DE102009006275A1

DE102009006275A1 - Fluiddynamisches Lagersystem und Spindelmotor mit einem solchen Lagersysstem

Info

Publication number: DE102009006275A1
Application number: DE200910006275
Authority: DE
Inventors: Christoph Fluck; Andreas Kull; Neven Mlinaric
Original assignee: Minebea Co Ltd
Current assignee: MinebeaMitsumi Inc
Priority date: 2009-01-27
Filing date: 2009-01-27
Publication date: 2010-07-29

Abstract

Das fluiddynamische Lagersystem umfasst eine Lagerbuchse, eine drehbar in einer Lagerbohrung der Lagerbuchse gelagerte Welle, sowie ein mit der Welle verbundenes Rotorbauteil. Die Lagerbauteile sind durch einen Lagerspalt voneinander getrennt, der mit einem Lagerfluid gefüllt ist. Der Lagerspalt umfasst einen axialen Abschnitt zwischen einander gegenüberliegenden Oberflächen der Welle und der Lagerbuchse und einen radialen Abschnitt zwischen einander gegenüberliegenden Oberflächen der Welle und des Rotorbauteils. Das Lager umfasst mindestens ein fluiddynamisches Radiallager gebildet durch einander zugeordnete Lagerflächen der Welle und der Lagerbuchse und mindestens ein fluiddynamisches Axiallager gebildet durch einander zugeordnete Lagerflächen der Lagerbuchse und des Rotorbauteils. An einem freien Ende der Welle ist ein Stopperring als Ausfallsicherung für die Welle angeordnet. Erfindungsgemäß umfasst der Stopperring einen Außendurchmesser OD_Stopper und die Welle einen Außendurchmesser OD_Welle, wobei gilt
1,3 ≦ (OD_Stopper)/OD_Welle ≦ 2,2.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein fluiddynamisches Lagersystem, welches mindestens ein Radiallager und mindestens ein Axiallager umfasst, nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Derartige fluiddynamische Lager werden zur Drehlagerung von Motoren, beispielsweise von Spindelmotoren eingesetzt, die wiederum zum Antrieb von Speicherplattenlaufwerken, Lüftern oder ähnlichem dienen.
Stand der Technik
Fluiddynamische Lager, wie sie in Spindelmotoren eingesetzt werden, umfassen in der Regel mindestens zwei relativ zueinander drehbare Lagerbauteile, die zwischen einander zugeordneten Lagerflächen einen mit einem Lagerfluid, z. B. Luft oder Lageröl, gefüllten Lagerspalt ausbilden. Es sind Radiallager sowie Axiallager vorgesehen, die in bekannter Weise den Lagerflächen zugeordnete und auf das Lagerfluid wirkende Oberflächenstrukturen aufweisen. Diese Oberflächenstrukturen sind in Form von Vertiefungen oder Erhebungen üblicherweise auf einzelne oder beide der einander gegenüber liegenden Lagerfächen aufgebracht. Die Oberflächenstrukturen dienen als Lager- und/oder Pumpstrukturen, die bei relativer Drehung der Lagerbauteile innerhalb des Lagerspalts einen hydrodynamischen Druck erzeugen. Bei Radiallagern werden beispielsweise sinusförmige, parabelförmige oder fischgrätartige rillenförmige Oberflächenstrukturen verwendet, die senkrecht zur Rotationsachse der Lagerbauteile über den Umfang von mindestens einem Lagerbauteil verteilt angeordnet sind. Bei Axiallagern werden beispielsweise spiralförmige rillenförmige Oberflächenstrukturen verwendet, die meist senkrecht um eine Rotationsachse angeordnet werden.
