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Gebiet der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft ein fluiddynamisches Lagersystem, insbesondere
ein Lagersystem zur Drehlagerung eines Spindelmotors, wie er beispielsweise
zum Antrieb von Speicherplattenlaufwerken eingesetzt werden kann.
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Beschreibung des Standes der
Technik
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Heutzutage
werden zur Drehlagerung von Spindelmotoren für Festplattenlaufwerke
fluiddynamische Lager eingesetzt. Die Vorteile dieses Lagerprinzips
gegenüber der Drehlagerung mit Wälzlagern sind
der niedrigere Geräuschpegel, bessere Laufgenauigkeit und
eine deutlich höhere Schockfestigkeit. Außerdem
werden weniger Bauteile benötigt, wodurch die Herstellungskosten
geringer sind.
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Besonders
genaue Lagersysteme mit hoher Steifigkeit umfassen eine feststehende
Welle, die beidseitig eingespannt oder befestigt ist. Ein derartiges
Lagersystem ist in der
DE
10 2006 002 206 A1 offenbart. Das Lagersystem umfasst eine
feststehende Welle, welche von einer rotierenden Lagerbuchse umgeben
ist. Die Welle und die Lagerbuchse bilden zwei Radiallager aus.
Im gegenseitigem Abstand sind auf der Welle zwei Lagerplatten befestigt,
welche den jeweiligen Stirnseiten der Lagerbuchse gegenüberliegen
und zusammen mit diesen jeweils Axiallager ausbilden. Die feststehenden
und rotierenden Lagerbauteile sind durch einen Lagerspalt voneinander
getrennt, der mit einem Lagerfluid gefüllt ist. Die beiden
offenen Enden des Lagerspaltes sind durch Dichtungsmittel gegenüber
der Umgebung abgedichtet. Die Dichtungsmittel sind als konische
Spaltdichtungen ausgebildet, welche sich vorzugsweise etwa parallel
zur Rotationsachse und konzentrisch zu dieser erstrecken. Die Dichtungsspalte
bilden gleichzeitig ein Ausgleichsreservoir für das Lagerfluid.
Nachteilig hierbei ist, dass die Dichtungsspalte nur ein geringes
Volumen haben und eine geringe Kapazität für das
Lagerfluid. Ferner sind die Dichtungsspalte zur Umgebung hin offen,
so dass insbesondere bei hohen Umgebungstemeraturen das Lagerfluid
ungehindert verdampfen kann. Aufgrund dessen, dass die Dichtungsspalte
zwischen einer feststehenden und einer rotierenden Oberfläche
der Lagerbauteile ausgebildet sind, ergibt sich – insbesondere
bei hohen Drehzahlen – ein unerwünscht großer
Reibungsverlust. Außerdem kann über die relativ
breite Öffnung der Dichtungsspalte Luft in den Dichtungsbereich
gelangen, was ebenfalls nicht erwünscht ist.
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Offenbarung der Erfindung
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Es
ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein fluiddynamisches
Lager der eingangs beschriebenen Art zu verbessern, insbesondere
hinsichtlich der Abdichtung, der Kapazität des Fluidreservoirs
und den Reibungsverlusten im Dichtungsbereich.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Lagersystem
mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Bevorzugte
Ausgestaltungen der Erfindung und weitere vorteilhafte Merkmale
sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Es
ist ein fluiddynamisches Lager beschrieben, mit mindestens einem
feststehenden Lagerbauteil und mindestens einem rotierenden Lagerbauteil sowie
einem mit einem Lagerfluid gefüllten Lagerspalt mit zwei
offenen Enden, der zwischen einander gegenüberliegenden
Oberflächen des feststehenden und des rotierenden Lagerbauteils
ausgebildet ist und diese Oberflächen voneinander trennt.
Das Lagersystem umfasst mindestens ein fluiddynamisches Radiallager
und mindestens ein fluiddynamisches Axiallager sowie erste und zweite
Dichtungsmittel, welche die beiden offenen Enden des Lagerspalts abdichten.
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Erfindungsgemäß umfasst
das erste Dichtungsmittel ein erstes Dichtungsbauteil, das an einem
Lagerbauteil angeordnet ist und zusammen mit diesem Lagerbauteil
einen ersten Ausgleichsspalt und zusammen mit einem anderen Lagerbauteil
einen ersten Dichtungsspalt ausbildet. Das zweite Dichtungsmittel
umfasst ein zweites Dichtungsbauteil, das an einem Lagerbauteil
angeordnet ist und zusammen mit diesem Lagerbauteil einen zweiten Ausgleichsspalt
und zusammen mit einem anderen Lagerbauteil einen zweiten Dichtungsspalt
ausbildet.
