DE102009048519A1 - Hydrodynamic bearing for a spindle motor, comprises stationary bearing bushes, a shaft rotatably arranged coaxial to the bearing bushes, a bearing gap, which is filled with a bearing fluid, and a pressure plate with the shaft - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Hydrodynamisches Lager, insbesondere für einen Spindelmotor, mit einer feststehenden Lagerbuchse, mit einer koaxial darin angeordneten, drehbaren Welle und mit einem Lagerspalt, der mit einem Lagerfluid gefüllt ist, wobei wenigstens zwei Teile des Lagers mit einer umlaufenden Schweißnaht miteinander verschweißt sind, insbesondere eine Druckplatte mit der Welle und/oder eine Nabe mit der Welle und/oder die Lagerbuchse mit einer Gegendruckplatte und/oder die Lagerbuchse mit einer Grundplatte.The invention relates to a hydrodynamic bearing, in particular for a spindle motor, with a fixed bearing bush, with a coaxial arranged therein, rotatable shaft and with a bearing gap which is filled with a bearing fluid, wherein at least two parts of the bearing with a circumferential weld with each other are welded, in particular a pressure plate with the shaft and / or a hub with the shaft and / or the bearing bush with a counter-pressure plate and / or the bearing bush with a base plate.
Ein solches hydrodynamisches Lager weist beispielsweise eine Druckplatte auf, die mit der Welle drehfest verbunden ist. Diese Druckplatte ist an einem axialen Ende des Lagers angeordnet, wobei die Lagerbuchse eine Öffnung zum axialen Einsetzen dieser Druckplatte hat. Diese Öffnung wird durch eine Gegendruckplatte verschlossen. Die Gegendruckplatte wird im Stand der Technik beispielsweise durch ein Laserschweißverfahren mit der Lagerbuchse verschweißt. Dabei wird in der Regel ein gepulster Laser eingesetzt, wobei die Schweißnaht durch viele sich überlappende Punktschweißungen entsteht. Nachteilig dabei ist, dass die Schweißnaht sehr unregelmäßig ist und die Gefahr besteht, dass die Schweißverbindung nicht vollständig dicht ist. Die Dichtheit einer Schweißnaht wird mit Helium getestet, wobei durch die Schweißnaht diffundierendes Helium detektiert wird. Bei einem nicht heliumdichten Lager kann im Betrieb Luft in den Lagerspalt eindringen und/oder Lagerfluid austreten, was beides zum Ausfall des Lagers führen kann. Zusätzlich kann durch den gepulsten Laser Metall von der Schweiß-Stelle gelöst und weggeschleudert werden, so dass das Lager durch Metallpartikel verunreinigt wird. Weiterhin hat die Schweißnaht eine unregelmäßige und hervorstehende Oberfläche. Daher ist eine aufwändige und teure Nachbearbeitung und Reinigung der verschweißten Teile notwenig.Such a hydrodynamic bearing has, for example, a pressure plate which is non-rotatably connected to the shaft. This pressure plate is arranged at an axial end of the bearing, wherein the bearing bush has an opening for the axial insertion of this pressure plate. This opening is closed by a counter pressure plate. The counter-pressure plate is welded in the prior art, for example by a laser welding process with the bearing bush. In this case, a pulsed laser is usually used, wherein the weld is formed by many overlapping Punktschweißungen. The disadvantage here is that the weld is very irregular and there is a risk that the weld is not completely tight. The tightness of a weld is tested with helium, whereby diffusing helium is detected by the weld. In the case of a non-helium-tight bearing, air can penetrate into the bearing gap during operation and / or bearing fluid can escape, which can lead to failure of the bearing both. In addition, the pulsed laser can release metal from the weld site and throw it away, contaminating the bearing with metal particles. Furthermore, the weld has an irregular and protruding surface. Therefore, a complex and expensive reworking and cleaning of the welded parts is necessary.
