Lagerrillenstrukturen verursachte Pumpwirkung erzeugt.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung können die Lagerrillenstrukturen als sinusförmige Lagerrillenstrukturen eines Radiallagers ausgebildet sein, die zwischen einer ersten axialen Begrenzung und einer zweiten axialen Begrenzung der Lagerfläche verlaufen und längere Hauptäste und kürzere Nebenäste aufweisen, wobei die zusätzliche Rille so gekrümmt ist, dass sie eine Pumpwirkung entgegengesetzt zu der von den Hauptästen der Lagerrillenstrukturen verursachte Pumpwirkung erzeugt.
Ein erfindungsgemäßes fluiddynamisches Lager kann zur Drehlagerung eines Spindelmotors eingesetzt werden, wie er in vielerlei Bauformen aus dem Stand der Technik bekannt ist.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert, wobei sich aus den Zeichnungen und deren Beschreibung weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt eine Draufsicht auf die Lagerfläche eines Axiallagers eines Spindelmotors gemäß dem Stand der Technik.
2 zeigt die Druckverteilung auf der Lagerfläche des Lagers von 1.
3 zeigt die Lagerfläche gemäß 1 mit erfindungsgemäßen zusätzlichen Rillen in einer ersten Ausgestaltung.
4 zeigt eine Lagerfläche mit fischgrätförmigen Lagerrillenstrukturen und zusätzlichen Rillen in einer zweiten Ausgestaltung.
5 zeigt eine dritte Ausgestaltung einer Lagerfläche mit fischgrätförmigen Lagerrillenstrukturen und zusätzlichen Rillen.
6 zeigt eine weitere Ausgestaltung einer Lagerfläche mit fischgrätförmigen Lagerrillenstrukturen und verschiedenen zusätzlichen Rillen.
7 zeigt eine weitere Ausgestaltung einer Lagerfläche gemäß 6 mit verschiedenen zusätzlichen Rillen.
8 zeigt eine Ausgestaltung einer Lagerfläche eines Radiallagers mit sinusförmigen Lagerrillenstrukturen und zusätzlichen Rillen.
Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung
1 zeigt eine Draufsicht auf eine Lagerfläche eines Axiallagers, wie es aus dem Stand der Technik bekannt ist. Die Lagerfläche 10 umfasst eine kreisförmige Oberfläche, in welche spiralförmige Lagerrillenstrukturen eingearbeitet sind. Bei einem Durchmesser des Lagers von beispielsweise 10 mm weisen die Lagerrillen relativ zur Ebene der Oberfläche 12 eine Tiefe von beispielsweise zwischen 6 und 18 μm auf. Die Lagerfläche 10 rotiert relativ zu einer zweiten gegenüberliegenden Lagerfläche in Drehrichtung 18 um eine Drehachse 16 und ist von dieser zweiten Lagerfläche durch einen Lagerspalt von einigen Mikrometern Breite getrennt. Durch die Rotation der Lagerflächen relativ zueinander in Drehrichtung 18 wird auf das im Lagerspalt befindliche Lagerfluid eine Pumpwirkung ausgeübt, welche das Lagerfluid, wie in 2 ersichtlich, in Pfeilrichtung 20 radial nach Innen drückt. An der radial inneren Begrenzung der Lagerfläche herrscht daher ein höherer Druck als an der radial äußeren Begrenzung der Lagerfläche.
Bei Rotation in Drehrichtung 18 wird das Lagerfluid durch die Lagerrillen 14 mitgenommen und in Richtung radial nach innen transportiert, während eine schwächere Ausgleichströmung im Lagerspalt selbst in Richtung radial nach außen besteht. Die Flussgeschwindigkeit der Ausgleichsströmung radial nach außen ist jedoch im Vergleich zur Flussgeschwindigkeit der radial nach innen gerichteten Strömung vernachlässigbar gering, insbesondere in Bezug auf eine mögliche Mitnahme von im Lagerfluid eingeschlossene Luftbläschen radial nach außen, um dort ausgasen zu können.