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Das
Dichtungsbauteil kann vorzugsweise als tiefgezogenes Bauteil, vorzugsweise
aus Blech, ausgebildet sein. Das Dichtungsbauteil kann jedoch auch
ein Drehteil oder Pressformteil aus Metall oder Kunststoff sein.
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Die
Ausgleichsspalte, welche als Reservoir für das Lagerfluid
dienen und einen großen Anteil des Lagerfluids aufnehmen,
werden vorzugsweise zwischen zwei relativ zueinander feststehenden
Bauteilen gebildet. Somit wird bei Rotation des Lagers keine Reibung
zwischen dem im Ausgleichsspalt vorhandenen Lagerfluid und relativ
dazu rotierenden Oberflächen erzeugt, außerdem
kommt es nicht zu nachteiligen Effekten durch Zentrifugalkräfte
Im Vergleich zu den Ausgleichsspalten enthalten die Dichtungsspalte
nur wenig Lagerfluid und bieten nur eine geringe Oberfläche
zwischen einem rotierenden und feststehenden Lagerbauteil und dem
Lagerfluid, so dass in diesem Bereich kaum Reibung auftritt.
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Durch
die zugeordneten Lagerbauteile werden die Ausgleichsspalte, in welchen
das Lagerfluid die größte Oberfläche
bildet, nahezu vollständig abgedeckt, so dass ein Verdampfen
des Lagerfluids reduziert wird. Die Ausgleichsspalte können
eine große Menge an Lagerfluid bei niedriger Verdampfungsrate aufnehmen.
Zudem ist das Lagerfluid in den Ausgleichsspalten relativ schockfest
aufgenommen.
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In
der erfindungsgemäßen Ausgestaltung des Lagersystems
umfasst der Lagerspalt zwei offene Enden, die mit entsprechenden
Dichtungsmitteln versehen sind. Aufgrund der beschriebenen Ausgestaltung
der Dichtungsmittel ergeben sich geringe Reibungsverluste und ein
sehr großer Vorrat an Lagerfluid.
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Das
feststehende Lagerbauteil kann eine in einem Lagerflansch befestigte
Welle umfassen, sowie eine an der Welle angeordnete Lagerplatte.
Der Lagerflansch ist in einer Basisplatte gehalten. Das rotierende
Lagerbauteil ist relativ zum feststehenden Lagerbauteil um eine
Rotationsachse drehbar gelagert und umfasst eine Lagerbuchse, die
zwischen dem Lagerflansch und der Lagerplatte drehbar auf der Welle
angeordnet ist. Die rotierende Lagerbauteil kann eine mit der Lagerbuchse
verbundene Nabe umfassen, wobei die Lagerbuchse einteilig mit der Nabe
ausgebildet sein kann.
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Vorzugsweise
können die beiden Dichtungsbauteile am feststehenden Lagerbauteil,
insbesondere an der an den jeweiligen Dichtungsbereich angrenzenden
Lagerplatte bzw. dem Lagerflansch angeordnet sein. Die Dichtungsbauteile
können aber auch am rotierenden Lagerbauteil, insbesondere an
der Lagerbuchse oder der Nabe angeordnet werden. Wichtig ist, dass
insbesondere die Ausgleichsspalte durch Oberflächen von
zwei relativ zueinander feststehenden Lagerbauteilen begrenzt werden.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die
Dichtungsbauteile an der Lagerplatte und dem Lagerflansch angeordnet,
wobei der erste Ausgleichsspalt durch eine äußere
Umfangsfläche der Lagerplatte und eine innere Umfangsfläche des
ersten Dichtungsbauteils begrenzt ist. In gleicher Weise ist der
zweite Ausgleichsspalt durch eine äußere Umfangsfläche
des Lagerflansches und eine innere Umfangsfläche des zweiten
Dichtungsbauteis begrenzt.
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Der
erste Dichtungsspalt wird durch eine äußere Umfangsfläche
des ersten Dichtungsbauteils und eine innere Umfangsfläche
der Nabe begrenzt. Der zweite Dichtungsspalt wird begrenzt durch
eine äußere Umfangsfläche des zweiten
Dichtungsbauteils und eine innere Umfangsfläche der Lagerbuchse.
