DE102008023598A1 - Fluiddynamisches Lagersystem - Google Patents

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Abstract

Das beschriebene Lagersystem zur Drehlagerung eines Spindelmotors umfasst eine weitgehend zylindrische Lagerbuchse mit einer zentralen Lagerbohrung, eine in der Lagerbohrung unter Bildung eines mit einem Lagerfluid gefüllten Lagerspaltes um eine Drehachse drehbar aufgenommene Welle, eine an einem Ende der Welle angeordnete Druckplatte und ein einseitig offenes, die Lagerbuchse und die Druckplatte umschließendes Gehäuse. Das Lagersystem weist mindestens ein fluiddynamisches Radiallager auf, das gebildet wird durch einander zugeordnete, axial verlaufende Lagerflächen der Lagerbuchse und der Welle. Ferner ist mindestens ein fluiddynamisches Axiallager vorhanden, das gebildet wird durch einander zugeordnete, radial verlaufende Lagerflächen der Druckplatte und der Lagerbuchse und/oder des Gehäuses. Erfindungsgemäß ist das offene Ende des Gehäuses durch einen Dichtungsspalt abgedichtet, der gebildet wird durch einen radial in Richtung der Welle gerichteten Rand des Gehäuses, dessen Innendurchmesser im Bereich des Dichtungsspaltes ein Minimum aufweist. Zwischen dem Gehäuse und der Lagerbuchse ist ein teilweise mit Lagerfluid gefülltes Fluidreservoir angeordnet, das mit dem Lagerspalt und dem Dichtungsspalt verbunden ist, wobei sich das Fluidreservoir, ausgehend vom Lagerspalt, radial nach außen erstreckt und im Querschnitt radial nach außen erweitert.

Description

  • Gebiet der Erfindung
  • Die Erfindung betrifft ein fluiddynamisches Lagersystem zur Drehlagerung eines Elektromotors, vorzugsweise eines Spindelmotors, wie er beispielsweise zum Antrieb von Festplattenlaufwerken oder auch Lüftern eingesetzt werden kann.
  • Stand der Technik
  • Motoren mit fluiddynamischen Lagersystemen sind aus dem Stand der Technik in vielfältigen Bauformen bekannt. Insbesondere Antriebsmotoren für Festplattenlaufwerke, optische Speicherlaufwerke aber auch Lüfter müssen eine hohe Drehgeschwindigkeit bei großer Präzision gewährleisten, zugleich aber eine geringere Geräuschentwicklung aufweisen und zu geringen Kosten herstellbar sein. Zur Drehlagerung dieser Art von Motoren haben sich in den letzten Jahren fluiddynamische Lagersysteme als erste Wahl herausgestellt. In vielen Fällen sind solche Konstruktionen von Motoren mit fluiddynamischen Lagersystemen sehr kompliziert aufgebaut und teuer in der Herstellung, wie beispielsweise ein Spindelmotor mit fluiddynamischem Lager gemäß US 7,015,611 B2 .
  • Es sind jedoch auch einfacher gebaute Lagersysteme für Kleinmotoren bekannt, wie beispielsweise aus US 7,025,505 B2 . Das hier gezeigte Lagersystem ist zwar einfach und kostengünstig aufzubauen, eignet sich jedoch aufgrund des verwendeten reibungsbehafteten Axiallagers nicht über eine längere Zeitdauer für sehr hohe Drehzahlen im Bereich von 10000 U/min und darüber, wie sie heutzutage in entsprechenden Präzisionsmotoren gefordert werden.
