DE102009035124A1 - Fluiddynamisches Lagersystem - Google Patents

Fluiddynamisches Lagersystem Download PDF

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Martin Engesser
Stefan Schwamberger
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Minebea Co Ltd
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    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K5/00Casings; Enclosures; Supports
    • H02K5/04Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof
    • H02K5/16Means for supporting bearings, e.g. insulating supports or means for fitting bearings in the bearing-shields
    • H02K5/167Means for supporting bearings, e.g. insulating supports or means for fitting bearings in the bearing-shields using sliding-contact or spherical cap bearings
    • H02K5/1675Means for supporting bearings, e.g. insulating supports or means for fitting bearings in the bearing-shields using sliding-contact or spherical cap bearings radially supporting the rotary shaft at only one end of the rotor

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein fluiddynamisches Lagersystem mit einem ersten Lagerbauteil und einem zweiten Lagerbauteil, die relativ zueinander drehbar gelagert sind, wobei zwischen den Lagerbauteilen ein mit einem Lagerfluid gefüllter Lagerspalt angeordnet ist. Der Lagerspalt weist zwei Öffnungen auf, die durch Dichtungsmittel abgedichtet sind. Erfindungsgemäß umfasst das Lagersystem höchstens drei separate Bauteile, und es ist eine mit dem Lagerspalt verbundene dritte Öffnung vorhanden, wobei der Lagerspalt (18) kontinuierlich mit Lagerfluid gefüllt ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein fluiddynamisches Lagersystem nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, insbesondere zu Drehlagerung eines Spindelmotors.
  • Stand der Technik
  • Für die Drehlagerung von Elektromotoren sind einseitig offene fluiddynamische Lagersysteme, z. B aus US 6 984 069 B2 (Hoffmann et al.) und zweiseitig offene Lagersysteme, z. B. aus DE 10 2004 045 629 A1 bekannt.
  • Einseitig offene Lager eignen sich besonders wenn die drehbeweglichen Bauteile des Lagers nur aus einer Seite aus dem Lagersystem ragen. Wird eine durchgehende Welle verlangt, so eignen sich zweiseitig geöffnete Lagersysteme. In jedem Lagersystem ist ein gewisser Fluidvorrat vorgesehen, aus dem im Laufe der Zeit verdampfendes Lagerfluid ersetzt wird, so dass eine ausreichend lange Betriebsdauer des Lagersystems sichergestellt wird.
  • Fluiddynamische Lager sind in der Fertigung relativ teuer, da sie meist über eine große Anzahl von Bauteilen und einen komplizierten Aufbau verfügen. Bei preiswerten Elektromotoren, wo es hauptsächlich auf Kostenersparnis ankommt, können daher herkömmliche fluiddynamische Lagersystems aus Kostengründen nicht verwendet werden.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein fluiddynamisches Lager zu schaffen, das einfach und preiswert aufgebaut ist und dennoch eine hohe Zuverlässigkeit und Lebensdauer aufweist.
  • 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 fluiddynamische Lagersystem umfasst ein erstes Lagerbauteil und ein zweites Lagerbauteil, die relativ zueinander drehbar gelagert sind. Zwischen den Lagerbauteilen ist ein mit einem Lagerfluid gefüllter Lagerspalt angeordnet, der zwei Öffnungen aufweist, die mittels Dichtungsmitteln abgedichtet sind. Erfindungsgemäß umfasst das Lagersystem höchstens drei separate Bauteile, wobei eine mit dem Lagerspalt verbundene dritte Öffnung vorhanden ist.
  • Das erfindungsgemäße Lagersystem ist besonders geeignet für Elektromotoren mit Rotoren, die das Lagersystem axial nur in einer Richtung belasten. Solche Rotoren können z. B. sein: Rotoren mit festgelegter Einbaulage (durch ihre Gewichtskraft), Rotoren, die durch äußere Kräfte in nur einer Richtung belastet werden (z. B. waagerecht ausblasende Axiallüfter), Rotoren, die so vorgespannt sind, dass die Vorspannung die einwirkenden Kräfte auffangen kann, und Kombinationen aus diesen Rotoren.