3 zeigt eine Draufsicht auf die Lagerfläche 10 von 1 mit der Lageroberfläche 12 und den Lagerrillen 14. Erfindungsgemäß sind neben den Lagerrillenstrukturen 14 zusätzliche Rillen 22 vorgesehen, die verteilt auf der Lagerfläche 10 angeordnet sind und von der radial inneren Begrenzung bis zur radial äußeren Begrenzung der Lagerfläche 10 verlaufen. Diese zusätzlichen Rillen 22 weisen mindestens dieselbe Tiefe auf wie die Lagerrillen 14, vorzugsweise jedoch eine größere Tiefe. Sind die Lagerrillenstrukturen beispielsweise 10 μm tief, so können die zusätzlichen Rillen vorzugsweise zwischen 20 und 50 μm tief sein.
Die durch die Lagerrillenstrukturen 14 erzeugten Strömungsverhältnisse entsprechen im Wesentlichen den Strömungsverhältnissen aus 1. Die zusätzlichen Rillen 22 bewirken eine Mitnahme des Lagerfluids in Pfeilrichtung 24 radial nach außen entgegen der Pumpwirkung der Lagerrillen 14. Dadurch werden auch im Lagerfluid gelöste Mikrobläschen zusammen mit dem Lagerfluid radial nach außen transportiert und können dort ausgasen, da der Druck im Lagerspalt an der radial äußeren Begrenzung der Lagerfläche geringer ist als in Richtung der radial inneren Begrenzung der Lagerfläche.
4 zeigt eine Lagerfläche 30 eines fluiddynamischen Axiallagers mit einer ringförmigen Lageroberfläche 32, die fischgrätförmige Lagerrillenstrukturen 34 aufweist, die gleichmäßig über die Lagerfläche 30 verteilt sind. Die Lagerrillen 34 weisen radial innen liegende, längere Hauptäste 34a und radial außen liegende kürzere Nebenäste 34b auf, die in einem spitzen Winkel zueinander angeordnet sind. Bei einer Rotation der Lagerfläche 30 um die Drehachse 16 in Drehrichtung 18 wird das im Lagerspalt zwischen den Lagerflächen befindliche Lagerfluid beschleunigt und bewegt sich entsprechend den durch die Pfeile dargestellten Fließrichtungen. In den Hauptästen 34a der Lagerrillenstruktur 34 wird das Lagerfluid radial nach außen transportiert, während es in den Nebenästen 34b radial nach innen transportiert wird. Es sind zusätzliche Rillen 36 in der Lagerfläche vorgesehen, die spiralförmig von der inneren radialen Begrenzung der Lagerfläche 30 zur äußeren radialen Begrenzung der Lagerfläche verlaufen. Die zusätzlichen Rillen 36 verlaufen quer zu den Hauptästen 34a der Lagerrillen 34. Somit kann Lagerfluid aus dem Bereich der inneren Begrenzung der Lagerfläche 10 durch die Rillen 36 radial nach innen transportiert werden und in der Strömung des Lagerfluids mitgenommene Luftbläschen können dort dann ausgasen. Das Lagerfluid wird in den zusätzlichen Rillen 36 entsprechend in Pfeilrichtung 38 radial nach innen transportiert.
5 zeigt eine Lagerfläche 40 mit einer Lageroberfläche 42 und fischgrätförmigen Lagerrillenstrukturen 44, die jedoch im Unterschied zu 4 radial außen liegende längere Hauptäste 44a und radial innen liegende kürzere Nebenäste 44b aufweisen. Es sind wiederum spiralförmige zusätzliche Rillen 46 vorgesehen, mit denen eine Entlüftung des Lagerfluids bzw. eine Erhöhung der Durchflussmenge des Lagerfluids im Lagerspalt erreicht wird. Die Strömungsrichtung des Lagerfluids an der Lagerfläche 40 ist durch die Pfeile dargestellt. Bei einer Rotation der Lagerfläche 40 relativ zu den anderen Lagerflächen in Pfeilrichtung oder in Drehrichtung 18 bewirken die fischgrätförmigen Lagerrillenstrukturen, insbesondere die Hauptäste 44a eine Strömung des Lagerfluids radial nach innen, während die Nebenäste 44b eine Strömung radial nach außen erzeugen. Durch die zusätzlichen Rillen 46 wird eine radiale Strömung des Lagerfluids nach außen erzeugt, wodurch darin eingeschlossene Mikrobläschen mitgenommen werden und am radial äußeren Rand der Lagerfläche, an welcher ein geringerer Druck als im Zentrum des Lagers herrscht, ausgasen können.
