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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft einen Spindelmotor zum Antrieb eines Festplattenlaufwerkes mit einem feststehenden Motorbauteil und einem drehbaren Motorbauteil, das relativ zum feststehenden Bauteil drehbar gelagert und durch ein elektromagnetisches Antriebssystem angetrieben wird. Auf dem drehbaren Motorbauteil ist mindestens eine Speicherplatte mit Hilfe von Montage- und Befestigungsmitteln befestigt.
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Stand der Technik
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Moderne Spindelmotoren zum Antrieb von Festplattenlaufwerken umfassen fluiddynamische Lagersysteme zur Drehlagerung der rotierenden Motorkomponenten. In der Regel umfasst der Motor eine Welle, die mittels des fluiddynamischen Lagers in einer Lagerbuchse drehgelagert ist. Zur Reduzierung der Lagerreibung ist es bekannt, die Lagerkomponenten, insbesondere Welle und Lagerbuchse zu Härten bzw. mit einer abriebfesten Oberflächebeschichtung zu versehen. Hierbei werden beispielsweise DLC-Beschichtungen (Diamond Like Carbon) oder Nickelbeschichtungen verwendet. Dadurch kann ein reibungsbedingter Verschleiß der Lagerflächen reduziert werden.
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Bei der Fertigung von Spindelmotoren bzw. Festplattenlaufwerken sind sehr hohe Anforderungen an die Reinheit notwendig in Bezug auf organische und nichtorganische Partikel. Bereits ein Staubpartikel auf der Speicherplatte des Festplattenlaufwerkes kann das Festplattenlaufwerk beschädigen oder sogar unbrauchbar machen. Daher werden Bauteile für Festplattenlaufwerke entsprechend sorgfältig gereinigt und unter Reinraumbedingungen selektiert und montiert, um die Reinheitsstandards zu erfüllen. Entsprechendes gilt für die notwendigen Arbeitsmittel.
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Ein Problem ist jedoch die Endmontage der Festplattenlaufwerke, insbesondere die Montage der Speicherplatten mit den entsprechenden Montage- und Befestigungsmitteln auf der Nabe des Spindelmotors. Es besteht ein hohes Risiko, dass während der Montage ein Metall-auf-Metall Kontakt der Bauteile stattfindet und dadurch Metallpartikel abgerieben werden, die die Bauteile kontaminieren und nachfolgend entsprechende Schäden während des Betriebes des Festplattenlaufwerkes nach sich ziehen. Ein solcher Partikelabrieb ist schwierig zu entdecken und entsprechend kostspielig durch Reinigung zu entfernen.
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Auch die Beschädigung der Bauteile während des Transportes zur Montageeinrichtung kann problematisch sein. Durch Herunterfallen oder Kontakt der Bauteile mit anderen Gegenständen können Dellen, Kratzer und Materialabrieb erzeugt werden, beispielsweise durch ein Anstoßen der Bauteile beim Einlegen in die Montagevorrichtung, ein Ablegen des Bauteils auf einer harten Tischplatte, etc. Abhilfe schafft hier die Sensibilisierung der Mitarbeiter für einen sachgerechten Umgang mit den Komponenten, beispielsweise durch Abdeckung aller möglichen Gefahrenstellen am Arbeitsplatz, z. B. durch Kunststoffummantelungen von Vorrichtungen, Einsatz von weichen Kunststoffmatten etc. Trotzdem lassen sich Defekte oder Materialabrieb an den zu montierenden Teilen nie ganz vermeiden.
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Komponenten aus relativ weichen Werkstoffen, wie beispielsweise Aluminium, sind besonders anfällig. Eine Verwendung eines anderen, weniger empfindlichen Werkstoffes ist oftmals nicht möglich. Hinzu kommt, dass genau diese Komponenten und Flächen, z. B. die Auflageflächen der Nabe für die Speicherplatten, etc., ganz besonders fehlerfrei und genau gefertigt werden müssen, da sie den hohen Ansprüchen einer Sichtprüfung gerecht werden müssen.
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Offenbarung der Erfindung
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Es ist die Aufgabe der Erfindung, einen Spindelmotor anzugeben, bei dem die Gefahr der Kontaminierung durch Partikel während der Montage reduziert ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Spindelmotor mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Ein Festplattenlaufwerk mit einem solchen Spindelmotor ist im Anspruch 11 angegeben.
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Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung und weitere erfindungswesentliche Merkmale sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Der Spindelmotor umfasst ein feststehendes Motorbauteil und ein drehbares Motorbauteil, das relativ zum feststehenden Motorbauteil drehbar gelagert und durch ein elektromagnetisches Antriebssystem angetrieben wird, wobei auf dem drehbaren Motorbauteil mindestens eine Speicherplatte mit Hilfe von Montage- und Befestigungsmitteln befestigt ist. Erfindungsgemäß weisen zumindest Teile des drehbaren Motorbauteils sowie zumindest Teile der Montage- und Befestigungsmittel eine abriebfeste Oberflächenbeschichtung oder Oberflächenbehandlung auf.