  • Die US 7,008,112 B2 offenbart ebenfalls ein einfach aufgebautes Lagersystem, bei dem anstelle eines reibungsbehafteten Axiallagers ein fluiddynamisches Axiallager verwendet wird, das eine mit der Welle verbundene Druckplatte und eine Lagerplatte als Gegenlager umfasst. Die Welle ist in einer Sinterbuchse gelagert. Die gesamte Lageranordnung ist von einem Gehäuse umgeben, das als Tiefziehteil hergestellt ist. Ein Dichtungsspalt und Reservoir ist zwischen der Welle und einer Abdeckung angeordnet. Wird das Lager bei sehr hohen Drehzahlen betrieben, kann es aufgrund der Fliehkraft, die auf das Lagerfluid wirkt, dazu kommen, dass Lagerfluid aus dem Lager herausgedrückt wird.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Es ist Aufgabe der Erfindung, ein fluiddynamisches Lagersystem anzugeben, das einfach und kostengünstig aufgebaut ist. Die Abdichtung des Lagers und die Bevorratung von Lagerfluid sollen so ausgestaltet sein, dass auch bei hohen Drehzahlen eine hohe Betriebssicherheit des Lagers gegeben ist.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Lagersystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
  • Bevorzugte Ausgestaltungen und weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
  • Das beschriebene Lagersystem zur Drehlagerung eines Spindelmotors umfasst eine weitgehend zylindrische Lagerbuchse mit einer zentralen Lagerbohrung, eine in der Lagerbohrung unter Bildung eines mit einem Lagerfluid gefüllten Lagerspaltes um eine Drehachse drehbar aufgenommene Welle, eine an einem Ende der Welle angeordneten Druckplatte und ein einseitig offenes, die Lagerbuchse und die Druckplatte umschließendes Gehäuse. Das Lagersystem weist mindestens ein fluiddynamisches Radiallager auf, das gebildet wird durch einander zugeordnete axial verlaufende Lagerflächen der Lagerbuchse und der Welle. Ferner ist mindestens ein fluiddynamisches Axiallager vorhanden, das gebildet wird durch einander zugeordnete, radial verlaufende Lagerflächen der Druckplatte und der Lagerbuchse und/oder des Gehäuses. Erfindungsgemäß ist das offene Ende des Gehäuses durch einen Dichtungsspalt abgedichtet, der gebildet wird durch einen radial in Richtung der Welle gerichteten Rand des Gehäuses, dessen Innendurchmesser im Bereich des Dichtungsspaltes ein Minimum aufweist. Zwischen dem Gehäuse und der Lagerbuchse ist ein teilweise mit Lagerfluid gefülltes Fluidreservoir angeordnet, das mit dem Lagerspalt und dem Dichtungsspalt verbunden ist, wobei sich das Fluidreservoir ausgehend vom Lagerspalt radial nach außen erstreckt und im Querschnitt radial nach außen erweitert.
  • Das vorgeschlagene fluiddynamische Lager besteht aus wenigen, einfach maschinell zu bearbeitenden Bauteilen. Die Bauteile können aus preiswerten Materialien hergestellt werden. Das Lagersystem ist daher einfach und kostengünstig aufzubauen und im Betrieb sehr robust und langlebig, da es über ein großes Fluidreservoir verfügt, das in einem Hohlraum schocksicher zwischen der Lagerbuchse und dem Gehäuse angeordnet ist. Das Lagersystem eignet sich sehr gut für preiswerte Lüftermotoren, aber auch zur Drehlagerung von Spindelmotoren bei sehr hohen Drehzahlen.
  • Das Lagersystem folgt prinzipiell dem sogenannten Single-Plate-Design, das heißt ein Design mit Welle und Druckplatte. Aufgrund des einfachen Aufbaus des erfindungsgemäßen Lagersystems können weniger starke Toleranzvorgaben gestellt werden, wobei größere Toleranzen des Lagerspaltes jedoch eine größere Menge an Lagerfluid erfordert, die durch das großzügig bemessene Fluidreservoir bereitgestellt wird.
  • Der Dichtungsspalt dichtet den Lagerspalt und auch natürlich auch das Fluidreservoir nach außen hin ab, wobei sich dessen Querschnitt zum offenen Ende des Gehäuses hin aufweitet. Der Dichtungsspalt ist als konische Kapillardichtung ausgebildet.
  • Der Querschnitt des Fluidreservoirs wird durch die Formgebung der Stirnseite der Lagerbuchse und die Formgebung des Gehäuses bestimmt, welche das Fluidreservoir begrenzen. Die der Öffnung des Gehäuses also dem Fluidreservoir zugewandte Stirnseite der Lagerbuchse weist hierzu einen Rand auf, der radial nach außen abgerundet ist und in eine ebene Fläche übergeht. Das Gehäuse ist im Bereich des Fluidreservoirs radial nach innen in Richtung der Welle gebogen, so dass zwischen der Stirnseite der Lagerbuchse und dem nach innen gebogenen Rand des Gehäuses ein Spalt verbleibt, dessen geringste Breite g2 größer ist als die geringste Spaltbreite g1 des Dichtungsspaltes, aber kleiner als 300 μm. Die Spaltbreite des Dichtungsspaltes beträgt mindestens 10 μm, wobei gilt:
    g1 <= g2 <= 300 μm.