  • Das erfindungsgemäß einfach gehaltene fluiddynamische Lagersystem besteht im Extremfall aus nur zwei, aber höchstens drei Bauteilen. Ein erstes Lagerbauteil umfasst eine Welle, die eine mit der Welle vorzugsweise einteilig ausgebildete, ringförmige Lagerplatte aufweist. Das zweite Lagerbauteil umfasst eine im Wesentlichen zylindrische Lagerbuchse. Die Lagerbuchse kann eine an die erste Lagerplatte angrenzende zweite Lagerplatte aufweisen, die ebenfalls vorzugsweise einteilig mit der Lagerbuchse ausgebildet ist. Zwischen der Welle, der Lagerbuchse und den beiden Lagerplatten befindet sich der Lagerspalt, der kontinuierlich mit Lagerfluid gefüllt ist. Die beiden Öffnungen des Lagerspalts sind mit statischen Kapillardichtungen oder fluiddynamischen Dichtungen ausgestattet. Die fluiddynamischen Dichtungen pumpen im Betrieb das Lagerfluid in das Innere des Lagerspaltes, bis sich ein Druckgleichgewicht einstellt. Die dritte Öffnung ist über einen Kanal oder einen Spalt mit dem Lagerspalt verbunden und bildet vorzugsweise ein Vorratsreservoir für das Lagerfluid. Das Vorratsreservoir ist teilweise mit Lagerfluid gefüllt und mit der Umgebungsluft verbunden, so dass ein Druckausgleich stattfinden kann. Die dritte Öffnung wird vorzugsweise dort platziert, wo sie vor Verschmutzung geschützt ist.
  • Vorzugsweise ist der Kanal, der die dritte Öffnung mit dem Lagerspalt verbindet, im ersten Lagerbauteil, also der Welle, angeordnet. Die Anordnung des Vorratsvolumens nahe an der Rotationsachse hat Vorteile, da dadurch auf das Lagerfluid wirkende Fliehkräfte vermieden werden. Dies erhöht die möglichen Betriebsdrehzahlen des Lagersystems. Die beiden anderen Öffnungen des Lagerspaltes sind vorzugsweise durch einen sehr engen Spalt mit der Umgebung verbunden, wodurch das Lagerfluid ebenfalls vor Verschmutzung geschützt wird.
  • Die dritte Öffnung kann durch einen luftdurchlässigen Filter verschlossen sein, was einen Schmutzeintrag in den Lagerspalt sicher vermeidet.
  • Der Kanal, der die dritte Öffnung mit dem Lagerspalt verbindet, mündet vorzugsweise zwischen den beiden Radiallagern in den Lagerspalt. Der Kanal kann jedoch auch zwischen einem Radiallager und dem Axiallager in den Lagerspalt münden.
  • Das Lagersystem umfasst vorzugsweise zwei axial voneinander beabstandete fluiddynamische Radiallager und ein fluiddynamisches Axiallager. Das Axiallager kann als Luftlager ausgebildet sein.
  • Die beiden Radiallager sind vorzugsweise durch einander zugewandete Lagerflächen der Welle und der Lagerbuchse gebildet. Das Axiallager wird gebildet durch einander zugewandte Lagerflächen der ersten und der zweiten Lagerplatte.
  • Zusätzlich zu dem ersten fluiddynamischen Axiallager kann ein zweites, magnetisches Axiallager vorgesehen sein, das dem fluiddynamischen Axiallager entgegenwirkend ausgebildet ist.