In dieser bevorzugten Ausführungsform sind also die Ausgleichsspalte
zwischen zwei zueinander feststehenden Bauteilen angeordnet und
das darin befindliche Lagerfluid verursacht somit im Betrieb des Lagers
keine Reibung. Ferner sind die Ausgleichsspalte komplett durch die
Abdeckkappen abgedeckt, so dass kein Lagerfluid verdampfen kann.
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Andererseits
kann der zweite Ausgleichsspalt durch eine äußere
Umfangsfläche des zweiten Dichtungsbauteils und eine innere
Umfangsfläche des Lagerflansches begrenzt sein. Der zweite
Dichtungsspalt kann durch eine äußere Umfangsfläche der
Lagerbuchse und eine innere Umfangsfläche des zweiten Dichtungsbauteils
begrenzt werden.
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Die
beiden Dichtungsspalte sind als Kapillardichtungen ausgebildet.
Die Ausgleichsspalte wirken ebenfalls als Kapillarspalte. Das Lagerfluid
wird vornehmlich durch Kapillarwirkung in den Dichtungs- und Ausgleichsspalten
gehalten.
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Das
Lagersystem umfasst fluiddynamische Radiallager, gebildet durch
aneinander angrenzende und durch den Lagerspalt voneinander getrennte Oberflächen
der Welle und der Lagerbuchse. Es sind ferner zwei fluiddynamische
Axiallager vorgesehen, wobei ein erstes Axiallager gebildet wird
durch aneinander angrenzende, stirnseitige Oberflächen
der Lagerplatte und der Lagerbuchse, und ein zweites Axiallager
gebildet wird durch aneinande angrenzende stirnseitige Oberflächen
des Lagerflansches und der Lagerbuchse.
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Ferner
kann innerhalb der Lagerbuchse ein im Wesentlich axial verlaufender
Rezirkulationskanal angeodnet sein, der Abschnitte des Lagerspaltes
im Bereich der Axiallager miteinander verbindet. Dadurch kann das
Lagerfluid frei im Lagerspalt zurkulieren, wobei es durch die Pumpwirkung
der Radiallager bzw. Axiallager angetrieben wird.
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Das
Lagersystem wird vorzugsweise in einem Spindelmotor eingesetzt,
der einen Stator sowie einen Rotor umfasst und durch ein elektromagnetisches
Antriebssystem angetrieben wird.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen erläutert.
Aus den Zeichnungen und ihren Beschreibung ergeben sich weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt
einen Schnitt durch einen Spindelmotor mit einer ersten Ausgestaltung
des fluiddynamischen Lagersystems.
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1a zeigt
vergrößert den oberen Dichtungsbereich des in 1 dargestellten
Lagers
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1b zeigt
vergrößert den unteren Dichtungsbereich des in 1 dargestellten
Lagers
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2 zeigt
einen Schnitt durch einen Spindelmotor mit einer zweiten Ausgestaltung
des fluiddynamischen Lagersystsems, ähnlich zu 1.
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3 zeigt
einen Schnitt durch einen Spindelmotor mit einer dritten Ausgestaltung
des fluiddynamischen Lagersystems.
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3a zeigt
vergrößert den oberen Dichtungsbereich des in 3 dargestellten
Lagers.
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3b zeigt
vergrößert den oberen Dichtungsbereich des in 3 dargestellten
Lagers.
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4 zeigt
einen Schnitt durch einen Spindelmotor mit einer vierten Ausgestaltung
des fluiddynamischen Lagersystems.
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4a zeigt
vergrößert den unteren Dichtungsbereich des in 4a dargestellten
Lagers.
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5 zeigt
einen Schnitt durch einen Spindelmotor mit einer fünften
Ausgestaltung des fluiddynamischen Lagersystsems, ähnlich
zu 4.
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5a zeigt
vergrößert den unteren Dichtungsbereich des in 5 dargestellten
Lagers.
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6 zeigt
einen Schnitt durch einen Spindelmotor mit einer sechsten Ausgestaltung
des fluiddynamischen Lagersystems, ähnlich zu 5.
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6a zeigt
vergrößert den unteren Dichtungsbereich des in 6 dargestellten
Lagers.
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7 zeigt
einen Schnitt durch einen Spindelmotor mit einer siebten Ausgestaltung
des fluiddynamischen Lagersystems, ähnlich zu 6.