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Auch wenn die Komponenten, z. B. die Nabe des drehbaren Motorbauteils und die Montage- und Befestigungsmittel für die Speicherplatte im Betriebseinsatz selbst keinen Reibverschleiß mit einem Kontaktpartner ausgesetzt sind, kann es erfindungsgemäß sinnvoll sein, die Oberflächen dieser Bauteile komplett oder selektiv mit einer dünnen, jedoch ausreichend dicken, Verschleiß mindernden Beschichtung zu versehen. Insbesondere sollen alle Bauteile mit einer solchen Oberflächenbehandlung versehen werden, die im Rahmen der Endmontage transportiert oder montiert werden. Dies betrifft insbesondere die Abstandhalter und Halteklammern zur Montage der Speicherplatten sowie auch die Nabe des Motors selbst bzw. der Motorflansch und die Basisplatte, die vorzugsweise mit einer solchen Beschichtung beschichtet werden können. An der Nabe sind dies insbesondere die hochempfindlichen und kritischen Flächen wie die Auflageflächen für die Speicherplatten oder die Mantelfläche.
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Die Oberflächenbeschichtung kann eine DLC-Beschichtung oder Nickelbeschichtung sein. Diese Hartbeschichtungen können nachträglich dann durch mechanische Mittel wie z. B. Bürsten oder Plasmabehandlungen weiter behandelt werden. Die Standardschichtdicken für DLC-Beschichtungen liegen bei 2 μm, wenn die beschichteten Komponenten im Betrieb des Lagers Reibungskräften ausgesetzt sind. Um die Kratzempfindlichkeit während des Montageprozesses entsprechend herabzusetzen, reichen erfindungsgemäß deutlich dünnere Schichtdicken von beispielsweise 0,5 μm aus. Dadurch können Beschädigungen, hauptsächlich Kratzer, während der Montage und dem Transport der zu montierenden Komponenten und auch während des Fertigungsprozesses erschwert und so der Ausschuss verringert werden.
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Als Schutzarten kommen insbesondere Beschichtungen, z. B. DLC-Beschichtungen aber auch Schutzlackierungen oder andere Oberflächenbehandlungen, z. B. Oberflächenhärtung von Stahlkomponenten, in Frage. Die Schutzschichten müssen ausreichend homogen und dünn aufgebracht werden können. Reinraumanforderungen sowie die Spezifikationen der Komponenten der Spindelmotoren und Festplatten müssen dabei eingehalten werden.
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Neben dem Schutz vor Beschädigungen beim Transport und der Montage der Bauteile kann eine solche Schutzschicht oder abriebfeste Schicht auch die Einhaltung von kosmetischen Anforderungen erleichtern.
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Durch geeignete Farbwahl der Schutzschichten, entsprechend der Rauhigkeitswerte oder anderen Schichteigenschaften kann eine solche Oberflächenbehandlung hilfreich sein bei der Auffindung von Defekten an den Teilen. Durch Sichtbarmachen von kleinsten Defekten wird so die Ausgangskontrolle der Komponenten verbessert. Am Beispiel einer DLC-Beschichtung wird die Oberfläche der beschichteten Teile nach der Beschichtung schwarz, was darunter liegende Defekte besser sichtbar macht.
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Erfindungsgemäß können aber nicht nur die zu transportierenden oder zu montierenden Bauteile mit einer solchen Oberflächenbehandlung versehen werden, sondern auch die entsprechenden Montagevorrichtungen und Werkzeuge. Werden die Montagevorrichtungen und Werkzeuge mit einer abriebfesten Beschichtung und Oberflächenbehandlung versehen, so verringert dies ebenfalls die Gefahr der Generierung von Abriebpartikeln.
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Aber auch das feststehende Motorbauteil, insbesondere die Basisplatte des Spindelmotors kann mit einer Oberflächenbeschichtung oder Oberflächenbehandlung versehen sein. Diese Basisplatte bildet einen großen Teil des Gehäuses des Festplattenlaufwerkes, so dass auch hier bei der Montage Abriebpartikel entstehen können, was durch die Oberflächenbeschichtung weitgehend verhindert wird.
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Nachfolgend sind bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher beschrieben. Aus den Zeichnungen und ihrer 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 zum Antrieb von Speicherplatten eines Festplattenlaufwerkes in einer ersten Ausgestaltung.
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2: zeigt einen Schnitt durch einen Spindelmotor zum Antrieb von Festplatten eines Festplattenlaufwerkes in einer zweiten Ausgestaltung.
