DE102011014369A1 - Fluid-dynamic bearing system for rotary mounting of spindle motor that is utilized for rotary driving of magnetic storage disk of hard disk drive, has stopper element arranged at end of shaft and partially formed as integral part of shaft - Google Patents

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Abstract

The system has radial bearings (22a, 22b) formed along an axially extending portion of a bearing gap (20). A fluid-dynamic thrust bearing (26) is arranged along a radially extending portion of the bearing gap. Sealing gaps (32, 34) outwardly seal an end of the bearing gap. A stopper element (18) is arranged at an end of a shaft (12) and joined to one of the sealing gaps. The stopper element is partially formed as an integral part of the shaft. A rotor component (14) has an annular groove for receiving a hollow cylindrical portion of a component of the stopper element. Independent claims are also included for the following: (1) a spindle motor (2) a hard disk drive.

Description

Gebiet der ErfindungField of the invention

Die Erfindung betrifft ein fluiddynamisches Lagersystem für einen Spindelmotor gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs der unabhängigen Ansprüche. Spindelmotoren mit derartigen fluiddynamischen Lagersystemen werden beispielsweise zum Antrieb von Speicherplattenlaufwerken verwendet.The invention relates to a fluid dynamic bearing system for a spindle motor according to the features of the preamble of the independent claims. Spindle motors having such fluid dynamic bearing systems are used, for example, for driving disk drives.

Stand der TechnikState of the art

Fluiddynamische Lagersysteme umfassen in der Regel mindestens zwei relativ zueinander drehbare Lagerteile, die zwischen einander zugeordneten Lagerflächen einen mit einem Lagerfluid, z. B. einem Lageröl, gefüllten Lagerspalt ausbilden. In bekannter Weise sind auf den Lagerflächen hydrodynamische Lagerrillenstrukturen aufgebracht. Die Lagerrillenstrukturen erzeugen bei relativer Drehung der Lagerteile zueinander innerhalb des Lagerspaltes einen hydrodynamischen Druck. Bei Radiallagern werden beispielsweise sinusförmige, parabelförmige oder fischgrätartige („herringbone”) Lagerstrukturen verwendet, die in einer Fläche parallel zur Rotationsachse der Lagerbauteile über den Umfang mindestens eines Lagerbauteils verteilt angeordnet sind. Bei Axiallagern werden beispielsweise spiralförmige oder fischgrätartige Lagerstrukturen verwendet, die in einer Ebene quer zur Rotationsachse angeordnet werden. Der erzeugte hydrodynamische Druck macht das Lager tragfähig.Fluid dynamic bearing systems usually comprise at least two relatively rotatable bearing parts, the bearing surfaces between one another with a bearing fluid, for. B. a bearing oil, filled bearing gap form. In a known manner hydrodynamic bearing groove structures are applied to the bearing surfaces. The bearing groove structures produce relative to each other within the bearing gap a hydrodynamic pressure with relative rotation of the bearing parts. For radial bearings, for example, sinusoidal, parabolic or herringbone bearing structures are used, which are arranged distributed in a surface parallel to the axis of rotation of the bearing components over the circumference of at least one bearing component. In axial bearings, for example, helical or herringbone bearing structures are used, which are arranged in a plane transverse to the axis of rotation. The generated hydrodynamic pressure makes the bearing viable.

Aus dem Stand der Technik sind eine Reihe verschiedener Bauformen für fluiddynamische Lager bekannt. Beispielsweise offenbart die DE 10 2008 031 618 A1 einen Spindelmotor mit einem fluiddynamischen Lager, das eine Lagerbuchse besitzt, die drehbar um eine feststehende, mit der Basisplatte eines Spindelmotors verbundenen Welle gelagert ist, wobei der Lagerspalt zwischen den feststehenden und den drehenden Teilen des Lagers an beiden Seiten offen und durch Kapillardichtungen abgedichtet ist. Ein solches Lager mit stehender Welle hat den Vorteil, dass die Welle nicht nur an einem Ende an der Basisplatte eines Gehäuses befestigt werden kann, sondern auch an dem zweiten Ende mit z. B. einem Gehäusedeckel verbindbar ist. Dadurch haben solche Lagertypen eine wesentlich größere strukturelle Steifigkeit, wodurch sie besonders geeignet sind z. B. für Spindelmotoren, die größere Lasten aufnehmen und antreiben müssen, insbesondere als Antrieb von Festplattenlaufwerken für Server-Anwendungen sowie für Festplattenlaufwerke mit erhöhten oder besonderen Anforderungen, wie sie heute unter anderem bei vielen mobilen Anwendungen mit stetig wachsender Datendichte und gleichzeitig während des normalen Betriebs bestehenden Vibrationen auftreten.From the prior art, a number of different designs for fluid dynamic bearings are known. For example, the DE 10 2008 031 618 A1 a spindle motor having a fluid dynamic bearing having a bushing rotatably supported about a fixed shaft connected to the base plate of a spindle motor, the bearing gap between the fixed and rotating parts of the bearing being open on both sides and sealed by capillary seals. Such a bearing with standing shaft has the advantage that the shaft can be attached not only at one end to the base plate of a housing, but also at the second end with z. B. is connectable to a housing cover. As a result, such types of bearings have a much greater structural rigidity, which makes them particularly suitable for. B. for spindle motors that need to accommodate and drive larger loads, especially as a drive of hard disk drives for server applications and disk drives with increased or special requirements, such as today in many mobile applications with ever-increasing data density and at the same time during normal operation existing vibrations occur.