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8 zeigt
einen Schnitt durch einen Spindelmotor mit einer achten Ausgestaltung
des fluiddynamischen Lagersystsems, ähnlich zu 7.
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8a zeigt
vergrößert den unteren Dichtungsbereich des in 8 dargestellten
Lagers.
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Beschreibung von bevorzugten
Ausführungsbeispielen der Erfindung
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1 zeigt
einen Schnitt durch einen Spindelmotor mit einer ersten Ausgestaltung
des fluiddynamischen Lagersystems.
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Der
Spindelmotor umfasst eine feststehende Basisplatte 10,
in welcher ein ein Lagerflansch 18 gehalten ist. In einer Öffnung
des Lagerflansches 18 ist ein Ende einer Welle 12 gehalten
und fest mit dem Lagerflansch 18 verbunden. Eine ringförmige
Lagerplatte 16 ist an dem oberen freien Ende der Welle 12 angeordnet.
Zwischen der Lagerplatte 16 und dem Lagerflansch 18 wird
entlang der Welle 12 ein ringförmiger Zwischenraum
gebildet, in welchem eine Lagerbuchse 14 angeordnet ist.
Die Lagerbuchse 14 besitzt eine zentrale Bohrung zur Aufnahme
der Welle 12 und ist auf der Welle um eine Drehachse 22 drehbar
gelagert. Die Bohrung der Lagerbuchse 14 hat einen Durchmesser,
der geringfügig größer ist als der Außendurchmesser
der Welle 12, und die Lagerbuchse 14 hat eine
axiale Länge, die geringfügig kleiner ist als
die axiale Länge des Zwischenraums zwischen der Lagerplatte 16 und
dem Lagerflansch 18. Dadurch ergibt sich zwischen den sich
gegenüberliegenden Oberflächen der Welle 12,
der Lagerplatte 16 und dem Lageflansch 18 und
der Lagerbuchse 14 ein Lagerspalt 24, der mit
einem Lagerfluid, vorzugsweise einem Lageröl gefüllt
ist.
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Die
Lagerbuchse 14 ist von einer Nabe 20 des Spindelmotors
umgeben, die fest mit der Lagerbuchse 14 verbunden ist.
Die Lagerbuchse 14 und die Nabe 20 bilden zusammen
das bewegliche Bauteil des Lagersystems, während die Welle 12,
die Lagerplatten 16 und der Lagerflansch 18 das
feststehende Bauteil des Lagersystems bilden. Die Lagerbuchse 14 kann
einteilig mit der Nabe 20 ausgebildet sein.
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Die
dargestellte Lageranordnung umfasst mindestens zwei Radiallager 30, 32.
Die Radiallager 30, 32 werden gebildet durch die
aneinander angrenzenden und durch den Lagerspalt 24 voneinander getrennten
Oberflächen der Welle 12 und der Lagerbuchse 14.
Die Radiallager 30, 32 umfassen in bekannter Weise
druckerzeugende Oberflächenstrukturen, beispielsweise in
Form von Rillenmustern, die auf mindestens einer der gepaarten Lageroberflächen,
beispielsweise der Oberfläche der Lagerbuchse 14 aufgebracht
sind. Die Rillenmuster sind in der Zeichnung angedeutet.
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Die
axialen Kräfte des Lagersystems werden durch zwei zueinander
entgegengesetzt wirkende Axiallager 34, 36 aufgenommen.
Das erste Axiallager 34 wird gebildet durch sich gegenüberliegende
Stirnflächen der Lagerbuchse 14 und der Lagerplatte 16. Das
zweite Axiallager wird gebildet durch sich gegenüberliegende
Stirnflächen der Lagerbuchse 14 und des Lagerflansches 18. Ähnlich
wie die Radiallager sind auch die Axiallager definiert durch spiralförmige oder
fischgrätenförmige Oberflächenstrukturen,
die entweder auf der Stirnfläche der Lagerbuchse 14 oder
der Stirnfläche der Lagerplatte 16 bzw. des Lagerflansches 18 aufgebracht
sind.
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Die
beiden offenen Enden des Lagerspalts 24, radial außerhalb
der Axiallager 34, 36, sind durch entsprechende
Dichtmittel abgedichtet. Diese sind vergrößert
in den 1a und 1b gezeigt.