  • Der Dichtungsspalt geht in eine konische Kapillardichtung mit dem Öffnungswinkel α über.
  • Vorzugsweise verläuft das Fluidreservoir in einem variablen Winkel in Bezug auf die Drehachse, beginnend bei anfangs etwa 90° im Bereich der Welle bis hin zu 0° am radial äußeren Ende des Fluidreservoirs. Die konvexe Oberfläche des Öls im Fluidreservoir hat aufgrund ausgeglichener Druckverhältnisse denselben Krümmungsradius, wie die Oberfläche des Öls im Dichtungsspalt (Man geht von einer Kugeloberfläche aus, da der Kontaktwinkel des Öls 0° beträgt). Durch die größere Spaltbreite g2 des Fluidreservoirs im Vergleich zur Spaltbreite g1 des Dichtungsspaltes und durch die geeignete Wahl des Winkels α wird das Lagerfluid bei allen Betriebsbedingungen sicher im Lagerspalt bzw. dem Fluidreservoir gehalten, ohne dass es aus dem Dichtungsspalt austritt.
  • Die Druckplatte bildet zusammen mit der Lagerbuchse bzw. dem Boden des Gehäuses vorzugsweise zwei Axiallager aus, wobei die jeweils das Axiallager bildenden Lagerflächen der Druckplatte und der Lagerbuchse bzw. der Druckplatte und des Gehäuses Lagerrillenstrukturen aufweisen, die bei Drehung der Druckplatte eine Pumpwirkung auf das Lagerfluid erzeugen, so dass sich ein hydrodynamischer Druck im Lagerspalt aufbaut. Ebenso können die Lagerflächen der Welle bzw. Lagerbuchse, die zusammen vorzugsweise zwei Radiallager ausbilden, mit Lagerrillenstrukturen versehen sein. Die Lagerrillenstrukturen der Radiallager und Axiallager können beispielsweise als asymmetrische oder symmetrische fischgrätförmige Lagerstrukturen ausgebildet sein, oder aber als spiralförmige Strukturen, insbesondere die Axiallager. Die Radiallager können jedoch auch als rillenlose Radiallager ausgebildet sein, wobei der erforderliche Druck im Radiallagerspalt durch die Pumpwirkung der Axiallager bereitgestellt wird. Die Radiallager können aber auch als Segmentspurlager oder Mehrflächengleitlager ausgebildet sein.
  • Sind die Radiallager als rillenlose Radiallager ausgebildet, wird deren Herstellung sehr kostengünstig, da ein Einbringen von Lagerstrukturen auf die Oberflächen entfällt. Damit entfallen auch weitere kostenintensive Schritte wie Selektion von zueinander passenden Paaren von Wellen und Lagerbuchsen und Probleme durch ungleichmäßige, von der idealen zylindrischen Form abweichenden Lagerbohrungen. Segmentspurlager oder Mehrflächengleitlager in Form von radialsymmetrischen Keilflächen sind ebenfalls vorteilhaft, insbesondere wenn die Lagerbuchse aus Sintermaterial oder Kunststoff besteht. In diesem Fall können die entsprechenden Formgebungen der Lagerflächen leicht realisiert werden.
  • Vorzugsweise besteht das Gehäuse aus einem einzigen tiefgezogenen Bauteil aus Metall oder Kunststoff, das am Ende der Montage des Lagers am oberen Rand umgebogen wird, so dass das Lager bis auf den Dichtungsspalt verschlossen ist. Das Gehäuse kann jedoch auch aus mehreren Gehäuseteilen bestehen, wobei ein Gehäuseteil beispielsweise hohlzylindrisch ausgebildet ist und durch ein Bodenteil verschlossen wird.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles mit Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Aus den Zeichnungen und ihrer Beschreibung ergeben sich weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung.
  • Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung
  • 1 zeigt einen schematischen Schnitt durch ein erfindungsgemäßes fluiddynamisches Lagersystem.