Das beschriebene Lagerdesign umfasst eine Welle mit einem integrierten Stopperelement am oberen Wellenende, das neben der Eigenschaft, das Axialspiel des Rotors zu begrenzen (Stopperfunktion), auch eine Dichtungsfunktion besitzt, um den Lagerspalt im oberen Bereich abzudichten. Das Stopperelement bekannter Fluidlager der beschriebenen Bauart hat eine beträchtliche axiale Länge von ca. 20–30% der Gesamtlänge der Welle. Das andere Ende der Welle ist in der Basisplatte bzw. einem in der Basisplatte angeordneten Lagerbauteil gehalten. Für die beiden Radiallager, die entlang eines axial verlaufenden Abschnitts der Welle angeordnet sind, verbleibt dann als Lagerabstand lediglich eine Länge von ca. 50% der Gesamtlänge der Welle, wobei die Gesamtlänge der Welle in etwa der Gesamtbauhöhe des Lagers entspricht. Durch den begrenzten Lagerlabstand der Radiallager ist auch die maximal erreichbare Lagersteifigkeit vorgegeben.The bearing design described comprises a shaft with an integrated stopper element at the upper shaft end, which in addition to the property to limit the axial play of the rotor (stopper function), also has a sealing function to seal the bearing gap in the upper region. The stopper element of known fluid bearings of the type described has a considerable axial length of about 20-30% of the total length of the shaft. The other end of the shaft is held in the base plate or a bearing member arranged in the base plate. For the two radial bearings, which are arranged along an axially extending portion of the shaft, then remains as a bearing distance only a length of about 50% of the total length of the shaft, the total length of the shaft corresponds approximately to the total height of the bearing. Due to the limited Lagerlabstand the radial bearing and the maximum achievable bearing stiffness is specified.

Die US 2009/0279818 A1 (US'818) sowie die US 2010/0315742 A1 (US'742) zeigen jeweils Spindelmotoren mit fluiddynamischen Lagern zum Antrieb von Festplattenlaufwerken mit einem Stopperelement, das mit einem Ende einer feststehenden Welle verbunden ist. In der US'818 befinden sich eine Kapillardichtung sowie eine Pumpdichtung zwischen dem Innenumfang des Stopperelements sowie dem Außenumfang der drehenden Lagerbuchse, während bei der US'742 eine Kapillardichtung und eine Pumpdichtung zwischen dem Außenumfang des Stopperelements und der gegenüber liegenden Innenfläche der einteilig ausgestalteten Lagerbuchse bzw. Nabe angeordnet sind.The US 2009/0279818 A1 (US'818) and the US 2010/0315742 A1 (US'742) each show spindle motors with fluid dynamic bearings for driving hard disk drives with a stopper element which is connected to one end of a fixed shaft. In US'818 there is a capillary seal and a pumping seal between the inner circumference of the stopper element and the outer circumference of the rotating bushing, while in US'742 a capillary seal and a pumping seal between the outer periphery of the stopper element and the opposite inner surface of the integrally formed bearing bush or Hub are arranged.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein fluiddynamisches Lager für einen Spindelmotor anzugeben, das eine größere Radiallagerlänge und damit eine höhere Steifigkeit aufweist und das gleichzeitig einen oberen Dichtungsbereich aufweist, der resistenter gegen axiale Schockeinwirkungen ist.It is the object of the invention to provide a fluid dynamic bearing for a spindle motor, which has a greater radial bearing length and thus a higher rigidity and at the same time has an upper sealing region, which is more resistant to axial shocks.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein fluiddynamisches Lagersystem mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst.This object is achieved by a fluid dynamic bearing system with the features of the independent claims.

Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung und weitere vorteilhafte Merkmale sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.Preferred embodiments of the invention and further advantageous features are indicated in the dependent claims.

Das beschriebene Lagersystem umfasst eine feststehende Welle mit einer Gesamtlänge LW, welche direkt oder indirekt mittels eines topfförmigen Lagerbauteils in einer Basisplatte gehalten ist, ein relativ zu dieser Welle um eine Drehachse drehbar gelagertes Rotorbauteil mit einem beidseitig offenen Lagerspalt, der gefüllt ist mit einem Lagerfluid, der aneinander angrenzende Flächen der Welle, des Rotorbauteils und mindestens des topfförmigen Lagerbauteils voneinander trennt, mindestens ein Radiallager, das entlang eines axial verlaufenden Abschnitts des Lagerspaltes angeordnet ist, mindestens ein Axiallager, das entlang eines radial verlaufenden Abschnitts des Lagerspalts angeordnet ist, mit einem ersten und einem zweiten Dichtungsspalt, die jeweils ein Ende des Lagerspalts nach außen abdichten und ein Stopperelement, das an einem Ende der Welle angeordnet ist und an den ersten Dichtungsspalt angrenzt.The storage system described comprises a fixed shaft with a total length L W , which is held directly or indirectly by means of a cup-shaped bearing member in a base plate, a relative to this shaft rotatably mounted about a rotational axis rotor member having a bearing gap open on both sides, which is filled with a bearing fluid , the adjoining surfaces of the shaft, the Rotor member and at least the cup-shaped bearing component separates from each other, at least one radial bearing, which is arranged along an axially extending portion of the bearing gap, at least one thrust bearing, which is arranged along a radially extending portion of the bearing gap, with a first and a second sealing gap, each one Seal the end of the bearing gap to the outside and a stopper member which is disposed at one end of the shaft and adjacent to the first sealing gap.

Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass das Stopperelement zumindest teilweise einstückig mit der Welle ausgebildet ist, das heißt ein integrales Teil der Welle ist.The invention is characterized in that the stopper element is at least partially formed integrally with the shaft, that is an integral part of the shaft.

Damit wird der Vorteil erreicht, dass das Stopperelement große axiale Kräfte aufnehmen kann, wie sie bei starker axialer Schockeinwirkung entstehen.Thus, the advantage is achieved that the stopper element can absorb large axial forces, as they arise under strong axial shock.

Insbesondere vorteilhaft ist das erfindungsgemäße Lagersystem für die Anwendung in Spindelmotoren mit geringer Bauhöhe, wie sie beispielsweise in mobilen Anwendungen, d. h. in mobilen Festplattenlaufwerken etc., verwendet werden.Particularly advantageous is the storage system according to the invention for use in spindle motors with low height, as used for example in mobile applications, d. H. in mobile hard disk drives, etc. are used.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist das Stopperelement derart ausgebildet, das die Länge La des axialen Abschnitts des Lagerspalts mindestens 55% der Gesamtlänge LW der Welle beträgt.In a preferred embodiment of the invention, the stopper element is designed such that the length L a of the axial portion of the bearing gap is at least 55% of the total length L W of the shaft.