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Der
obere Dichtungsbereich (1a) umfasst
als zentrales Bauelement ein erstes Dichtungsbauteil 38,
das als etwa topfförmiges Blechteil ausgebildet ist und
eine zentrale Öffnung besitzt. Das Dichtungsbauteil 38 wird über
die Welle 12 gestülpt und an der Welle bzw. der
Lagerplatte 16 befestigt. Der äußere
Rand des Dichtungsbauteils 38 erstreckt sich bis in einen
Zwischenraum zwischen dem Außenumfang der Lagerplatte 16 und
einer inneren Umfangsfläche der Nabe 20. Das Dichtungsbauteil 38 bzw. dessen äußere
Umfangsfläche bildet zusammen mit dem der inneren Umfangsfläche
der Nabe 20 einen ersten Dichtungsspalt 40. Der
Dichtungsspalt 40 verläuft ausgehend vom Lagerspalt 24 radial
außerhalb des Axiallagers 34 um den unteren Rand
der Abdeckkappe 38 herum und dann etwa parallel zur Rotationsachse 22.
Der Dichtungsspalt 40 ist im Querschnitt etwa konisch ausgebildet
und öffnet sich nach außen. Der Dichtungsspalt 40 ist
mit dem Lagerspalt verbunden und teilweise mit Lagerfluid gefüllt.
Ein Ausgleichsspalt 42 wird gebildet durch eine innere Umfangsfläche
des Dichtungsbauteils 38 und eine äußere
Umfangsfläche der Lagerplatte 16.
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Der
Ausgleichsspalt 42 dient als Fluidreservoir und Ausgleichsvolumen
und ist anteilig mit Lagerfluid gefüllt. Der Ausgleichsspalt 42 ist
sowohl mit dem Lagerspalt 24 als auch dem Dichtungsspalt 40 verbunden.
Da der kleinste Spaltabstand des Ausgleichsspaltes 42 deutlich
größer ist als der kleinste Spaltabstand des Dichtungsspaltes 40,
und sich die Krümmungsradien der Flüssigkeitsmenisken 60 und 62 im
Ausgleichsspalt 42 und im Dichtungsspalt 40 jeweils
gleich einstellen (bei einem Kontaktwinkel von 0°) sammelt
sich das Lagerfluid überwiegend im Ausgleichsspalt 42 und
nicht im Dichtungsspalt 40. Der Ausgleichsspalt 42 wird
durch die Oberflächen von zwei feststehenden Bauteilen 16, 38 begrenzt,
so dass weder Zentrifugalkräfte noch Reibungskräfte auf
das im Ausgleichsspalt 42 befindliche Lagerfluid einwirken.
Dies ist ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen
Dichtungsanordnung. Der Augleichsspalt 42 ist durch das
Dichtungsbauteil 38 verschlossen. Für einen Druckausgleich
im Ausgleichsspalt 42 umfasst das Dichtungsbauteil 38 eine
kleine Bohrung 44. Insgesamt ist jedoch der Ausgleichsspalt 42 komplett
durch das Dichtungsbauteil 38 nach außen abgedichtet,
so dass nur eine geringe Verdampfung des Lagerfluids durch die Öffnung 44 erfolgt.
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Der
untere Dichtungsbereich, der in 1b vergrößert
dargestellt ist, umfasst als zentrales Bauelement ein zweites Dichtungsbauteil 46,
das als etwa ringförmiges, profiliertes Blechteil ausgebildet ist.
Das Dichtungsbauteil 46 wird mit seinem äußeren Rand
an einem Rand des Lagerflansches 18 befestigt. Der innerer
Rand des Dichtungsbauteils 46 erstreckt sich bis in einen
Zwischenraum zwischen dem äußeren Umfangsfläche
der Lagerbuchse 14 und einer inneren Umfangsfläche
des Randes des Lagerflansches 18. Das Dichtungsbauteil 46 bzw.
dessen innere Umfangsfläche bildet zusammen mit dem der äußeren
Umfangsfläche der Lagerbuchse 14 einen zweiten
Dichtungsspalt 48. Der Dichtungsspalt 48 verläuft
ausgehend vom Lagerspalt 24 radial außerhalb des
Axiallagers 36 um den unteren Rand der Abdeckkappe 46 herum
und dann etwa parallel zur Rotationsachse 22. Der Dichtungsspalt 48 ist
im Querschnitt etwa konisch ausgebildet und öffnet sich
nach außen. Der Dichtungsspalt 48 ist mit dem
Lagerspalt verbunden und teilweise mit Lagerfluid gefüllt.