Bei einem fluiddynamischen Lager eines Spindelmotors zum Antrieb von Festplattenlaufwerken gemäß einer bekannten Bauart ist eine Welle in einer Lagerbohrung einer Lagerbuchse drehbar gelagert. Der Durchmesser der Bohrung ist geringfügig größer als der Durchmesser der Welle, so dass zwischen den Oberflächen der Lagerbuchse und der Welle ein mit einem Lagerfluid gefüllter Lagerspalt verbleibt. Die einander zugewandten Oberflächen der Welle und/oder der Lagerbuchse weisen Druck erzeugende Lagerstrukturen, auf als Teil von mindestens einem fluiddynamischen Radiallager. Ein freies Ende der Welle ist mit einer Nabe verbunden, die eine untere, ebene Fläche aufweist, die zusammen mit einer Stirnfläche der Lagerbuchse ein fluiddynamisches Axiallager ausbildet. Hierzu ist eine der einander zugewandten Oberflächen der Nabe oder der Lagerbuchse mit Druck erzeugenden Lagerstrukturen versehen.
Insbesondere für den Einsatz in Antrieben von Festplattenlaufwerken, speziell für mobile Anwendungen, müssen fluiddynamische Lagersysteme eine hohe Schockfestigkeit aufweisen, um die immer enger werdenden Spezifikationen der Festplattenhersteller zu erfüllen. Insbesondere die axiale Schockfestigkeit für Krafteinwirkungen, die in Richtung der Rotationsachse auftreten, ist maßgeblich. Bei der oben beschriebenen Gattung von Spindelmotoren mit oben im Bereich der Nabe liegendem Axiallager ist die axiale Steifigkeit des Lagers sehr gut aber die erzielbare Schockfestigkeit in axialer Richtung aufgrund des lediglich einen Axiallagers nicht optimal. Da an die Motoren immer höhere Anforderungen gestellt werden, ist es notwendig, die Schockfestigkeit zu verbessern.
Offenbarung der Erfindung
Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein fluiddynamisches Lagersystem der eingangs genannten Art anzugeben, das im Vergleich zu bekannten Lagersystemen mit oben liegendem Axiallager eine verbesserte Schockfestigkeit gegen axialen Schock aufweist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Lagersystem gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Bevorzugte Ausgestaltungen und weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Das fluiddynamische Lagersystem umfasst eine Lagerbuchse, eine drehbar in einer Lagerbohrung der Lagerbuchse gelagerte Welle, sowie ein mit der Welle verbundenes Rotorbauteil. Die Lagerbauteile sind durch einen Lagerspalt voneinander getrennt, der mit einem Lagerfluid gefüllt ist. Der Lagerspalt umfasst einen axialen Abschnitt zwischen einander gegenüberliegenden Oberflächen der Welle und der Lagerbuchse und einen radialen Abschnitt zwischen einander gegenüberliegenden Oberflächen der Welle und des Rotorbauteils. Das Lager umfasst mindestens ein fluiddynamisches Radiallager, gebildet durch einander zugeordnete Lagerflächen der Welle und der Lagerbuchse und mindestens ein fluiddynamisches Axiallager, gebildet durch einander zugeordnete Lagerflächen der Lagerbuchse und des Rotorbauteils. An einem freien Ende der Welle ist ein Stopperring als Ausfallsicherung für die Welle angeordnet. Erfindungsgemäß umfasst der Stopperring einen Außendurchmesser OD_Stopper und die Welle einen Außendurchmesser OD_Welle, wobei gilt
Durch den im Vergleich zum Außendurchmesser der Welle relativ großen Durchmesser des Stopperrings wird die Schockfestigkeit des Lagers in axialer Richtung wesentlich erhöht. Der Stopperring ist von Lagerfluid umgeben. Bei einem axialen Schock wird die axiale Bewegung des relativ breiten Stopperrings durch das Lagerfluid abgebremst und gedämpft.