Neuere Schweißverfahren verwenden daher einen Dauerlaserstrahl (CW-Laser), um im so genannten SHADOW-Schweißverfahren eine kontinuierliche Schweißnaht zu erzeugen. Eine Modifikation dieses Verfahrens sieht vor, den Laserstrahl zusätzlich zu seiner Vorschubrichtung mit einer bestimmten Frequenz ringförmig oder im Zick-Zack oder entsprechend abzulenken. Diese Schweißverfahren werden ausführlich beschrieben in dem Artikel
Aufgabe der Erfindung ist es daher ein hydrodynamisches Lager zu schaffen, das einfacher und kostengünstiger herstellbar ist und dessen Schweißverbindungen heliumdicht sind.The object of the invention is therefore to provide a hydrodynamic bearing that is easier and less expensive to produce and whose welded joints are helium-tight.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Schweißnaht vollständig in einer umlaufenden Nut angeordnet ist und mit einem Wobbel-Laser-Schweißverfahren erzeugt ist, bei dem der Laserstrahl mit einer Wobbel-Frequenz und einer Wobbel-Amplitude bewegt wird.This object is achieved in that the weld is arranged completely in a circumferential groove and is produced by a wobble laser welding method in which the laser beam is moved with a sweep frequency and a sweep amplitude.
Da die Schweißnaht innerhalb der Nut versenkt liegt, wird die Schmelze beim Schweißprozess zuverlässig über der Stosskante erzeugt und dort gehalten, wodurch eine heliumdichte Schweißnaht entsteht.Since the weld is sunk within the groove, the melt is reliably generated during the welding process over the butt edge and held there, creating a helium-tight weld.
Zudem steht die Schweißnaht nicht von der Oberfläche der verschweißten Teile hervor. Die Schweißnaht muss daher nicht nachbearbeitet werden, da eventuelle Unebenheiten nicht störend von der Oberfläche abstehen.In addition, the weld does not protrude from the surface of the welded parts. The weld must therefore not be reworked, as any bumps do not interfere with the surface protrude.
Zudem verhindern die Seitenwände der Nut dass Metallpartikel von der Schweißnaht weggeschleudert werden und andere Stellen des Lagers verunreinigen.In addition, the side walls of the groove prevent metal particles from being thrown off the weld and contaminating other parts of the bearing.
Insbesondere entscheidend ist jedoch, dass die Schweißverbindung durch das Wobbel-Schweißverfahren erzeugt ist. Dabei wird ein Dauer-Laserstrahl ringförmig entlang der Schweißnaht abgelenkt, wie bereits aus dem Stand der Technik bekannt. Der Laserstrahl beschreibt dabei genau einen Umlauf, ohne nennenswerte Überlappung.In particular, however, it is crucial that the welded joint is produced by the wobble welding process. In this case, a continuous laser beam is deflected annularly along the weld, as already known from the prior art. The laser beam describes exactly one circulation, without appreciable overlap.
Zusätzlich zu dieser ringförmigen Grundbahn führt der Laserstrahl eine Wobbel-Bewegung aus, wobei der Laserstrahl relativ zu dem ringförmigen Pfad bewegt wird, beispielsweise kreist oder pendelt. Dabei überlappen sich die einzelnen Schleifen der Wobbel-Bewegung jeweils, so dass eine insgesamt ringförmig geschlossene Schweißnaht entsteht.In addition to this basic annular path, the laser beam performs a wobble motion, wherein the laser beam is moved relative to the annular path, for example, circles or oscillates. there The individual loops of the wobble movement overlap each other, so that an overall ring-shaped closed weld is formed.