6 zeigt eine Lagerfläche 50 mit einer Lageroberfläche 52, auf welcher symmetrische fischgrätförmige Lagerrillenstrukturen 54 angeordnet sind. Das heißt die beiden Äste der Lagerrillenstrukturen 54 sind im Wesentlichen gleich lang und erzeugen bei Rotation des Lagers in Drehrichtung 18 jeweils entsprechend gleich große Flussströmung in Richtung der Mitte der ringförmigen Lagerfläche 50. Auf der Lagerfläche 50 sind zusätzliche Rillen 56 vorgesehen, die von einer Begrenzung der Lagerfläche zur gegenüberliegenden Begrenzung der Lagerfläche 50 verlaufen. Außerdem sind breitere, jedoch kürzere zusätzliche Rillen 58 vorgesehen, die von etwa der Mitte der Lagerfläche 50 bis zur inneren radialen Begrenzung der Lagerfläche 50 verlaufen.
Die Pfeile zeigen schematisch die Strömungsrichtungen des Lagerfluids an, wobei durch die Lagerrillenstrukturen 54 das Lagerfluid jeweils von den Rändern der Lagerfläche 50 in die Mitte der Lagerflächen fließt. Bei Drehung der Lagerfläche 50 in Drehrichtung 18 treten zum einen die zusätzlichen Rillen 58 in Aktion, welche das Lagerfluid unabhängig von den Lagerrillenstrukturen 54 von der Mitte der Lagerfläche 50 an die innere radiale Begrenzung der Lagerfläche fördern. Von dort kann das Lagerfluid in die zusätzlichen Rillen 56 übertreten, welche so ausgestaltet sind, dass sie eine Pumpwirkung auf das Lagerfluid in Richtung radial nach außen von der inneren Begrenzung der Lagerfläche 50 zur Begrenzung der Lagerfläche ausübt. Durch die zusätzlichen Rillen 56 und 58 werden Luftblasen im Lagerfluid effizienter entlüftet, denn die Rillen 58 fördern das Lagerfluid zunächst an den inneren Rand und von dort über die Rillen 56 an den äußeren Rand der Lagerfläche 50.
7 zeigt eine Lagerfläche 60 mit einer Lageroberfläche 62, in welcher fischgrätförmige Lagerrillen 64 eingebracht sind. Zusätzlich zu den Lagerrillen 64 sind im Wesentlichen quer zu diesen verlaufenden zusätzlichen Rillen 66 und 68 vorgesehen. Die Rillen 66, 68 verlaufen kurvenförmig von der radial inneren Begrenzung der Lagerfläche 60 zur radial äußeren Begrenzung und treffen sich dort.
Die Pfeile zeigen schematisch die Fließrichtung des Lagerfluids. Bei einer Drehbewegung der Lagerfläche in Drehrichtung 18 erzeugen die zusätzlichen Rillen 66 eine Pumpwirkung auf das Lagerfluid radial nach innen in Richtung der Drehachse 16, im Wesentlichen unabhängig von den Lagerrillenstrukturen 64. Mit dem Lagerfluid werden auch eingeschlossene Mikrobläschen radial nach innen mitgenommen, bis an den radial inneren Rand der Lagerfläche, wo sie dann in den Wirkungsbereich der zusätzlichen Rillen 68 kommen, die eine Pumpwirkung auf das Lagerfluid in radialer Richtung nach außen erzeugen und das Lagerfluid mitsamt den Mikrobläschen an den radial äußeren Rand der Lagerfläche 60 befördern. Durch diese doppelt gerichtete zusätzliche Förderung des Lagerfluids durch die zusätzlichen Rillen 66 und 68 wird insbesondere Lagerfluid, das sich im mittleren Bereich der Lagerfläche 60 befindet und ansonsten in diesem Bereich verbleiben würde, zuverlässig umgewälzt.