Vorzugsweise liegt das Verhältnis zwischen dem Durchmesser des Stopperrings und dem Durchmesser der Welle bei 1,4 bis 1,6.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der Stopperring einteilig mit der Welle ausgebildet. Der Stopperring ist in einer sich an die Lagerbohrung anschließenden Aussparung der Lagerbuchse angeordnet, welche einen Durchmesser aufweist, der etwas größer ist als der Außendurchmesser des Stopperrings. Die Aussparung ist an der Stirnseite der Lagerbuchse angeordnet und durch eine Abdeckung verschlossen. Der Stopperring ist von einem mit Lagerfluid gefüllten Spalt umgeben, der mit dem axialen Abschnitt des Lagerspaltes verbunden ist und den Stopperring von den angrenzenden Oberflächen der Lagerbuchse und der Abdeckung trennt.
Bei einem typischen Lagersystem zur Drehlagerung von Spindelmotoren, wie sie zum Antrieb von modernen Festplattenlaufwerken eingesetzt werden, beträgt der Außendurchmesser der Welle etwa 2,5 Millimeter. Bei einem Verhältnis zwischen dem Außendurchmesser des Stopperrings und dem Außendurchmesser der Welle von 1,5 beträgt der Außendurchmesser des Stopperrings erfindungsgemäß ca. 3,8 Millimeter. Da der Stopperring vorzugsweise einteilig mit der Welle ausgebildet ist, kann er sehr dünn gefertigt sein und eine Dicke von beispielsweise 0,4 bis 0,5 Millimetern aufweisen. Die Breite des Spalts zwischen der Oberfläche des Stopperrings und den angrenzenden Oberflächen der Lagerbuchse und der Abdeckung beträgt beispielsweise 20 bis 50 Mikrometer.
Zwischen einer Oberfläche des Stopperrings und einer gegenüberliegenden Oberfläche der Lagerbuchse kann erfindungsgemäß ein weiteres Axiallager ausgebildet werden. Die ringförmigen Lagerflächen dieses Axiallagers können mit Lagerrillen bzw. Pumpstrukturen versehen werden, die beim Betrieb des Lagers einen Druck im Lagerfluid erzeugen, der entgegengesetzt zum Druck des ersten Axiallagers gerichtet ist. Hierbei bildet das zweite Axiallager jedoch kein vollwertiges Axiallager, da der Spaltabstand zwischen dem Stopperring und der Lagerbuchse bzw. der Abdeckplatte relativ groß ist, beispielsweise zwischen 20 Mikrometern und 50 Mikrometern, im Gegensatz zum Spaltabstand des oberen Axiallagers von beispielsweise 10 bis 15 Mikrometern. Das weitere Axiallager gibt jedoch dem Lagersystem Stabilität, insbesondere im Falle eines axialen Schocks, bei dem sich der Spaltabstand im Bereich des zweiten Axiallagers verringert und dadurch Pumpwirkung der Lagerstrukturen zum tragen kommt, wodurch sich die axiale Gegenkraft zum oberen Axiallager vergrößert.