Ein zweiter Ausgleichsspalt 50 wird gebildet durch eine äußere
Umfangsfläche des Dichtungsbauteils 46 und eine
innere Umfangsfläche des Randes des Lagerflansches 18.
Der Ausgleichsspalt 50 dient als Fluidreservoir und Ausgleichsvolumen
und ist anteilig mit Lagerfluid gefüll. Der Ausgleichsspalt 50 ist
sowohl mit dem Lagerspalt 24 als auch dem Dichtungsspalt 48 verbunden.
Da der kleinste Spaltabstand des Ausgleichsspaltes 50 deutlich
größer ist als der kleinste Spaltabstand des Dichtungsspaltes 48,
und sich die Krümmungsradien der Flüssigkeitsmenisken 64 und 66 im
Ausgleichsspalt 50 und im Dichtungsspalt 48 jeweils
gleich einstellen (bei einem Kontaktwinkel von 0°) sammelt
sich das Lagerfluid überwiegend im Ausgleichsspalt 50 und
nicht im Dichtungsspalt 48. Auch der zweite Ausgleichsspalt 50 wird
durch die Oberflächen von zwei feststehenden Bauteilen 18, 46 begrenzt,
so dass weder Zentrifugalkräfte noch Reibungskräfte
auf das im Ausgleichsspalt 50 befindliche Lagerfluid einwirken.
Der zweite Augleichsspalt 50 ist durch das Dichtungsbauteil 46 verschlossen. Für
einen Druckausgleich im Ausgleichsspalt 50 umfasst das
Dichtungsbauteil 46 eine kleine Bohrung 52. Insgesamt
ist jedoch der Ausgleichsspalt 42 komplett durch das Dichtungsbauteil 38 nach
außen abgedichtet. Das die Ausgestaltung des unteren Dichtungsbereichs
dem oberen Dichtungsbereich entspricht, bringt dies die weiter oben
angeführen Vorteile mit sich.
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Die
Abschnitte des Lagerspalts 24 in den Bereichen der Axiallager 34, 36 können
durch einen Rezirkulationskanal 26 miteinander verbunden
sein. Der Rezirkulationskanal 26 verläuft leicht
schräg in Bezug auf die Rotationsachse 22. Durch
den Rezirkulationskanals 26 wird ein geschlossener Flüssigkeitskreislauf
im Lagerspalt 24 sichergestellt.
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Zum
Drehantrieb des Spindelmotors ist ein elektro-magnetisches Antriebssystem
vorhanden. An der Basisplatte 10 ist eine Statoranordnung 54 angeordnet,
die aus einer Mehrzahl von Statorwicklungen besteht. Die Statorwicklungen
der Statoranordung 54 sind in geringem Abstand von einem
ringförmigen Permanentmagneten 56 umgeben, der
an der Nabe 20 befestigt ist.
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2 zeigt
eine abgewandelte Ausgestaltung des Lagersystems von 1.
Im Grunde ist das Lagersystem gemäß 2 identisch
zu 1, wobei gleiche Bauteile mit denselben Bezugszeichen
bezeichnet sind. Der einzige Unterschied besteht darin, dass der
Rezikulationskanal 26' parallel und nicht schräg
zur Drehachse 22 verläuft.
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3 zeigt
einen Spindelmotor mit einer weiteren Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Lagers.
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Der
grundsätzliche Aufbau des Lagersystems entspricht dem im
Zusammenhang mit dem Lagersystem von 1 beschriebenen
Aufbau. Gleiche Bauteile bzw. Bauteile mit denselben Funktionen wie
in 1 sind mit denselben Bezugszeichen und einer vorangestellten „1” bezeichnet. 3a stellt den oberen
Dichtungsbereich des Lagers vergrößert dar, 3b den
unteren Lagerbereich.
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Ein
Unterschied zur Ausführungsform gemäß 1 ist,
dass die Lagerplatte 116 nicht einteilig mit der Welle 112 ausgebildet
ist, sondern die Lagerplatte 116 als ringförmiges
Bauteil auf die Welle 112 aufgepresst ist. Die äußere
Umfangsfläche der Lagerplatte 116 ist nicht so
stark abgerundet wie bei der Lagerplatte 16, so dass auch
das erste Dichtungsbauteil 138 in seiner Formgebung mehr
einem Zylinder mit Boden ähnelt, als einer flachen Schale
wie in 1. Ein weiterer Unterschied ist, dass die Nabe 120 und
die Lagerbuchse 114 ebenfalls als zwei separate Teile ausgebildet
ist. Die Lagerbuchse 114 ist in die Nabe 120 eingepresst.