Durch erfindungsgemäße Modifikation des Stopperelementes kann die Länge des axialen Abschnitts des Lagerspalts entlang der Welle vergrößert werden, so dass auch die Länge des Radiallagers bzw. im Falle von zwei Radiallagern, die so genannte Lagerspanne, d. h. der Abstand der beiden Radiallager, wesentlich größer gewählt werden kann. Dadurch erhöht sich die erreichbare Steifigkeit und Stabilität des Radiallagers beträchtlich, ohne dass die Bauhöhe des Lagers oder aber der Durchmesser der Welle vergrößert werden müssten. Bei einem Lagersystem, wie es in Spindelmotoren zum Antrieb von 2,5 Zoll Festplattenlaufwerken verwendet wird, beträgt die Gesamtlänge der Welle beispielsweise ca. 8 bis 9 mm, wobei der Durchmesser der Welle beispielsweise 2,5 mm beträgt. Die Länge des axialen Abschnitts der Welle, d. h. die effektive Radiallagerlänge beträgt in diesem Beispiel und für ein erfindungsgemäß ausgebildetes Lagersystem etwa 6,8 mm. Im Vergleich dazu beträgt die Radiallagerlänge bei einem Lagersystem des oben angegebenen internen Standes der Technik beispielsweise nur 4,3 mm.By modification of the stopper according to the invention, the length of the axial portion of the bearing gap along the shaft can be increased, so that the length of the radial bearing or in the case of two radial bearings, the so-called storage margin, d. H. the distance between the two radial bearings, can be chosen much larger. As a result, the achievable rigidity and stability of the radial bearing increases considerably, without the height of the bearing or the diameter of the shaft would have to be increased. For example, in a bearing system used in spindle motors for driving 2.5 inch hard disk drives, the total length of the shaft is about 8 to 9 mm, with the diameter of the shaft being 2.5 mm, for example. The length of the axial section of the shaft, d. H. the effective radial bearing length is in this example and for a inventively designed storage system about 6.8 mm. By comparison, the radial bearing length in a bearing system of the above-mentioned internal prior art, for example, is only 4.3 mm.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist das Stopperelement derart ausgebildet, dass der erste Dichtungsspalt, der durch Flächen des Stopperelementes und Oberflächen des Rotorbauteil begrenzt ist, eine Gesamtlänge LD aufweist, die mindestens 65% der axialen Länge La des Lagerspalts beträgt. Dies wird erfindungsgemäß im Wesentlichen dadurch erreicht, dass der Außendurchmesser des Stopperelementes im Vergleich zum Durchmesser der Welle relativ groß gewählt ist, vorzugsweise mehr als doppelt so groß ist wie der Durchmesser der Welle, und das Stopperelement im Querschnitt etwa U-förmig ausgebildet ist und einen an der Welle angeordneten ringförmigen Abschnitt sowie einen in Richtung des Rotorbauteils gerichteten hohlzylindrischen Abschnitt aufweist. Das Rotorbauteil weist entsprechend eine ringförmige Nut auf, in welche der hohlzylindrische Abschnitt des Stopperelementes eintaucht, wobei zwischen den Bauteilen der Dichtungsspalt verbleibt.In a further preferred embodiment of the invention, the stopper element is designed such that the first sealing gap, which is delimited by surfaces of the stopper element and surfaces of the rotor component, has a total length L D which is at least 65% of the axial length L a of the bearing gap. This is inventively achieved essentially by the fact that the outer diameter of the stopper element is chosen to be relatively large compared to the diameter of the shaft, preferably more than twice as large as the diameter of the shaft, and the stopper element in cross section is approximately U-shaped and a Has arranged on the shaft annular portion and directed in the direction of the rotor member hollow cylindrical portion. The rotor component accordingly has an annular groove in which the hollow cylindrical portion of the stopper element is immersed, leaving between the components of the sealing gap.

Das Stopperelement kann in einer anderen Ausgestaltung der Erfindung einen an einem Ende der Welle angeformten Bund aufweisen, an welchem ein zusätzliches Bauteil angeordnet ist. Das zusätzliche Bauteil hat hierbei keine Stopperfunktion, sondern dient als Begrenzungsfläche des ersten Dichtungsspalts und hat somit lediglich eine Dichtungsfunktion.In another embodiment of the invention, the stopper element may have a collar formed on one end of the shaft, on which an additional component is arranged. The additional component in this case has no stopper function, but serves as a boundary surface of the first sealing gap and thus has only a sealing function.

Insbesondere bilden das Stopperelement bzw. das am Stopperelement befestigte zusätzliche Bauteil und das Rotorbauteil durch das gegenseitige Ineinandergreifen eine Art Labyrinthdichtung, wobei der Dichtungsspalt in seinem Verlauf ausgehend vom Lagerspalt mindestens drei Abknickungen aufweist.In particular, the stopper element or the additional component and the rotor component fastened to the stopper element form a kind of labyrinth seal by the mutual meshing, wherein the sealing gap has at least three bends in its course starting from the bearing gap.