  • Das fluiddynamische Lagersystem dient insbesondere zur Drehlagerung eines Rotors eines Elektromotors.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand von mehreren Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die Zeichnungsfiguren näher erläutert. Hierbei ergeben sich weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1: zeigt eine erste Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Lagersystems
  • 1a: zeigt eine Abwandlung des Lagersystems aus 1
  • 2: zeigt eine zweite Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Lagersystems
  • 3: zeigt eine dritte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Lagersystems
  • 4: zeigt einen Schnitt durch einen Elektromotor mit dem erfindungsgemäßen Lagersystem
  • 5: zeigt einen Schnitt durch einen Elektromotor in einer anderen Ausgestaltung
  • 6: zeigt einen Schnitt durch einen Elektromotor in einer weiteren Ausgestaltung
  • 7: zeigt eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Lagersystems
  • 8: zeigt eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Lagersystems
  • 9: zeigt eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Lagersystems
  • 10: zeigt eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Lagersystems
  • 11: zeigt eine Abwandlung des Lagersystems gemäß 10
  • 12: zeigt eine Abwandlung des Lagersystems gemäß 10
  • 13: zeigt eine Draufsicht auf die Lagerplatte von 11
  • 14: zeigt eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Lagersystems
  • 15: zeigt eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Lagersystems
  • 16: zeigt eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Lagersystems
  • 17: zeigt eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Lagersystems
  • Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung
  • 1 zeigt einen Schnitt durch eine erste Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Lagersystems. Der grundsätzliche Aufbau, der nun im Zusammenhang mit 1 beschrieben wird, lässt sich auch auf die weiteren beschriebenen Ausgestaltungen der Erfindung übertragen. Gleiche Bauteile oder Bauteile mit den gleichen Funktionen sind immer mit denselben Bezugszeichen bezeichnet.
  • Das Lagersystem umfasst ein erstes Lagerbauteil, das z. B. aus einer Welle 10 besteht, die in Richtung eines Endes eine erste Lagerplatte 12 umfasst. Die erste Lagerplatte 12 ist einteilig mit der Welle 10 ausgebildet. Eine im Wesentlichen zylindrische Lagerbuchse 14 bildet ein zweites Lagerbauteil. Die Lagerbuchse 14 weist eine Lagerbohrung auf, deren Durchmesser geringfügig größer ist, als der Durchmesser der Welle 10. Ferner kann die Lagerbuchse 14 an einem Ende eine zweite Lagerplatte 16 umfassen, welche die Lagerbuchse 14 radial verbreitert. Auch die Lagerplatte 16 ist einteilig mit der Lagerbuchse 14 ausgebildet. Zwischen den beiden Lagerbauteilen wird ein Lagerspalt 18 gebildet, der mit einem Lagerfluid, vorzugsweise einem flüssigen Lagerfluid, gefüllt ist. Der Lagerspalt 18umfasst einen axial, d. h. parallel zur Drehachse verlaufenden Abschnitt, entlang welchem zwei voneinander beabstandete Radiallager 22, 24 angeordnet sind. Die beiden Radiallager 22, 24 sind getrennt durch einen Spaltabschnitt mit größerem Spaltabstand, dem sogenannten Separatorspalt 20. Die beiden Radiallager 22, 24 werden gebildet durch Lagerrillenstrukturen, die auf den Lageroberflächen der Welle 10 und/oder der Lagerbuchse 14 angeordnet sind. Die Stirnseite der Lagerbuchse 14 bzw. die zweite Lagerplatte 16 bildet zusammen mit der ersten Lagerplatte 12 einen radial verlaufenden Abschnitt des Lagerspaltes 18, entlang welchem ein fluiddynamisches Axiallager 26 angeordnet ist. Auch das Axiallager 26 wird gebildet durch Lagerrillenstrukturen, die auf der Oberfläche der Lagerbuchse 14 bzw. Lagerplatte 16 und/oder der Oberfläche der Lagerfläche 12 angeordnet sind.
  • Der Lagerspalt 18 weist zwei offene Enden auf, die jeweils durch Dichtungsmittel abgedichtet sind. Die Dichtungsmittel können beispielsweise Kapillardichtungen 28, 30 aufweisen, die sich ausgehend von Lagerspalt konisch öffnen und somit das Lagerfluid im Lagerspalt festhalten.
  • Erfindungsgemäß weist das erste Lagerbauteil, vorzugsweise die Welle 10, einen Kanal 32 auf, der sich etwa bis zur halben Länge der Welle 10 erstreckt und in einer Querbohrung 34 mündet. Die Querbohrung 34 mündet wiederum in den Separatorspalt 20. Durch den Kanal 32 und die Querbohrung 34 ist der Zwischenraum bzw. der Separator-spalt 20 zwischen den beiden Radiallagern 22, 24 mit der Umgebung verbunden. Die Querbohrung 34 ist vollständig mit Lagerfluid gefüllt. Der Kanal 32 bildet die dritte Öffnung des Lagerspaltes und ist anteilig mit Lagerfluid gefüllt, wobei der Füllstand in einem Fluidminiskus 36 endet. Das Lagerfluid wird im Kanal 32 ebenfalls durch Kapillarwirkung gehalten. Der Kanal 32 bzw. das darin enthaltene Lagerfluid dient als Vorratsvolumen und verlängert somit. die Lebensdauer des Lagersystems, da verdampfendes Lagerfluid aus dem Vorratsvolumen ersetzt werden kann.