  • 2 zeigt vergrößert den Dichtungsbereich des fluiddynamischen Lagersystems
  • Das fluiddynamische Lagersystem umfasst ein Gehäuse 10, das als einseitig geschlossenes und im Wesentlichen zylindrisch ausgebildet ist. Das Gehäuse 10 nimmt die übrigen Bauteile des Lagersystems auf und besteht vorzugsweise aus Metall oder Kunststoff; es kann als Frästeil, bevorzugt jedoch als Tiefziehteil oder Stanzteil ausgebildet sein. Eine zylindrische Lagerbuchse 12 ist in das Gehäuse 10 eingepresst oder eingeklebt. Die Lagerbuchse 12 kann beispielsweise aus Metall, insbesondere aus Stahl, aus Kunststoff (wie z. B. Polyetheretherketon PEEK oder Polyamide-imide, z. B. TORLON®) oder Sintermaterial, beispielsweise Stahl-Sintermaterial, EAK3, etc., ausgebildet sein. Die Lagerbuchse 12 weist eine Lagerbohrung auf, in welcher eine Welle 14 um eine Drehachse 38 drehbar aufgenommen ist. An einem Ende umfasst die Welle 14 eine Druckplatte 16, welche in einem Hohlraum zwischen der unteren Stirnseite der Lagerbuchse 12 und dem geschlossenen Boden des Gehäuses 10 aufgenommen ist. Die Welle 14 sowie die damit vorzugsweise einteilig verbundene Druckplatte 16 bestehen aus Metall vorzugsweise Stahl oder aus Kunststoff (wie z. B. aus PEEK, Torton®). Die einander zugewandeten Oberflächen der Welle 14, der Lagerbuchse 12, der Druckplatte 16 und des Gehäuses 10 sind durch einen Lagerspalt 20 voneinander getrennt, der mit einem Lagerfluid, beispielsweise einem geeigneten Lageröl, gefüllt ist. Das dargestellte Lagersystem kann als Miniaturlager ausgebildet sein und beispielsweise eine Länge von 6 bis 20 Millimetern aufweisen.
  • Zur Erzeugung eines hydrodynamischen Lagerdrucks im Lagerspalt 20 sind entlang des axialen Abschnitts des Lagerspaltes 20 vorzugsweise zwei Radiallager 32, 34 vorgesehen, die in einem gegenseitigen axialen Abstand angeordnet sind. Die Radiallager 32, 34 werden gebildet durch entsprechende ausgestaltete Lagerflächen der Welle 14 und diesen gegenüberliegende Lagerflächen der Lagerbuchse 12. Der Radiallagerspalt ist im oben beschriebenen Ausführungsbeispiel etwa 2 bis 20 Mikrometer breit, vorzugsweise jedoch 10 Mikrometer. Vorzugsweise sind die beiden Radiallager 32, 34 als reine Gleitlager ausgebildet, also als rillenlose Radiallager. Sie können aber auch feine Radiallagerstrukturen in Form von fischgrätenförmigen Rillen aufweisen oder aber als Mehrflächengleitlager in Form von radialsymmetrischen keilförmigen Strukturen ausgebildet sein. Die Radiallager 32, 34 sind durch einen Separatorspalt 24 axial voneinander getrennt, welcher beispielsweise durch eine Ringnut oder einen Freistich in der Welle 14 oder der Lagerbuchse 12 gebildet ist. Der Separatorspalt 24 ist bis zu 100 Mikrometer, vorzugsweise 10 bis 40 Mikrometer, breit.
  • Ferner weist das Lager ein erstes Axiallager 26 auf, das durch einander zugewandte Oberflächen der Druckplatte 16 und der unteren, ringförmigen Stirnseite der Lagerbuchse 12 gebildet wird. Das Axiallager 26 ist beispielsweise durch vorzugsweise fischgrätenförmige Lagerstrukturen gekennzeichnet, die auf der Lagerfläche der Druckplatte 16 bzw. der Lagerbuchse 12 aufgebracht sind. Der die Axiallagerflächen trennende Abschnitt des Lagerspaltes 20 hat im Falle des oben beschriebenen Miniaturlagers beispielsweise eine Breite von weniger als 100 Mikrometern, vorzugsweise 10 bis 50 Mikrometer. Die Lagerstrukturen des Axiallagers 26 erzeugen bei Drehung der Welle 14 bzw. der Druckplatte 16 eine Pumpwirkung auf das Lagerfluid in Richtung der Drehachse 38.