In einer weiteren Ausführung der Erfindung ist die Lagerbuchse wenigstens im Bereich des Stopperrings im Außendurchmesser vergrößert. Dies kann zum Beispiel bei einem Verhältnis des Außendurchmessers des Stopperrings OD_Stopper zu dem Außendurchmesser der Welle OD_Welle größer als 1,6 notwendig sein, damit die den Stopperring umgebende Wandung der Lagerbuchse eine ausreichende Stärke aufweist. Der im Vergleich zu 1 deutlich größere Stopperring führt zu einem noch besseren Schockverhalten. Durch eine Vergrößerung des Durchmessers der Lagerbuchse vergrößert sich außerdem die Fläche der Presspassung zwischen der Lagerbuchse und einer Basisplatte. Die Lagerbuchse wird mit einem Teil ihrer Außenfläche in eine Bohrung der Basisplatte eingepresst. Da die Basisplatte gemeinhin aus Aluminium besteht und die Lagerbuchse meist aus einem härteren Material, wie zum Beispiel einem Stahl, wird die Basisplatte durch die größere Lagerbuchse zusätzlich versteift. Dies kann die Resonanzfrequenz der Basisplatte in einen kaum hörbaren hochfrequenten Bereich anheben. Ein weiterer Vorteil der im Durchmesser vergrößerten Lagerbuchse besteht darin, dass in der Wandung der Lagerbuchse Raum geschaffen ist, um einen Rezirkulationskanal, zum Druckausgleich zwischen dem Lagerspalt im Bereich des Stopperrings und dem Lagerspalt im Bereich des Axiallagers, parallel zur Lagerbohrung zu gestalten, wodurch dieser wesentlich einfacher herzustellen ist. Der Rezirkulationskanal mündet damit orthogonal in die genannten Spaltbereiche.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der radiale Abschnitt des Lagerspaltes durch einen Dichtungsspalt abgedichtet, der teilweise mit Lagerfluid gefüllt ist und eine Kapillardichtung ausbildet. Die Lagerfläche des Axiallagers bzw. der Radiallager sind mit druckerzeugenden Lagerstrukturen versehen, wie es aus dem Stand der Technik bekannt ist.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist in der Lagerbuchse eine Ölbohrung angebracht, die bevorzugt parallel zur Lagerbuchse angeordnet ist und deren Mittelachse durch den Dichtungsspalt läuft. Bei einer zum Teil im Durchmesser vergrößerten Lagerbuchse ist die Ölbohrung dann von Vorteil, wenn der Durchmesser des vergrößerten Bereichs größer ist, als der Durchmesser des Dichtungsspalts. Durch die Ölbohrung ist das Lager mit dem Lagerfluid befüllbar. Auch lässt sich durch die Ölbohrung der Füllstand des Lagerfluids in der Kapillardichtung optisch überprüfen.
Das erfindungsgemäße Lagersystem kann zur Drehlagerung eines Spindelmotors eingesetzt werden, welcher einen Stator, einen Rotor und ein elektromagnetisches Antriebssystem umfasst. Ein derartiger Spindelmotor kann vorzugsweise zum Drehantrieb einer Speicherplatte eines Festplattenlaufwerkes eingesetzt werden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels mit Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert. Daraus ergeben sich weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt einen Längsschnitt durch einen Spindelmotor mit einem erfindungsgemäßen fluiddynamischen Lager.
2 zeigt einen Längsschnitt durch einen Spindelmotor mit einem erfindungsgemäßen fluiddynamischen Lager nach einer zweiten Ausgestaltung.
Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung
Die 1 zeigt einen Schnitt durch einen Spindelmotor mit einem erfindungsgemäßen fluiddynamischen Lagersystem. Der Spindelmotor umfasst eine feststehende Lagerbuchse 10, die eine zentrale Bohrung aufweist und das feststehende Bauteil des Lagersystems ausbildet. In die Bohrung der Lagerbuchse 10 ist eine Welle 12 eingesetzt, deren Durchmesser geringfügig kleiner ist, als der Durchmesser der Bohrung. Zwischen den Oberflächen der Lagerbuchse 10 und der Welle 12 verbleibt ein Lagerspalt 16. Die einander gegenüberliegenden Oberflächen der Welle 12 und der Lagebuchse 10 bilden zwei fluiddynamische Radiallager 20, 22 aus, mittels denen die Welle 12 um eine Rotationsachse 18 drehbar in der Lagerbuchse 10 gelagert ist. Die Radiallager 20, 22 sind durch Lagerstrukturen gekennzeichnet, die auf die Oberfläche der Welle 12 und/oder der Lagerbuchse 10 aufgebracht sind. Der Lagerspalt 16 ist mit einem geeigneten Lagerfluid, beispielsweise einem Lageröl, gefüllt. Die Lagerstrukturen der Radiallager 20, 22 üben bei Rotation der Welle 12 eine Pumpwirkung auf das im Lagerspalt 16 zwischen Welle 12 und Lagerbuchse 10 befindliche Lagerfluid aus. Dadurch wird im Lagerspalt ein Druck aufgebaut, der die Radiallager 20, 22 tragfähig macht.