  • 1a zeigt eine abgewandelte Ausgestaltung des Lagersystems von 1. Der Unterschied zur 1 besteht in der Ausgestaltung des Kanals 32, der in Richtung der Querbohrung 34 konisch zuläuft. Der Fluidminiskus 36 befindet sich im konischen Bereich des Kanals 32. Dies verbessert die kapillare Dichtwirkung. Der Kanal 32 ist nach außen durch einen Luftfilter 38 abgeschlossen. Dieser Luftfilter 38 ist luftdurchlässig, verhindert jedoch Eindringen von Schmutz in den Kanal.
  • 2 zeigt eine Ausgestaltung des fluiddynamischen Lagersystems, mit in etwa demselben Grundbau von 1. Im Unterschied zur 1 weist die Welle 10 im oberen Bereich einen Bund 11 auf, der in einem geringen Abstand zur Stirnseite der Lagerbuchse 14 angeordnet wird. Die erste Lagerplatte 12 ist als ein zur Welle 10 separates Bauteil ausgebildet und wird beispielsweise auf die Welle 10 aufgepresst. Bei dieser Ausgestaltung wird die Abdichtung des Lagerspaltes 18 durch dynamische Pumpdichtungen vorgenommen. Jenseits des ersten Radiallagers 22 befindet sich zwischen den einander zugewandten Oberflächen des Bundes 11 und der Lagerbuchse 14 eine erste Pumpdichtung 40, die aus Rillenstrukturen besteht, die bei relativer Drehung der beiden Lagerbauteile eine Pumpwirkung in Richtung des Lagerspaltes 18 erzeugen. Das zweite offene Ende des Lagerspaltes 18 wird durch die Lagerrillenstrukturen des Axiallagers 26 abgedichtet. Hierzu ist das Axiallager asymmetrisch ausgebildet, d. h. die Pumpwirkung des Axiallagers 26 ist überwiegend nach innen in Richtung des Lagerspaltes 18 gerichtet, so dass eine Abdichtung des Lagerspaltes 18 erzielt wird.
  • Für den Betrieb des Lagersystems in einem Elektromotor kann beispielsweise die Lagerbuchse 14 als feststehendes Bauteil ausgebildet sein und einen elektrischen Stator 42 tragen. Der Bund 11 wirkt gleichzeitig als Stopper, der eine übermäßige axiale Relativbewegung von Welle 10 und Lagerbuchse 14 verhindert.
  • 3 zeigt eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Lagersystems, das im Wesentlichen der Ausgestaltung aus 1 entspricht. Die Dichtungsspalte 28, 30 sind in dieser Ausführung als Nuten in den Lagerbauteilen ausgebildet und dichten den Lagerspalt 18 nach außen ab. Der Kanal 32 ist an dem der Lagerplatte 12 gegenüberliegenden Ende der Welle 10 vorgesehen und mündet in die Querbohrung 34, welche den Separatorspalt 20 mit der Umgebung verbindet.
  • 4 zeigt einen Schnitt durch einen Elektromotor mit erfindungsgemäßem Lagersystem. Das Lagersystem entspricht dem in 3 gezeigten Lagersystem. An der feststehenden Lagerbuchse ist eine Statoranordnung 42 angeordnet, die Teil eines elektromagnetischen Antriebssystems ist. Die Welle 10 trägt einen etwa becherförmigen Rotor 44, an welchem ein Rotormagnet 46 gegenüberliegend des Stators 42 und durch einen Luftspalt getrennt angeordnet ist. Der Rotormagnet 46 ist ebenfalls Teil des elektromagnetischen Antriebssystems. Durch entsprechende Bestromung der Statorwicklungen 42 wird der Rotor aufgrund des Rotormagneten 44 in Drehung versetzt und nimmt die Welle 10 mit. Da nur ein Axiallager 26 vorhanden ist, muss dieses entsprechend axial vorgespannt werden. Die axiale Vorspannung des Lagers erfolgt hier mit magnetischen Mitteln. Hierzu ist der Rotormagnet 46 so angeordnet, dass die magnetische Mitte des Rotormagnets 46 relativ zur Mitte des Stators 42 axial um den Betrag d versetzt ist. Dadurch ergibt sich eine axial wirkende magnetische Kraft, die der vom Axiallager 26 erzeugten Kraft entgegenwirkt.