  • Zwischen der Unterseite der Druckplatte 16 und dem Boden des Gehäuses 10, also in einem weiteren radialen Abschnitt des Lagerspaltes 20 kann ein zweites Axiallager 28 vorgesehen sein, das dem ersten Axiallager 26 entgegenwirkt. Auch das zweite Axiallager 28 ist vorzugsweise durch spiralförmige, nach innen pumpende oder fischgrätenförmige Lagerrillenstrukturen gekennzeichnet, die sich auf der Oberfläche der Druckplatte 16, oder aber auf der Bodenfläche des Gehäuses 10 befinden. Das Axiallager 28 erzeugt vorzugsweise einen gleichmäßigen Druck, d. h. keine gerichtete Pumpwirkung auf das Lagerfluid. Die Spaltbreite des Lagerspaltes 20 im Bereich des axialen Gegenlagers 28 beträgt vorzugsweise weniger als 100 Mikrometer, vorzugsweise jedoch 10 bis 50 Mikrometer.
  • Wie in 2 deutlich zu sehen ist mündet das offene Ende des Lagerspalts 20 im Bereich der Öffnung des Gehäuses 10 in einen Dichtungsspalt 22, der durch einander zugewandte Oberflächen des radial nach innen in Richtung der Drehachse 38 gebogenen Randes 36 des Gehäuses 10 und der Welle 14 begrenzt wird. Der Dichtungsspalt 22 ist als sogenannte konische Kapillardichtung ausgebildet, d. h. der Querschnitt des Dichtungsspalts 22 erweitert sich in Richtung zur Öffnung des Gehäuses im Wesentlichen konisch mit einem Öffnungswinkel α. Der Winkel α beträgt vorzugsweise zwischen 5 und 25°. Der Dichtungsspalt hat eine kleinste Breite g1 von mehr als 10 Mikrometer
  • Es ist ein Fluidreservoir 18 vorgesehen, das teilweise mit Lagerfluid gefüllt ist und ein Vorratsvolumen für das Lagerfluid sowie ein Ausgleichsvolumen zum Ausgleich von Lagertoleranzen, einer Änderung der axialen Position der Welle (piston effect) und Temperaturausdehnung des Lagerfluids ausbildet. Das Fluidreservoir 18 grenzt an den Lagerspalt 20 und den Dichtungsspalt 22 und ist mit diesen verbunden. Der Querschnitt des Fluidreservoirs 18 wird durch die Formgebung des Gehäuses 10 und der Lagerbuchse 12 bestimmt, wobei das Fluidreservoir 18 durch die Stirnseite der Lagerbuchse 12 und die Innenseite des gebogenen Randes des Gehäuses 10 begrenzt ist. Die Stirnseite der Lagerbuchse 12 ist nicht planeben, sondern weist einen an die Welle 14 angrenzenden Rand 40 auf, der radial nach Außen abgerundet ist und in einen im wesentlichen ebenen Absatz übergeht, der sich bis zum äußeren Rand der Lagerbuchse 12 erstreckt. Dadurch vergrößert sich der Querschnitt des Fluidreservoirs 18 ausgehend von der Welle 14 radial nach außen und weitet sich auf. Das Fluidreservoir 18 ist ausgehend von der Welle 14 gekrümmt, wobei eine gedachte Mittellinie des Fluidreservoirs 18 mit der Drehachse 38 einen veränderlichen Winkel zwischen 90° und bis zu 0° ausbildet. Die geringste Breite g2 des Dichtungsspalts 18 befindet sich angrenzend an die Welle 14 und ist vorzugsweise deutlich größer als die geringste Breite des Dichtungsspalts g1, insbesondere gilt: g1 <= g2 <= 300 Mikrometer. Die Krümmungsradien R der Ölmenisken 42 und 44 im Bereich der konischen Kapillardichtung 22 bzw. im Bereich des Fluidreservoirs 18 sind gleich groß, wobei der Kontaktwinkel zwischen Lagerfluid und Oberfläche stets 0° beträgt. Somit weicht das Lagerfluid bei Temperaturausdehnung und Schockeinwirkung in das Fluidreservoir 18 und nicht in den Dichtungsspalt 22 aus. Im Fluidreservoir 18 kann eine große Menge an Lagerfluid sicher vor Schockeinwirkung gelagert werden. Im Gehäuse 10 ist eine kleine Bohrung 30 vorgesehen, die in das Fluidreservoir 18 mündet und einen Druckausgleich im Fluidreservoir 18 ermöglicht. Um die Innenseite der Bohrung 30 herum kann ein Barrierefilm vorgesehen sein. Der Barrierefilm besteht aus einer ölabweisenden Schicht, die eine Benetzung des Randes der Bohrung 30 und ein Austreten von Lagerfluid aus der Bohrung verhindert.