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Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung
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1 zeigt einen Längsschnitt durch einen Spindelmotor mit einem fluiddynamischen Lagersystem, wie er zum Antrieb von Festplattenlaufwerken verwendet wird. 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, der mit einem geeigneten Lagerfluid, beispielsweise einem Lageröl, gefüllt ist. 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 in bekannter Weise durch Lagerrillenstrukturen gekennzeichnet, die auf die Oberfläche der Welle 12 und/oder der Lagerbuchse 10 aufgebracht sind. Die Lagerrillenstrukturen 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 ist in einer Aussparung der Lagerbuchse lose gehalten und 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.
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Ein freies Ende der Welle 12 ist mit einer Nabe 34 verbunden, welche die Lagerbuchse 10 teilweise umgibt. Eine untere, ebene Fläche der Nabe 34 bildet zusammen mit einer Stirnfläche der Lagerbuchse 10 ein fluiddynamisches Axiallager 26 aus. Die Stirnfläche der Lagerbuchse 10 oder die gegenüberliegende Fläche der Nabe 34 ist mit einer Lagerrillenstruktur versehen, die bei Rotation der Welle 12 eine' Pumpwirkung auf das im Lagerspalt 16 zwischen dem Rotorbauteil 34 und Stirnseite der Lagerbuchse 10 befindliche Lagerfluid ausübt, sodass das Axiallager 26 tragfähig wird. Der Lagerspalt 16 umfasst einen axialen Abschnitt, der sich entlang der Welle 12 und der beiden Radiallager 20, 22 erstreckt, und einen radialen Abschnitt, der sich entlang der Stirnseite der Lagerbuchse 10 und des Axiallagers 26 erstreckt. Am radial äußeren Ende des radialen Abschnitts des Lagerspalts 16 ist ein Spalt mit größerem Spaltabstand angeordnet, welcher teilweise als Dichtungsspalt 24 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 der Nabe 34 erstreckt und den Dichtungsspalt 24 bildet.
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In der Lagerbuchse 10 ist ein Rezirkulationskanal 28 vorgesehen, der einen am äußeren Rand des Axiallagers 26 befindlichen Abschnitt des Lagerspalts 16 mit einem unterhalb des unteren Radiallagers 22 befindlichen Abschnitt des Lagerspalts 16 miteinander verbindet und eine Zirkulation des Lagerfluids im Lager unterstützt.
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An der Basisplatte ist eine Statoranordnung 36 angeordnet, die zusammen mit einem am Rotorbauteil befestigten Rotormagneten 38 das elektromagnetische Antriebssystem des Spindelmotors bildet.
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Die Lagerbuchse 10 ist zum großen Teil in einer Basisplatte 32 des Spindelmotors gehalten. Die Nabe 34 weist an ihrem Außenumfang einen umlaufenden Rand auf. Wenn der Spindelmotor zum Antrieb eines Festplattenlaufwerkes eingesetzt wird, sind auf diesem umlaufenden Rand eine oder mehrere Speicherplatten 40 angeordnet. In der Zeichnung sind zwei Speicherplatten dargestellt, die durch einen Abstandhalter 42 axial voneinander getrennt sind. Die Anordnung der Speicherplatten wird durch eine Halteklammer 44 befestigt, die zentrisch mit der Welle 12 verschraubt ist und auf die obere Speicherplatte 40 drückt.
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Erfindungsgemäß sind mehrere Bauteile des Spindelmotors mit einer abriebfesten Oberflächenbeschichtung bzw. Oberflächenbehandlung versehen. Insbesondere die Nabe 34 weist am Außenumfang sowie auf der Anlagefläche für die Speicherplatten 40 eine Oberflächenbeschichtung 34a auf. Ebenso ist die Nabe 34 auf der Auflagefläche für die Halteklammer 44 mit einer Oberflächenbeschichtung 34a versehen.
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Der Abstandshalter 42, der ringförmig ausgebildet ist und die beiden Speicherplatten 40 axial voneinander getrennt hält, ist ebenfalls mit einer Oberflächenbeschichtung 42a versehen. Ebenso ist die Halteklammer 44 vorzugsweise auf der gesamten Oberfläche mit einer Oberflächenbeschichtung 44a versehen.
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Optional kann die Basisplatte 32 auf den der Nabe gegenüberliegenden Fläche mit einer Oberflächenbeschichtung 32a versehen sein.