An der Unterseite der Welle 12 ist ein einteilig mit der Welle oder ein separat ausgebildeter Stopperring 14 angeordnet, der einen vergrößerten Außendurchmesser im Vergleich zum Wellendurchmesser aufweist. Der Stopperring 14 verhindert ein Herausfallen der Welle 12 aus der Lagerbuchse 10. Das Lager ist an dieser Seite der Lagerbuchse 10 durch eine Abdeckplatte 30 verschlossen.
Zwischen den Oberflächen des Stopperrings 14 und den Oberflächen der Lagerbuchse 10 bzw. der Abdeckplatte 30 verbleibt ein mit Lagerfluid gefüllter Spalt 48, der mit dem Lagerspalt verbunden ist. Der Stopperring 10 dreht sich also zusammen mit der Welle innerhalb der Aussparung zwischen Lagerbuchse 10 und Abdeckplatte 30 im Lagerfluid. Erfindungsgemäß ist der Durchmesser OD_Stopper des Stopperrings 14 vorzugsweise 1,4 bis 1,5 Mal so groß wie der Durchmesser OD_Welle der Welle 12.
Ein freies Ende der Welle 12 ist mit einem topfförmigen Rotorbauteil 24 verbunden, welches die Lagerbuchse 10 teilweise umgibt. Eine untere, ebene Fläche des topfförmigen Rotorbauteils 24 bildet zusammen mit einer Stirnfläche der Lagerbuchse 10 ein fluiddynamisches Axiallager 26 aus. Die Stirnfläche der Lagerbuchse 10 oder die gegenüberliegende Fläche des topfförmigen Rotorbauteils 24 sind mit Lagerstrukturen versehen, die bei Rotation der Welle 12 eine Pumpwirkung auf das im Lagerspalt 16 zwischen dem Rotorbauteil 24 und Stirnseite der Lagerbuchse 10 befindliche Lagerfluid ausübt, so dass das Axiallager 26 tragfähig wird. Der Lagerspalt 16 umfasst einen axialen Abschnitt, der sich entlang der Welle 10 und der beiden Radiallager 20, 22 erstreckt, und einen radialen Abschnitt, der sich entlang der Stirnseite der Lagerbuchse 10 und des Axiallagers 26 erstreckt.
In der Lagerbuchse 10 kann ein Rezirkulationskanal 28 vorgesehen sein, der einen am äußeren Rand des Axiallagers 26 befindlichen Abschnitt des Lagerspalts 16 mit einem unterhalb des unteren Radiallagers 24 befindlichen Abschnitt des Lagerspalts 16 miteinander verbindet und eine Zirkulation des Lagerfluids im Lager unterstützt.
Die Lagerbuchse 10 ist in einer Basisplatte 32 des Spindelmotors angeordnet. An dem topfförmigen Rotorbauteil 24 ist eine ringförmige Nabe 34 angeordnet, die an ihrem Außenumfang einen umlaufenden Rand aufweist. Die Bauteile 24 und 34 können natürlich auch einteilig ausgebildet sein. Die Lagerbuchse 10 umgebend ist eine Statoranordnung 36 an der Basisplatte 32 angeordnet, welche aus einem ferromagnetischen Statorblechpaket sowie aus entsprechenden Statorwicklungen besteht. Diese Statoranordnung 36 ist in einem radialen Abstand umgeben von einem ringförmigen Rotormagneten 38, welcher in einem Rückschlussring 40 mit größerem Durchmesser angeordnet ist. Der Rückschlussring 40 und der Rotormagnet 38 sind am Innenumfang des umlaufenden Randes der Nabe 34 befestigt. Unterhalb des Rotormagneten 38 ist ein ferromagnetischer Metallring 42 angeordnet, der den Rotormagneten 38 magnetisch anzieht, wodurch sich eine nach unten in Richtung der Basisplatte 32 gerichtete Kraft ergibt. Diese Kraft ist entgegengesetzt zu der Lagerkraft des Axiallagers 26 gerichtet und dient der axialen Vorspannung des Lagersystems bzw. des Axiallagers.