Wie man insbesondere in 3a erkennt,
werden der erste Dichtungsspalt 140 sowie der erste Ausgleichsspalt 142 wiederum durch
die aneinander angrenzenden Bauteile Lagerplatte 116, das
erste Dichtungsbauteil 138 sowie eine innere Umfangsfläche
der Lagerbuchse 114 gebildet.
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Der
untere Dichtungsbereich (3b) umfasst
ein zweites Dichtungsbauteil 146, beispielsweise in Form
eines Metall- oder Kunststoffpressteils, das auf einem Rand des
unteren Lagerflansches 118 angeodnet ist. Der untere Dichtungsspalt 148 wird durch
einander zugewandte Oberflächen der Lagerbuchse 114 und
des zweiten Dichtungsbauteils 146 gebildet. Der untere
Ausgleichsspalt 150 ist in einem Zwischenraum zwischen
dem Rand des Lagerflansches 118 und dem zweiten Dichtungsbauteil 146 gebildet.
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4 zeigt
eine weitere Ausgestaltung des Lagersystems, bei dem der obere Dichtungsbereich im
wesentlichen dem Dichtungsbereich aus 1 entspricht
und durch die obere Lagerplatte 216, das erste Dichtungselement 238 und
die Nabe 220 gebildet wird. In dieser Ausgestaltung ist
die Nabe 220 ebenfalls separat zur Lagerbuchse 214 ausgebildet. Die
Lagerplatte 216 ist wiederum einteilig mit der Welle 212 ausgebildet.
Der untere Dichtungsbereich, der in 4a vergrößert
dargestellt ist, unterscheidet sich von den vorhergehenden Ausführungsformen, da
das zweite Dichtungsbauteil 246 als ein Teil der Nabe 220 ausgebildet
ist. Das zweite Dichtungsbauteil 246 erstreckt sich in
einem Zwischenraum zwischen dem äußeren Umfang
der Lagerbuchse 214 und dem Innenumfang eines Randes des
Lagerflansches 218. Der untere Dichtungsspalt 248 wird
begrenzt durch eine äußere Umfangsfläche
des Dichtungsbauteils 246 sowie eine innere Umfangsfläche des
Randes des Lagerflansches 218. Der untere Ausgleichsspalt 250 ist
entgegen des vorhergehenden Ausführungsformen nun zwischen
zwei rotierenden Bauteilen, zum einen der Lagerbuchse 214 und zum
anderen das Dichtungsbauteil 246 als Teil der Nabe 220 ausgebildet.
Die beiden Teile 214 und 246 stehen jedoch relativ
zueinander still, was die durch Fliehkräfte auf das Lagerfluid
hervorgerufene Reibungskräfte im Ausgleichsspalt 250 reduziert.
Zur Entlüftung des zweiten Ausgleichsspaltes ist eine Entlüftungsöffnung 228 in
der Nabe bzw. dem zweiten Dichtungsbauteil 246 angeordnet.
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5 offenbart
eine Ausgestaltung, bei der der obere Dichtungsbereich bestehend
aus einer auf der Welle 312 angeordneten Lagerplatte 316,
dem Dichtungselement 338 und der Nabe 320 identisch zur
Ausführung gemäß 3 ausgebildet
ist. Der untere Dichtungsbereich, der in 5a vergrößert
dargestellt ist, umfasst als zentrales Bauteil das zweite Dichtungsbauteil 346,
das als separates Bauteil mit der Nabe 320 verbunden ist.
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Der
Dichtungsspalt 348 wird gebildet zwischen einer inneren
Umfangsfläche bzw. einer Stirnfläche des zweiten
Dichtungsbauteils 346 sowie einer äußeren
Umfangsfläche bzw. einer oberen Stirnfläche des
Lagerflansches 318. Der Ausgleichsspalt 350 befindet
sich wiederum zwischen zwei rotierenden Bauteilen, nämlich
der Nabe 320 sowie dem Dichtungsbauteil 346 und
wird durch einen Kanal 328 zwischen den Bauteilen entlüftet.