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2 zeigt eine andere bekannte Bauform eines Spindelmotors mit fluiddynamischem Lager. Der Spindelmotor umfasst eine feststehende Basisplatte 132, an der eine Statoranordnung 136, bestehend aus einem Statorkern und Wicklungen, angeordnet ist. Eine Lagerbuchse 110 ist in einer Aussparung der Basisplatte 132 gehalten und weist eine axiale zylindrische Bohrung auf, in welcher eine Welle 112 um einer Rotationsachse 118 drehbar aufgenommen ist. Das freie Ende der Welle 112 trägt eine Nabe 134, auf der eine oder mehrere Speicherplatten 140 eines Festplattenlaufwerks angeordnet und befestigt sind. Die Speicherplatten 140 sind durch einen Abstandhalter 142 axial voneinander getrennt und werden durch eine federelastische Halteklammer 144 auf der Nabe 134 befestigt.
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An dem inneren, unteren Rand der Nabe 134 ist ein ringförmiger Permanentmagnet 138 mit einer Mehrzahl von Polpaaren angeordnet, die von der über einen Arbeitsluftspalt beabstandeten Statoranordnung 136 mit einem elektrischen Wechselfeld beaufschlagt werden, so dass die Nabe 134 zusammen mit der Welle 112 in Drehung versetzt wird.
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Die Welle 112 bildet zusammen mit einer an der Welle befestigten Druckplatte 114 und der Lagerbuchse 110 eine hydrodynamische Lageranordnung aus. Die Lageranordnung wird nach unten durch eine Abdeckplatte 130 abgedeckt. Zwischen den Oberflächen der Lagerbuchse 110, der Druckplatte 114 und der Welle 112 verbleibt ein Lagerspalt 116, der mit einem geeigneten Lagerfluid, beispielsweise einem Lageröl, gefüllt ist. Die einander gegenüberliegenden Oberflächen der Welle 112 und der Lagebuchse 110 bilden zwei fluiddynamische Radiallager 120, 122 aus, die in bekannter Weise durch Lagerrillenstrukturen gekennzeichnet, die auf die Oberfläche der Welle 112 und/oder der Lagerbuchse 110 aufgebracht sind. Die Druckplatte 114 ist an einem in der Lagerbuchse 110 angeordneten Ende der Welle 112 angeordnet und bildet zusammen mit einer gegenüberliegenden Stufe der Lagerbuchse 110 und der Abdeckplatte 130 zwei gegeneinander wirkende fluiddynamische Axiallager 126, 127 aus. Vorzugsweise sind die Stirnflächen der Druckplatte 114 mit Lagerrillenstrukturen versehen, die bei Rotation der Welle 112 eine Pumpwirkung auf das im Lagerspalt 116 zwischen der Druckplatte 114, der Lagerbuchse 110 und der Abdeckplatte 130 befindliche Lagerfluid ausüben, so dass die Axiallager 126, 127 tragfähig werden.
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Das offene Ende des Lagerspalts 116 ist durch einen kapillaren Dichtungsspalt 124 abgedichtet.
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Erfindungsgemäß sind Teilflächen der Nabe 134 und der Basisplatte 132 sowie die Montage- und Befestigungsmittel 142, 144 für die Speicherplatten mit einer Oberflächenbeschichtung versehen. Im Einzelnen sind dies die Außenbereiche der Nabe 134 sowie die Auflagenflächen für die Speicherplatten 140, die mit einer Beschichtung 134a versehen sind. Der Abstandshalter 142 und die Halteklammer 144 sind jeweils ebenfalls mit Oberflächenbeschichtungen 142a bzw. 144a versehen.
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Ferner können Bereiche der Basisplatte 132 ebenfalls oberflächenbeschichtet 132a sein.
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In der Zeichnung sind die Oberflächenbeschichtungen zum Zwecke der Verdeutlichung als verstärkte Linien übertrieben dick dargestellt. Die Beschichtungen sind in der Regel nur Bruchteile von Mikrometern bis höchstens einige Mikrometer dick.
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Bezugszeichenliste
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- 10, 110
- Lagerbuchse
- 12, 112
- Welle
- 14
- Stopperring
- 114
- Druckplatte
- 16, 116
- Lagerspalt
- 18, 118
- Rotationsachse
- 20, 120
- Radiallager
- 22, 122
- Radiallager
- 24, 124
- Dichtungsspalt
- 26, 126
- Axiallager
- 127
- Axiallager
- 28
- Rezirkulationskanal
- 30, 130
- Abdeckplatte
- 32, 132
- Basisplatte
- 32a, 132a
- Oberflächenbeschichtung
- 34, 134
- Nabe
- 34a, 134a
- Oberflächenbeschichtung
- 36, 136
- Statoranordnung
- 38, 138
- Rotormagnet
- 40, 140
- Speicherplatte
- 42, 142
- Abstandhalter
- 42a, 142a
- Oberflächenbeschichtung
- 44, 144
- Halteklammer
- 44a, 144a
- Oberflächenbeschichtung