Am radial äußeren Ende des radialen Abschnitts des Lagerspalts 16 ist ein Spalt mit größerem Spaltabstand angeordnet, welcher teilweise als Dichtungsspalt 44 wirkt. Der Spalt erstreckt sich anfänglich ausgehend vom Lagerspalt 16 radial nach außen und geht in einen axialen Abschnitt über, der sich entlang des Außenumfangs der Lagerbuchse 10 zwischen der Lagerbuchse 10 und einem zylindrischen Abschnitt des topfförmigen Bauteils 24 erstreckt und den Dichtungsspalt 44 bildet.
Die äußere Mantelfläche der Lagerbuchse 10 sowie die innere Mantelfläche des topfförmigen Rotorbauteils 24 bilden die Begrenzung des Dichtungsspaltes 44. Somit verläuft der Dichtungsspalt 44 etwa parallel zur Rotationsachse 18. Am Ende des Dichtungsspaltes 44 kann die Lagerbuchse 10 am Außenumfang eine Rille 46 oder Stufe aufweisen, die beispielsweise mit einem Öl-Stopp-Lack versehen ist, um eine Migration des Lagerfluids über diese Barriere hinaus zu verhindern.
Die 2 zeigt einen Längsschnitt durch ein fluiddynamisches Lager nach einer zweiten Ausführung der Erfindung. Im Folgenden wird nur auf die Unterschiede zu der oben beschriebenen Ausführung eingegangen, gleiche Bauteile sind hierbei mit gleichen Bezugszeichen und vorangestellter „1” versehen.
Grundsätzlich zeigt die 2 im Vergleich zur 1 ein erfindungsgemäßes Lager mit einer Lagerbuchse 110, die einen zum Teil vergrößerten Außendurchmesser aufweist. Dadurch ist Raum geschaffen, um den Außendurchmesser des Stopperrings 14 im Vergleich zu 1 nochmals zu vergrößern, wobei der Außendurchmesser des Stopperring OD_Stopper mehr als 1,6 mal so groß ist, hier sogar rund 2,2 mal so groß wie der Außendurchmesser OD_Welle der Welle 12. Der vergrößerte Außendurchmesser der Lagerbuchse 110 stellt sicher, dass die den Stopperring 14 umgebende Wandung der Lagerbuchse 110 eine bestimmte Dicke aufweist.
Wie oben beschrieben verbessert ein Stopperring mit großem Durchmesser das Schockverhalten des Lagers bei axialer Anregung. Dies wird bei dem Lager nach 2 noch durch ein zusätzliches axiales Pumplager 152 zwischen Stopperring 14 und Lagerbuchse 110 unterstützt, wobei das Pumplager 152 auf einer der beiden Flächen angeordnet sein kann. Der Lagerspalt 16 weist in diesem Bereich eine Breite auf, die sicherstellt, dass sich die Wirkung des Pumplagers 152 erst bei einem axialen Schock, also bei einer Verringerung der Spaltbreite, bemerkbar macht. Dadurch wird der Stromverbrauch im Betrieb ohne axiale Anregung möglichst gering gehalten.
Ein Vorteil der im Durchmesser vergrößerten Lagerbuchse 110 besteht darin, dass in der Wandung der Lagerbuchse 110 Raum geschaffen ist, um einen Rezirkulationskanal 128 parallel zur Lagerbohrung und außerhalb des Axiallagers gestalten zu können, wodurch dieser im Vergleich zu dem Rezirkulationskanal 28 der 1 wesentlich einfacher herzustellen ist.