  • Zur Montage des Lagersystems, wird zunächst die Einheit aus Welle 14 und Druckplatte 16 in die Bohrung der Lagerbuchse 12 eingeführt. Dann wird die Lagerbuchse 12 an der vorgesehenen Position im Gehäuse 10 befestigt. Zu diesem Zeitpunkt ist das Gehäuse ein reiner Hohlzylinder mit geschlossenem Boden. Der Rand 36 am offenen Ende des Gehäuses 10 wird erst später in seine Endposition radial nach innen gebogen. Die Lagerbuchse 12 muss so im Gehäuse 10 befestigt werden, dass die Druckplatte 16 ein axiales Spiel hat und sich frei in dem Hohlraum zwischen Lagerbuchse 12 und dem Boden des Gehäuses 10 bewegen kann. Dabei sind die entsprechenden Spaltbreiten für die Axiallager 26, 28 einzuhalten, also die axialen Toleranzen der Axiallager. Schließlich wird der Dichtungsbereich und das Fluidreservoir 18 gebildet, indem der obere Rand 36 des Gehäuses 10 verformt und radial nach Innen in Richtung der Welle 14 gebogen wird, beispielsweise mit einem entsprechenden Werkzeug. Der dadurch entstehende Dichtungsspalt 22 muss die erforderliche Breite g1 aufweisen; außerdem muss auch die Breite g2 des Fluidreservoirs 18 eingehalten werden. Zum Schluss wird das Lagerfluid unter Vakuum oder durch ein anderes bekanntes Verfahren in den Lagerspalt 20 und zum Teil in den Dichtungsspalt 22 eingefüllt.
  • Das Gehäuse 10 ist in 1 einteilig ausgebildet. Das Gehäuse kann aber auch zweiteilig, z. B. mit einem separaten Bodenteil ausgebildet sein, wodurch sich die Montage des Lagers entsprechend vereinfacht und die Montageschritte in einer anderen Reihenfolge durchgeführt werden können. Beispielsweise kann in diesem Fall der Rand 36 des Gehäuses 10 vor der Montage bereits fertig gebogen sein. Zum Schluss der Montage wird das Bodenteil des Gehäuses dann beispielsweise mit dem restlichen Gehäuse verklebt oder verschweißt.
  • Das Gehäuse kann alternativ aus zwei Gehäuseteilen besteht. Ein unteres, etwa becherförmiges Gehäuseteil verschließt einen unteren Bereich des Lagersystems, in welchem sich die Druckplatte 16 befindet. Ein oberes Gehäuseteil, das etwa zylinderförmig ausgebildet ist, bildet den oberen Abschluss des Lagers und definiert zusammen mit der Stirnseite der Lagerbuchse 12 das Fluidreservoir 18 und den Dichtungsspalt 22 in gleicher Weise, wie es weiter oben beschrieben ist. Ein solches zweiteiliges Gehäuse hat den Vorteil, dass die Gehäuseteile leichter herzustellen und zu montieren sind als ein einteiliges Gehäuse.