  • 5 zeigt einen Schnitt durch einen Elektromotor, der nahezu identisch zu dem Motor aus 4 ausgebildet ist. Im Unterschied zur 4, liegen die magnetischen Mitten von Rotormagnet 46 und Stator 42 in dieser Ausgestaltung auf derselben axialen Höhe. In dieser Ausgestaltung ist der Rotor 44, welcher den Rotormagneten 46 trägt im unteren Bereich verlängert und etwa L-förmig um den Außenumfang der Lagerplatte 16 gebogen. Am äußeren Rand der Lagerplatte 16 ist eine magnetische Zugplatte 48 vorgesehen. Die Zugplatte 48 wirkt mit dem L-förmigen Falz 44a des Rotors 44 zusammen und erzeugt eine magnetische Kraft. Diese magnetische Kraft dient zur Vorspannung des Axiallagers 26.
  • 6 zeigt eine weitere abgewandelte Ausgestaltung des Motors aus den 4 und 5. Der wesentliche Unterschied besteht wiederum in der Ausgestaltung des Rotors 44 sowie der Ausgestaltung der magnetischen Vorspannung für das Axiallager 26. In dieser Ausgestaltung ist der äußere Rand 16a der Lagerbuchse 14 bzw. der Lagerplatte 16 als Magnet bzw. aus magnetischem Material ausgebildet. Der Rotor 44 endet radial gegenüberliegend und außerhalb des Außenumfangs der Lagerplatte 16 und wird von dieser magnetisch angezogen. Dies stabilisiert den Rotor 44 in der dargestellten Position und dient als Vorspannung für das Axiallager 26. Zu einer verbesserten Führung der magnetischen Feldlinien kann der Rotor 44 an seinem unteren Rand Schlitze aufweisen, die mit den Polgrenzen des Rotormagneten 46 zusammenfallen.
  • 7 zeigt eine Ausgestaltung des Lagersystems, bei der der Lagerspalt 18 wiederum durch zwei Kapillardichtungen 28 und 30 abgedichtet ist. Der mit Lagerfluid, vorzugsweise einem flüssigen Lagerfluid, gefüllte Bereich des Lagerspalts 18 umfasst jedoch nur den axialen Abschnitt des Lagerspalt, d. h. den Abschnitt, entlang welchem die beiden Radiallager 22, 24 angeordnet sind. Das Axiallager 26 ist als Luftlager ausgebildet, nutzt also Luft als Lagerfluid. Der Dichtungsbereich 30 grenzt direkt an das Radiallager 24 an und wird über eine separate Bohrung 37 mit der Umgebung verbunden, so dass ein Druckausgleich erfolgen kann.
  • 8 zeigt einen Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Lager, bei dem die Bohrung 32, welche die dritte Öffnung mit dem Lagerspalt verbindet, nahezu über die gesamte Länge der Welle 10 ausgeführt ist und über eine Querbohrung 34 in einen Bereich des Lagerspaltes mündet, der zwischen einem Radiallager 24 und dem sich daran anschließenden Axiallager 26 liegt. Es wird also der Bereich zwischen dem Radiallager 24 und dem Axiallager 26 mit der Umgebung verbunden. Der Kanal 32 kann wiederum durch einen Luftfilter 38 verschlossen sein.
  • 9 zeigt eine ähnliche Ausgestaltung wie sie in 8 gezeigt ist. Hierbei wird der Kanal nicht entlang der Welle 10 eingebracht, sondern der Kanal 32 wird durch die Lagerplatte 12 geführt und mündet in einen Bereich des Lagerspalts 18zwischen dem Radiallager 24 und dem Axiallager 26. Der Kanal 32 ist als Schrägbohrung ausgebildet und anteilig mit Lagerfluid gefüllt. Der Kanal 32 kann mit einem Luftfilter 38 verschlossen werden. Vorteil gegenüber 8 ist, dass lediglich eine Bohrung zur Realisierung des Kanals 32 notwendig ist.