Der Füllstand des Lagerfluids in der Kapillardichtung 44 kann durch den vergrößerten Durchmesser der Lagerbuchse 110 ohne zusätzliche Mittel nicht eingesehen werden. Daher befindet sich in der Lagerbuchse 110 eine Ölbohrung 150, die parallel zur Lagerbohrung verläuft und deren Mittelachse in die Kapillardichtung 44 mündet. Durch die Ölbohrung 150 ist das Lager mit dem Lagerfluid befüllbar. Auch lässt sich durch die Ölbohrung 150 der Füllstand des Lagerfluids in der Kapillardichtung optisch überprüfen.
Die gezeigte Lagerbuchse 110 ist derart im Durchmesser vergrößert, dass die Statoranordnung 36 auf einer Stufe der Lagerbuchse 110 montierbar ist. Dadurch kann die gesamte Motoreinheit aufgebaut und getestet werden bevor die Lagerbuchse 110 in die Basisplatte 132 eingepresst wird. Die Lagerbuchse 110 wird mit einem Teil ihrer Außenfläche in eine Bohrung der Basisplatte 132 eingepresst.
Im Vergleich zur 1 ist die Fläche der Presspassung zwischen Lagerbuchse 110 und Basisplatte 132 enorm vergrößert. Die Verbindungssteifigkeit steigt mit größerem Durchmesser der Verbindungsmantelfläche. Es ist üblich eine Lagerbuchse zusätzlich zur Presspassung auch adhesiv mit einer Basisplatte zu verbinden. Durch die vergrößerte Pressfläche des Lagers nach 2 kann jedoch auf die Verwendung eines Klebstoffes verzichtet werden.
Da die Basisplatte 132 gemeinhin aus Aluminium besteht und die Lagerbuchse 110 meist aus einem härteren Material, wie zum Beispiel einem Stahl, wird die Basisplatte 132 durch die größere Lagerbuchse 110 zusätzlich versteift. Dies kann die Resonanzfrequenz der Basisplatte 132 in einen kaum hörbaren hochfrequenten Bereich anheben.
Im Vergleich zu dem topfförmigen Rotorbauteil 24 und der Rotornabe 34 der 1 sind diese bei dem Lager der 2 als einteilige Nabe 134 ausgestaltet. Diese ist aus Stahl gefertigt, wodurch ein Rückschlussring (40) nicht mehr notwendig ist. Dadurch wird die Toleranzkette bei der Produktion vorteilhaft verkürzt.

10: Lagerbuchse
12: Welle
14: Stopperring
16: Lagerspalt
18: Rotationsachse
20: Radiallager
22: Radiallager
24: Rotorbauteil
26: Axiallager
28: Rezirkulationskanal
30: Abdeckplatte
32: Basisplatte
34: Nabe
36: Statoranordnung
38: Rotormagnet
40: Rückschlussring
42: Metallring
44: Dichtungsspalt
46: Rille
48: Spalt
110: Lagerbuchse
112: Welle
114: Stopperring
116: Lagerspalt
118: Rotationsachse
120: Radiallager
122: Radiallager
126: Axiallager
128: Rezirkulationskanal
130: Abdeckplatte
132: Basisplatte
134: Nabe
136: Statoranordnung
138: Rotormagnet
144: Dichtungsspalt
148: Spalt
150: Ölbohrung
152: axiales Pumplager

Claims

Fluiddynamisches Lagersystem, insbesondere für einen Spindelmotor zum Antrieb von Speicherplatten eines Festplattenlaufwerkes, welches umfasst: eine Lagerbuchse (10, 110), eine drehbar in einer Lagerbohrung der Lagerbuchse (10, 110) gelagerte Welle (12; 112), ein mit der Welle (12; 112) verbundenes Rotorbauteil (24, 134), einen Lagerspalt (16; 116) gefüllt mit einem Lagerfluid, mit einem axialen Abschnitt zwischen einander gegenüberliegenden Oberflächen der Welle (12; 112) und der Lagerbuchse (10, 110), und einem radialen Abschnitt zwischen einander gegenüberliegenden Oberflächen der Welle (12; 112) und des Rotorbauteils (24, 134), mindestens ein fluiddynamisches Radiallager (20, 22; 120, 122) gebildet durch