8 zeigt eine Lagerfläche 70 eines fluiddynamischen Radiallagers, wobei die Lageroberfläche 72 mehrere sinusförmige Lagerrillenstrukturen 74 aufweist, welche unsymmetrisch ausgebildet sind. Die Lagerrillenstrukturen 74 weisen längere Hauptäste 74a sowie kürzere in einem Winkel zu den Hauptästen angeordnete Nebenäste 74b auf. Bei einer Rotation der Lagerfläche 70 in Drehrichtung 18 um eine Drehachse 16 erzeugen die Lagerrillenstrukturen 74 eine Pumpwirkung. Die Hauptäste 74a erzeugen eine Pumpwirkung nach unten, bezogen auf die Bilddarstellung, während die Nebenäste 74b eine Pumpwirkung nach oben erzeugen. Wie die Pfeile anzeigen, kann das von den Hauptästen 74a geförderte Lagerfluid über zusätzliche Rillen 76 entgegen dem Hauptstrom nach oben in der Bildebene fließen und dort, wo ein niedrigerer Druck im Vergleich zum inneren des Lagers herrscht, ausgasen.

10: Lagerfläche
12: Oberfläche
14: Lagerrille
16: Drehachse
18: Drehrichtung
19a: Flussrichtungspfeil
19b: Flussrichtungspfeil
20: Richtungspfeil
22: zusätzliche Rille
24: Richtungspfeil
30: Lagerfläche
32: Oberfläche
34: Lagerrille
34a: Hauptast
34b: Nebenast
36: zusätzliche Rille
38: Richtungspfeil
40: Lagerfläche
42: Oberfläche
44: Lagerrille
44a: Hauptast
44b: Nebenast
46: zusätzliche Rille
48: Richtungspfeil
50: Lagerfläche
52: Oberfläche
54: Lagerrille
56: zusätzliche Rille
58: zusätzliche Rille
59: Richtungspfeil
60: Lagerfläche
62: Oberfläche
64: Lagerrille
66: zusätzliche Rille
68: zusätzliche Rille
69: Richtungspfeil
70: Lagerfläche
72: Oberfläche
74: Lagerrille
74a: Hauptast
74b: Nebenast
76: zusätzliche Rille
78: Pfeilrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- JP 2005172223 A [0006]

Claims

Fluiddynamisches Lager, insbesondere ein fluiddynamisches Radiallager oder Axiallager, mit zwei relativ zueinander beweglichen Lagerbauteilen, welche im Wesentlichen einander gegenüberliegende Lagerflächen ausbilden, zwischen welchen ein dünner, mit einem Lagerfluid gefüllter Lagerspalt gebildet ist, und auf wenigstens einer Lagerfläche (10; 30; 40; 50; 60; 70) Lagerrillenstrukturen (14; 34; 44; 54; 64; 74) angeordnet sind, welche bei einer Bewegung der Lagerflächen relativ zueinander eine Pumpwirkung auf das Lagerfluid erzeugen, wodurch das Lagerfluid in zumindest eine definierte Förderrichtung gefördert wird, dadurch gekennzeichnet, dass auf einer Lagerfläche (10; 30; 40; 50; 60; 70) mindestens eine zusätzliche Rille (22; 36; 46; 56, 58; 66, 68; 76) vorhanden ist, die eine Pumpwirkung auf das das Lagerfluid erzeugt, die entgegengesetzt zu der durch die Lagerrillenstrukturen (14; 34; 44; 54; 64; 74) überwiegend erzeugten Pumpwirkung gerichtet ist.
Fluiddynamisches Lager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzliche Rille eine größere Tiefe als die Lagerrillenstrukturen (14; 34; 44; 54; 64; 74) aufweist.