  • Die 10 bis 17 zeigen erfindungsgemäße Lagersysteme, bei denen der Kanal zur Verbindung der dritten Öffnung mit dem Lagerspalt nicht in der Welle, sondern vorzugsweise zwischen der Welle 10 und der Lagerplatte 12 ausgebildet ist.
  • 10 zeigt einen Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Lagersystem, bei dem der Lagerspalt 18 zwischen dem Radiallager 24 und dem Axiallager 26 belüftet wird. Hierzu ist in der Lagerplatte 12 im Bereich der Verbindung von Lagerplatte 12 und Welle 10 mindestens ein Kanal 50 vorgesehen, der den Lagerspalt 18 mit der Umgebungsluft verbindet. Der Kanal 50 ist durch einen Dichtungsspalt 52 abgedichtet. Der Dichtungsspalt 52 kann sich konisch nach außen erweitern und eine konische Kapillardichtung bilden.
  • 11 zeigt eine abgewandelte Ausgestaltung des Lagersystems, insbesondere im Dichtungsbereich der Kapillardichtung 52. Es ist hier ebenfalls eine konische Kapillardichtung vorgesehen, wobei der Konus jedoch durch ein konisches Zulaufen der Welle 10 erzielt wird. In 10 wurde der Konus durch konische Erweiterung der Lagerplatte 12 erzielt.
  • 12 zeigt eine abgewandelte Ausgestaltung des Dichtungsbereichs, wobei der Kanal 50, der den Lagerspalt 18 mit der Umgebung verbindet, in einem Dichtungsspalt 52 endet, der als Nut oder Aussparung in der Welle 10 vorgesehen ist.
  • 13 zeigt schematisch eine Draufsicht auf die in 11 gezeigte Lagerplatte 12. Man erkennt mehrere Kanäle 50, die entlang des Durchmessers der Bohrung für die Aufnahme der Welle 10 angeordnet sind.
  • 14 zeigt eine Ausgestaltung der Erfindung, bei der der Lagerspalt 18 ebenfalls über einen Kanal 50 mit der Umgebungsluft verbunden ist, der zwischen der Welle 10 und der Lagerplatte 12 verläuft. Durch konische Abschrägung der Welle bzw. der gegenüberliegenden Flächen der Lagerplatte 12 wird ein konischer Dichtungsspalt 52 gebildet, dessen Wandungen beide nach innen in Richtung der Rotationsachse geneigt sind.
  • 15 zeigt eine Ausgestaltung der Erfindung, bei der die dritte Öffnung wie auch bei beispielsweise 14, zwischen dem Außenumfang der Welle und der Lagerplatte 12 vorgesehen ist. Allerdings schließt sich der Dichtungsspalt 52 hier direkt an den Lagerspalt 18 an und wird über einen relativ dünnen Kanal 50 belüftet, d. h. mit der Außenumgebung verbunden. Der Dichtungsspalt ist konisch geformt und durch eine konische Aussparung in der Lagerplatte 12 gebildet.
  • 16 zeigt eine Ausgestaltung, bei der der Dichtungsspalt 52 direkt an den Lagerspalt 18 angrenzt und bei dem beide Begrenzungsflächen in Richtung der Rotationsachse geneigt sind. Die Welle 10 weist einen konischen Abschnitt auf, wie auch die Aussparung in der Lagerplatte 12, so dass sich diese doppelt konische Form ergibt. Der Dichtungsspalt 52 ist über einen sehr dünnen Kanal 50 mit der Außenumgebung verbunden.
  • 17 zeigt schließlich eine ähnliche Ausgestaltung wie 16, was die konische Dichtung 52 und den Belüftungskanal 50 der dritten Öffnung des Lagers betrifft. Der radial verlaufende Abschnitt des Lagerspaltes 18 ist hierbei über den Außendurchmesser des Axiallagers 26 verlängert und geht über in einen zweiten axialen Abschnitt des Lagerspaltes, der durch den Außenumfang der Lagerplatte 12 sowie einen Rand der Lagerbuchse 14 gebildet wird. Dieser axiale Abschnitt beinhaltet einen Dichtungsspalt 30, der den Lagerspalt an diesem Ende gegenüber der Umgebung abdichtet.