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Bei
der Ausgestaltung gemäß 6 entspricht
der obere Dichtungsbereich von seinem Aufbau dem Dichtungsbereich
gemäß 3. Der obere Dichtungsbereich
wird gebildet, durch das erste Dichtungsbauteil 438, die separat
an der Welle 412 angeordnete Lagerplatte 416 und
die separat zur Nabe 420 ausgebildete Lagerbuchse 414.
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Der
untere Dichtungsbereich, der in 6a vergrößert
dargestellt ist, ist ähnlich wie in 5 ausgebildet
und besteht aus einem zweiten Dichtungsbauteil 446, das
als gebogenes Blechteil ausgebildet ist und an der äußeren
Mantelfläche der Lagerbuchse 414 angeordnet ist.
Der untere Dichtungsspalt 448 wird gebildet zwischen einer äußeren
Fläche des zweiten Dichtungsbauteils 446 und einer
inneren Mantelfläche eines Randes des Lagerflansches 418. Der
Ausgleichsspalt 450 wird begrenzt durch eine äußere
Mantelfläche der Lagerbuchse 414 sowie eine innere
Mantelfläche des zweiten Dichtungsbauteils 446.
Zur Entlüftung des Ausgleichsspaltes 450 ist ein vertikal
verlaufender Kanal 428 vorgesehen.
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7 zeigt
eine abgewandelte Ausführungsform gemäß 6,
wobei gleiche Bauteile mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet
sind. Bei 7 ist im Unterschied zu 6 der
Rezirkulationskanal 426' schräg in Bezug auf die
Rotationsachse 422 ausgebildet. Dies ist der einzige Unterschied.
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8 zeigt
eine letzte Ausgestaltung der Erfindung, bei der der obere Dichtungsbereich
bestehend aus den Bauteilen 538, 516 und 520 gebildet ist.
Die Lagerbuchse 514 ist wiederum einteilig mit der Nabe 520 ausgebildet.
Der untere Dichtungsbereich, vergrößert dargestellt
in 8a, besteht aus einem zweiten Dichtungsbauteil 546,
das als Blechteil ausgebildet und an der Nabe 520 befestigt
ist. Das Blechteil hat einen abgebogenen unteren Rand wobei dieser
Rand zusammen mit einer stirnseitigen Fläche des Lagerflansches 518 den
zweiten Dichtungsspalt 548 ausbildet. Der Ausgleichsspalt 550 entspricht
den in den 6 und 7 gezeigten Ausgleichsspalt
und wird begrenzt durch eine äußere Umfangsfläche
der Lagerbuchse 514 und eine innere Umfangsfläche
des zweiten Dichtungsbauteils 546. Der Ausgleichsspalt 550 wird
durch die Öffnung 528 entlüftet.
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- 10,
110, 210, 310, 410, 510
- Basisplatte
- 12,
112, 212, 312, 412, 512
- Welle
- 14,
114 214, 314, 414, 514
- Lagerbuchse
- 16,
116, 216, 316, 416, 516
- Lagerplatte
- 18,
118, 218, 318, 418, 518
- Lagerflansch
- 20,
120, 220, 320, 420, 520
- Nabe
- 22,
122, 222, 322, 422, 522
- Rotationsachse
- 24,
124, 224, 324, 424, 524
- Lagerspalt
- 26,
126, 226, 326, 426, 526, 26', 426'
- Rezirkulationskanal
- 228,
328, 428, 528
- Entlüfungsöffnung
- 30,
130, 230, 330, 430, 530
- Radiallager
- 32,
132, 232, 332, 432, 532
- Radiallager
- 34,
134, 234, 334, 434, 534
- Axiallager
- 36,
136, 236, 336, 436, 536
- Axiallager
- 38,
138, 238, 338, 438, 538
- Dichtungsbauteil
- 40,
140, 240, 340, 440, 540
- Dichtungsspalt
- 42,
142, 242, 342, 442, 542
- Ausgleichsspalt
- 44,
144, 244, 344, 444, 544
- Öffnung
- 46,
146, 246, 346, 446, 546
- Dichtungsbauteil
- 48,
148, 248, 348, 448, 548
- Dichtungsspalt
- 50,
150, 250, 350, 450, 550
- Ausgleichsspalt
- 52,
152,
- Öffnung
- 54,
154, 254, 354, 454, 554
- Statoranordnung
- 56,
156, 256, 356, 456, 556
- Permanentmagnet
- 60
- Ölmeniskus
- 62
- Ölmeniskus
- 64
- Ölmeniskus
- 66
- Ölmeniskus
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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-
Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 102006002206
A1 [0003]