Die Breite der Schweißnaht hängt demnach nicht mehr vom Durchmesser des Laserstrahls, sondern von der Amplitude der überlagerten Wobbel-Bewegung ab. Der Vorteil dabei ist, dass der Laserstrahl einen geringeren Durchmesser haben kann als die gewünschte Breite der Schweißnaht beträgt. Dadurch ist die Verwendung eines leistungsschwächeren Lasers möglich. Zusätzlich lässt sich die Breite der Schweißnaht unabhängig vom Laserstrahl variieren, so dass mit einer Laseranlage viele verschiedene Schweißaufgaben abgedeckt werden können, wodurch die Herstellungskosten reduziert werden.The width of the weld therefore no longer depends on the diameter of the laser beam, but on the amplitude of the superimposed wobble movement. The advantage here is that the laser beam can have a smaller diameter than the desired width of the weld is. This makes it possible to use a less powerful laser. In addition, the width of the weld can be varied independently of the laser beam, so that many different welding tasks can be covered with a laser system, whereby the manufacturing costs are reduced.
Damit die Schweißnaht vollständig innerhalb der Nut liegt und der Laserstrahl die Nutwände nicht überschreitet, muss die Wobbel-Amplitude plus die Strahl-Breite des Laserstrahls kleiner sein als die Nut-Breite, wobei die Amplitude jeweils von der Strahlmitte gemessen wird. Dabei ist die Nuttiefe so gewählt, dass Aufwürfe und die Rauheit der Schweißnaht vollständig innerhalb der Nut liegen. Durch die Wobbel-Bewegung entsteht zusätzlich eine charakteristische Schweißnaht, die die Wobbel-Bewegung widerspiegelt.In order for the weld to lie completely within the groove and for the laser beam to not exceed the groove walls, the sweep amplitude plus the beam width of the laser beam must be less than the groove width, with the amplitude measured from the beam center, respectively. In this case, the groove depth is chosen so that Aufwürfe and the roughness of the weld lie completely within the groove. The sweep motion also creates a characteristic weld that reflects the sweep motion.
Damit eine geschlossene, kontinuierliche Schweißnaht entsteht, müssen sich die einzelnen Schleifen der Wobbel-Bewegung wenigstens teilweise überlappen. Dies wird dadurch erreicht, dass die Vorschubgeschwindigkeit des Lasers geteilt durch die Wobbel-Frequenz kleiner oder gleich der Wobbel-Amplitude plus der Strahlbreite ist. Die Überlappung garantiert, dass eine heliumdichte, kontinuierliche Schweißnaht entsteht.To create a closed, continuous weld, the individual loops of the wobble motion must at least partially overlap. This is achieved by the feed rate of the laser divided by the wobble frequency being less than or equal to the wobble amplitude plus the beam width. The overlap guarantees that a helium-tight, continuous weld is created.
Zweckmäßigerweise ist die Nut an der Stirnfläche der zu verbindenden Teile angeordnet. Dazu weisen die zu verbindenden Teile jeweils eine Fase, einen Radius, eine Hohlkehle oder einen Absatz auf, durch die die Nut gebildet ist.Conveniently, the groove is arranged on the end face of the parts to be joined. For this purpose, the parts to be joined each have a chamfer, a radius, a groove or a shoulder, through which the groove is formed.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und den Zeichnungen.Further advantageous embodiments and features of the invention will become apparent from the dependent claims and the drawings.
Die Erfindung ist nachfolgend mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert.The invention is explained in more detail below with reference to the accompanying drawings.
Es zeigt:It shows:
Die
Innerhalb der Öffnung
Zwischen der Lagerbuchse
Die Lagerbuchse
Am offenen Ende des Lagerspalts
Die Lagerbuchse
Die Gegendruckplatte
Erfindungsgemäß wird die Verbindung zwischen Lagerbuchse
Die Form der Nut ist dabei nicht entscheidend. Anstelle einer Fase zur Bildung der Nut, kann eine zu verschweißende Kante
Die Lagerbuchse
Hier kann die Nut
Das erfindungsgemäße Wobbel-Schweißverfahren basiert auf einem Dauerstrahl-Laser (CW-Laser) mit einer mittleren Leistung von etwa 150 W. Als Laser kommt beispielsweise ein Yb:YAG Laser zum Einsatz, der im Infrarot-Bereich eine Wellenlänge von 1075 nm aufweist. Alternativ können auch andere Laser mit anderen Wellenlängen im Infrarot-Bereich eingesetzt werden.The wobble welding method according to the invention is based on a continuous-wave laser (CW laser) with an average power of about 150 W. The laser used is, for example, a Yb: YAG laser which has a wavelength of 1075 nm in the infrared range. Alternatively, other lasers with other wavelengths in the infrared range can be used.