einander zugeordnete Lagerflächen der Welle (12; 112) und der Lagerbuchse (10, 110), mindestens ein fluiddynamisches Axiallager (26; 126) gebildet durch einander zugeordnete Lagerflächen der Lagerbuchse (10, 110) und des Rotorbauteils (24, 134), und einem an einem Ende der Welle (12; 112) angeordneten Stopperring (14; 114) als Ausfallsicherung für die Welle (12; 112), dadurch gekennzeichnet, dass der Stopperring (14; 114) einen Außendurchmesser OD_Stopper aufweist und die Welle (12; 112) einen Außendurchmesser OD_Welle, wobei gilt:
Fluiddynamisches Lagersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stopperring (14) einen Außendurchmesser OD_Stopper aufweist und die Welle (12) einen Außendurchmesser OD_Welle, wobei gilt:
Fluiddynamisches Lagersystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Stopperring (14; 114) einteilig mit der Welle (12; 112) ausgebildet ist.
Fluiddynamisches Lagersystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Stopperring (14; 114) eine Dicke von 0.4 bis 0.5 mm aufweist.
Fluiddynamisches Lagersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Stopperring (14; 114) in einer sich an die Lagerbohrung anschließenden Aussparung der Lagerbuchse (10, 110) angeordnet ist.
Fluiddynamisches Lagersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparung an einer Stirnseite der Lagerbuchse (10, 110) angeordnet und durch eine Abdeckung (30; 130) verschlossen ist.
Fluiddynamisches Lagersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche des Stopperrings (14; 114) durch einen mit Lagerfluid gefüllten und mit dem axialen Abschnitt des Lagerspalts (16; 116) verbundenen Spalt (48; 148) von den angrenzenden Oberflächen der Lagerbuchse (10, 110) und der Abdeckung (30; 130) getrennt ist.
Fluiddynamisches Lagersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass einander zugewandeten Oberflächen des Stopperrings (114) und der Lagerbuchse (110) ein weiters Axiallager (152) ausbilden.
Fluiddynamisches Lagersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der radiale Abschnitt des Lagerspalts durch einen Dichtungsspalt (44; 144) abgedichtet ist, der teilweise mit Lagerfluid gefüllt ist und eine Kapillardichtung ausbildet.
Fluiddynamisches Lagersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass auf einer Lagerfläche der Lagerbuchse (10; 110) und/oder auf einer Lagerfläche der Welle (12; 112) Druck erzeugende Lagerstrukturen ausgebildet sind als Teil des fluiddynamischen Radiallagers (20, 22; 120, 122).
Fluiddynamisches Lagersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass auf einer Lagerfläche der Lagerbuchse (10, 110) und/oder einer dieser Lagerfläche gegenüber liegenden Lagerfläche des Rotorbauteils (24, 134) Druck erzeugende Lagerstrukturen ausgebildet sind als Teil des fluiddynamischen Axiallagers (26; 126).
Spindelmotor mit einem Stator und einem Rotor, der mittels des fluiddynamischen Lagersystems gemäß den Ansprüchen 1 bis 11 gegenüber dem Stator drehgelagert ist, und einem elektromagnetischen Antriebssystem (36, 38, 40; 136, 138) zum Antrieb des Rotors.
Festplattenlaufwerk mit einem Spindelmotor gemäß Anspruch 12 zum Drehantrieb von mindestens einer magnetischen Speicherplatte, sowie einer Schreib- und Lesevorrichtung zum Schreiben und Lesen von Daten auf oder von der magnetischen Speicherplatte.