  • 10
    Gehäuse
    12
    Lagerbuchse
    14
    Welle
    16
    Druckplatte
    18
    Fluidreservoir
    20
    Lagerspalt
    22
    Dichtungsspalt
    24
    Separatorspalt
    26
    Axiallager
    28
    Axiallager
    30
    Öffnung (Reservoir)
    32
    Radiallager
    34
    Radiallager
    36
    Rand (Gehäuse)
    38
    Drehachse
    40
    Rand (Lagerbuchse)
    42
    Meniskus
    44
    Meniskus
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - US 7015611 B2 [0002]
    • - US 7025505 B2 [0003]
    • - US 7008112 B2 [0004]

Claims (15)

  1. Fluiddynamisches Lagersystem zur Drehlagerung eines Motors, welcher umfasst: eine weitgehend zylindrische Lagerbuchse (12) mit einer zentralen Lagerbohrung, eine in der Lagerbohrung unter Bildung eines mit einem Lagerfluid gefüllten Lagerspalts (20) um eine Drehachse (38) drehbar aufgenommene Welle (14), eine an einem Ende der Welle (14) angeordnete Druckplatte (16), ein einseitig offenes, die Lagerbuchse (12) und die Druckplatte (16) umschließendes Gehäuse (10), mindestens ein fluiddynamisches Radiallager (32, 34) gebildet durch einander zugeordnete axial verlaufende Lagerflächen der Lagerbuchse und der Welle, mindestens ein fluiddynamisches Axiallager (26, 28) gebildet durch einander zugeordnete radial verlaufende Lagerflächen der Druckplatte und der Lagerbuchse und/oder des Gehäuses, dadurch gekennzeichnet, dass das offene Ende des Gehäuses (10) durch einen Dichtungsspalt (22) abgedichtet ist, der gebildet wird durch einen radial in Richtung der Welle gerichteten Rand (36) des Gehäuses, dessen Innendurchmesser im Bereich des Dichtungsspalts ein Minimum aufweist, und dass zwischen dem Gehäuse und der Lagerbuchse ein teilweise mit Lagerfluid gefülltes Fluidreservoir (18) angeordnet ist, das mit dem Lagerspalt (20) und dem Dichtungsspalt (22) verbunden ist, wobei sich das Fluidreservoir ausgehend vom Lagerspalt radial nach Außen erstreckt und im Querschnitt radial nach Außen erweitert.
  2. Fluiddynamisches Lagersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Querschnitt des Dichtungsspalts (22) zum offenen Ende des Gehäuses (10) erweitert.
  3. Fluiddynamisches Lagersystem nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die der Öffnung des Gehäuses (10) zugewandte Stirnseite der Lagerbuchse (12) einen Rand (40) aufweist, der radial nach außen abgerundet ist und in eine eben Fläche übergeht.
  4. Fluiddynamisches Lagersystem nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die geringste Breite g1 des Dichtungsspalts (22) größer ist als 10 Mikrometer.
  5. Fluiddynamisches Lagersystem nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die geringste Breite g2 des Querschnitts des Fluidreservoirs (18) an die Welle (14) angrenzt, wobei gilt: g1 <= g2 <= 300 Mikrometer.
  6. Fluiddynamisches Lagersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluidreservoir (18) in einem variablen Winkel von anfangs 90° bis zu 0° in Bezug auf die Drehachse (38) verläuft.
  7. Fluiddynamisches Lagersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Öffnungswinkel α des Dichtungsspaltes 22 zwischen 5° und 25° liegt
  8. Fluiddynamisches Lagersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der beiden das Axiallager (26, 28) bildenden Lagerflächen der Druckplatte (16) und der Lagerbuchse (12) oder des Gehäuses (10) Lagerrillenstrukturen aufweist.
  9. Fluiddynamisches Lagersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der beiden das Radiallager (32, 34) bildenden Lagerflächen der Druckplatte (16) und der Lagerbuchse (12) oder des Gehäuses (10) Lagerrillenstrukturen aufweist.
  10. Fluiddynamisches Lagersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Radiallager (32, 34) als rillenloses Radiallager ausgebildet ist.
  11. Fluiddynamisches Lagersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Radiallager (32, 34) als Segmentspurlager oder Mehrflächengleitlager ausgebildet ist.
  12. Fluiddynamisches Lagersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 11 dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (10) aus einem Gehäuseteil oder mehreren Gehäuseteilen besteht.
  13. Fluiddynamisches Lagersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (10) im Wesentlichen hohlzylindrisch ausgebildet und auf der an die Druckplatte angrenzenden Seite durch einen Deckel verschlossen ist.
  14. Fluiddynamisches Lagersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (10) oder die Gehäuseteile tiefgezogene Bauteile sind.
  15. Elektromotor mit einem Lagersystem gemäß den Ansprüchen 1 bis 14.
DE102008023598.9A 2008-05-14 2008-05-14 Fluiddynamisches Lagersystem Active DE102008023598B4 (de)

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