Wie bei bekannten Dauerstrahl-Schweißverfahren wird der Laserstrahl über eine Strahl-Ablenkeinrichtung (Scanner-Spiegel) entlang der zu verschweißenden Kanten
Die Amplitude A der Wobbel-Bewegung ist die radiale Auslenkung des Laserstrahls zur Grundkreisbahn
Damit eine durchgehende, heliumdichte Schweißnaht
Dadurch ist garantiert, dass die einzelnen Schleifen
Durch die Überlagerung der Vorschub-Bewegung und der kreisenden Wobbel-Bewegung kommt es zu einer resultierenden Geschwindigkeit des Laserstrahls V1, bzw. V2 (
In
Der Vorteil bei diesem Wobbel-Schweißverfahren liegt darin, dass die Breite der Schweißnaht
Die einzelnen Parameter des Schweißverfahrens sind nicht nur durch die oben genannten Bedingungen voneinander abhängig, sondern beispielsweise auch von den Abmessungen der zu verschweißenden Teile. In der nachfolgenden Tabelle sind beispielhaft Parameter angegeben, die zum Schweißen der Gegendruckplatte
Um andere Teile des Lagers miteinander zu Verschweißen sind unter Umständen andere Parameter notwendig.Other parameters may be required to weld other parts of the bearing together.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- hydrodynamisches Lagerhydrodynamic bearing
- 22
- Lagerbuchsebearing bush
- 33
- Öffnungopening
- 44
- Absatzparagraph
- 5 5
- GegendruckplattePlaten
- 66
- Wellewave
- 77
- Druckplatteprinting plate
- 88th
- Lagerspaltbearing gap
- 99
- Radiallagerradial bearings
- 1010
- Axiallagerthrust
- 1111
- Lagerstrukturenwarehouse structures
- 1212
- Kapillardichtungcapillary
- 1313
- Grundplattebaseplate
- 1414
- V-NutV-groove
- 1515
- SchweißnahtWeld
- 1616
- Fase (Gegendruckplatte)Chamfer (counter pressure plate)
- 1717
- Fase (Lagerbuchse)Chamfer (bearing bush)
- 1818
- Kantenedge
- 1919
- Radiusradius
- 2020
- Absatzparagraph
- 2121
- Absatz mit FaseHeel with chamfer
- 2222
- Hohlkehlefillet
- 2323
- Nutgroove
- 2424
- rechteckige Nutrectangular groove
- 2525
- Laserstrahllaser beam
- 2626
- Grundbahn (Kreis)Basic railway (district)
- 2727
- Schleifenbahnloop path
- 2828
- Schleifeloop
- 2929
- Zig-Zag-BahnZig-Zag Railway
- AA
- Wobbel-AmplitudeWobble amplitude
- Bsbs
- Breite LaserstrahlWide laser beam
- BnBn
- Breite NutWide groove
- VV
- Vorschubgeschwindigkeitfeed rate
- V1, V2 V 1 , V 2
- Laserstrahl-GeschwindigkeitLaser beam speed
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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„Reproduzierbares Laserschweißen von Kupferwerkstoffen” von U. Dürr, erschienen in der Zeitschrift Metall, 62. Jahrgang, Ausgabe 10/2008 [0003] "Reproducible Laser Welding of Copper Materials" by U. Dürr, published in the journal Metall, Volume 62,
issue 10/2008 [0003]
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