  • Bezugszeichenliste
  • 10
    Welle
    11
    Bund
    12
    Lagerplatte
    14
    Lagerbuchse
    16
    Lagerplatte
    16a
    Rand
    18
    Lagerspalt
    20
    Separatorspalt
    22
    Radiallager
    24
    Radiallager
    26
    Axiallager
    28
    Dichtungsspalt
    30
    Dichtungsspalt
    32
    Kanal
    34
    Querbohrung
    36
    Fluidmeniskus
    37
    Bohrung
    38
    Luftfilter
    40
    Pumpdichtung
    42
    Statoranordnung
    44
    Rotor
    44a
    Falz
    46
    Rotormagnet
    48
    Zugring
    50
    Kanal
    52
    Dichtungsspalt
    d
    Offset
  • 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 6984069 B2 [0002]
    • - DE 102004045629 A1 [0002]

Claims (15)

  1. Fluiddynamisches Lagersystem mit einem ersten Lagerbauteil (10) und einem zweiten Lagerbauteil (14), die relativ zueinander drehbar gelagert sind, wobei zwischen den Lagerbauteilen (10; 14) ein mit einem Lagerfluid gefüllter Lagerspalt (18) angeordnet ist, der zwei Öffnungen aufweist, die durch Dichtungsmittel (28; 30) abgedichtet sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Lagersystem höchstens drei separate Bauteile umfasst, und eine mit dem Lagerspalt verbundene dritte Öffnung vorhanden ist, wobei der Lagerspalt (18) kontinuierlich mit Lagerfluid gefüllt ist.
  2. Fluiddynamisches Lagersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Lagerbauteil eine Welle (10) umfasst, die eine erste Lagerplatte (12) aufweist.
  3. Fluiddynamisches Lagersystem nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Lagerbauteil eine im wesentlichen zylindrische Lagerbuchse (14) umfasst.
  4. Fluiddynamisches Lagersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerbuchse (14) eine an die erste Lagerplatte angrenzende zweite Lagerplatte (16) aufweist.
  5. Fluiddynamisches Lagersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Öffnung über einen Kanal (32; 59) oder einen Spalt mit dem Lagerspalt (18) verbunden ist.
  6. Fluiddynamisches Lagersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal (32; 50) oder Spalt teilweise mit Lagerfluid gefüllt ist.
  7. Fluiddynamisches Lagersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal (32) im ersten Lagerbauteil (10) angeordnet ist.
  8. Fluiddynamisches Lagersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal (32) durch einen luftdurchlässigen Filter (38) verschlossen ist.
  9. Fluiddynamisches Lagersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass es zwei axial voneinander beabstandete fluiddynamische Radiallager (22; 24) und ein fluiddynamisches Axiallager (26) umfasst.
  10. Fluiddynamisches Lagersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal (32) oder Spalt zwischen den beiden Radiallagern (22; 24) in den Lagerspalt (18) mündet.
  11. Fluiddynamisches Lagersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanal (32) oder Spalt zwischen einem Radiallager (24) und dem Axiallager (26) in den Lagerspalt (18) mündet.
  12. Fluiddynamisches Lagersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Radiallager (22; 24) durch einander zugewandte Lagerflächen der Welle (10) und der Lagerbuchse (14) gebildet sind.
  13. Fluiddynamisches Lagersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Axiallager (26) durch einander zugewandte Lagerflächen der Welle oder der ersten und der zweiten Lagerplatte (12; 16) gebildet ist.
  14. Fluiddynamisches Lagersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein magnetisches Axiallager (46; 38) vorgesehen ist, das dem fluiddynamischen Axiallager (26) entgegenwirkend ausgebildet ist.
  15. Elektromotor mit einem Stator (42) und einem Rotor (44), der mittels des fluiddynamischen Lagersystems gemäß den Ansprüche 1 bis 14 relativ zum Stator drehgelagert ist.
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Citations (9)

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