Fluiddynamisches Lager nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzliche Rille eine größere Breite als die breiteste Lagerrillenstruktur (14; 34; 44; 54; 64; 74) aufweist.
Fluiddynamisches Lager nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzliche Rille als gerade Rille ausgebildet ist.
Fluiddynamisches Lager nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzliche Rille als gekrümmte Rille (22; 36; 46; 56, 58; 66, 68; 76) ausgebildet ist.
Fluiddynamisches Lager nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerrillenstrukturen als spiralförmige Lagerrillenstrukturen (14) eines Axiallagers ausgebildet sind, die zwischen einer radial inneren Begrenzung und einer radial äußeren Begrenzung der Lagerfläche (10) verlaufen, wobei die zusätzliche Rille (22) als entgegengesetzt zu den Lagerrillenstrukturen (14) verlaufende Spiralrille ausgebildet ist.
Fluiddynamisches Lager nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerrillenstrukturen als fischgrätenförmige Lagerrillenstrukturen (54; 64) eines Axiallagers ausgebildet sind, die zwischen einer radial inneren Begrenzung und einer radial äußeren Begrenzung der Lagerfläche (50; 60) verlaufen, wobei die zusätzliche Rille (56, 58; 66; 68) als Spiralrille ausgebildet ist.
Fluiddynamisches Lager nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerrillenstrukturen als fischgrätenförmige Lagerrillenstrukturen (34; 44) eines Axiallagers ausgebildet sind, die zwischen einer radial inneren Begrenzung und einer radial äußeren Begrenzung der Lagerfläche (30; 40) verlaufen und längere Hauptäste (34a; 44a) und kürzere Nebenäste (34b; 44b) aufweisen, wobei die zusätzliche Rille (36; 46) als quer zu den Hauptästen (34a; 44a) der Lagerrillenstrukturen verlaufende Spiralrille ausgebildet ist.
Fluiddynamisches Lager nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerrillenstrukturen (74) als sinusförmige oder fischgrätenförmige Lagerrillenstrukturen eines Radiallagers ausgebildet sind, die zwischen einer ersten axialen Begrenzung und einer zweiten axialen Begrenzung der Lagerfläche (70) verlaufen und längere Hauptäste (74a) und kürzere Nebenäste (74b) aufweisen, wobei die zusätzliche Rille (76) als quer zu den Hauptästen der Lagerrillenstrukturen verlaufende Rille ausgebildet ist.
Fluiddynamisches Lager nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzliche Rille (22; 36; 46; 56, 66, 68; 76) von einer Begrenzung der Lagerfläche zu einer gegenüberliegenden Begrenzung der Lagerfläche verläuft.
Fluiddynamisches Lager nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzliche Rille (58) über einen Teil der Lagerfläche verläuft.
Fluiddynamisches Lager nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere unterschiedlich ausgestaltete und/oder unterschiedlich auf der Lagerfläche angeordnete zusätzliche Rillen (56, 58; 66, 68) vorgesehen sind.
Fluiddynamisches Lager nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerrillenstrukturen (14; 34; 44; 54; 64; 74) und die Rille (22; 36; 46; 56, 58; 66, 68; 76) auf demselben Lagerbauteil angeordnet sind.
Fluiddynamisches Lager nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerrillenstrukturen und die Rille auf unterschiedlichen Lagerbauteilen angeordnet sind.
Fluiddynamisches Lager nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahl der Lagerrillen und die Zahl der zusätzlichen Rillen keinen gemeinsamen Teiler besitzen.
Spindelmotor mit einem feststehenden Motorbauteil, an welchem ein erstes Lagerbauteil angeordnet ist, und einem drehbeweglichen Motorbauteil, an welchem ein zweites Lagerbauteil angeordnet ist, und das durch ein elektromagnetisches Antriebssystem relativ zum feststehenden Motorbauteil drehangetrieben wird, gekennzeichnet durch ein fluiddynamisches Lager gemäß den Ansprüchen 1 bis 15.