Der Dichtungsspalt weist vorzugsweise mindestens einen Abschnitt auf, der einen kapillaren Dichtungsbereich bildet, welcher zusätzlich einen Abschnitt mit konischem Querschnitt aufweist oder in einen Abschnitt mit konischem Querschnitt übergeht. Ferner kann entlang des Dichtungsspaltes eine Pumpdichtung angeordnet sein, welche Rillenstrukturen umfasst, die auf einer Oberfläche des Stopperelementes oder des Rotorbauteils angeordnet sind und eine Pumpwirkung auf das Lagerfluid in Richtung des Lagerspalts ausüben. Die Pumpdichtung pumpt das im Dichtungsspalt befindliche Lagerfluid in Richtung des Lagerspaltes und ist näher am Lagerspalt angeordnet als die im Dichtungsspalt vorhandene konische Kapillardichtung. Vorzugsweise verläuft die Pumpdichtung dabei in axialer Richtung und ist zwischen dem Innenumfang des Stopperelements und dem Außenumfang der drehenden Lagerbuchse bzw. eines Einstichs in die Lagerbuchse angeordnet.The sealing gap preferably has at least one portion that forms a capillary sealing area, which additionally has a section with a conical cross section or merges into a section with a conical cross section. Furthermore, a pumping seal can be arranged along the sealing gap, which comprises groove structures, which are arranged on a surface of the stopper element or of the rotor component and exert a pumping action on the bearing fluid in the direction of the bearing gap. The pumping seal pumps the bearing fluid in the sealing gap in the direction of the bearing gap and is arranged closer to the bearing gap than the conical capillary seal present in the sealing gap. Preferably, the pumping seal runs in the axial direction and is arranged between the inner circumference of the stopper element and the outer circumference of the rotating bearing bush or a recess in the bearing bush.

Das Stopperelement ist, zumindest teilweise, als integrales Teil der Welle ausgebildet. Um sehr genaue und von der Oberflächenrauhigkeit sehr glatte Lagerflächen zu gewährleisten, muss die Welle einen Schleifprozess durchlaufen. Der Schleifprozess erfordert jedoch einen Zugang von 90 Grad zur Oberfläche der Welle, welcher nicht vollständig gegeben ist, wenn das Stopperelement als integrales Teil der Welle ausgebildet ist. In dem Bereich, an dem das Stopperelement befestigt ist, kann die Welle nur schwer bearbeitet werden.The stopper element is formed, at least in part, as an integral part of the shaft. To ensure very accurate and very smooth bearing surfaces from the surface roughness, the shaft must undergo a grinding process. However, the grinding process requires an access of 90 degrees to the surface of the shaft, which is not completely given when the stopper element as an integral part of the Shaft is formed. In the area where the stopper element is mounted, the shaft can be difficult to machine.

Deshalb ist es vorteilhaft, wenn das Stopperelement aus mindestens zwei separaten Teilen besteht, einem an der Welle angeformten Bund und einem mit dem Bund der Welle verbundenen zweiten Teil, das einen zylindrischen Abschnitt umfasst, der in die Nut des Rotorbauteils eingreift. Durch diese zweiteilige Ausführung kann die Welle auch im Bereich des Ansatzes des Bundes der Welle sehr gut bearbeitet und geschliffen werden. Erst nach der Bearbeitung der Welle werden die beiden Teile des Stopperelementes miteinander verbunden. Die Verbindung kann beispielsweise eine Pressverbindung und/oder eine (Laser-)Schweißverbindung sein oder eine Klebeverbindung oder eine Kombination dieser drei Verbindungsarten. Die beiden Teile können auch mittels einer Schraubverbindung verbunden werden, welches in vorteilhafter Weise dieselbe Schraubverbindung sein kann, mit der die Welle bzw. das obere Ende der Welle an einem Gehäusebauteil befestigt wird.Therefore, it is advantageous if the stopper element consists of at least two separate parts, a collar formed on the shaft and connected to the collar of the shaft second part, which comprises a cylindrical portion which engages in the groove of the rotor component. Through this two-part design, the shaft can also be very well machined and ground in the area of the approach of the federal government of the shaft. Only after the machining of the shaft, the two parts of the stopper element are connected together. The connection can be, for example, a press connection and / or a (laser) welded connection or an adhesive connection or a combination of these three connection methods. The two parts can also be connected by means of a screw connection, which may advantageously be the same screw connection with which the shaft or the upper end of the shaft is fastened to a housing component.

Die T-förmige Welle mit dem angeformten Bund und dem damit verbundenen zusätzlichen Bauteil mit Dichtungsfunktion hat den Vorteil, dass zusätzliche Flächen für Lager und Dichtungsabschnitte zur Verfügung stehen. Hierbei müssen auch die Bereiche der Welle geschliffen werden, die mit den zylindrischen Abschnitten des Stopperelementes überlappen. Diese Bereiche sind schwer zu bearbeiten, da sie nicht unmittelbar erreichbar sind.The T-shaped shaft with the integrally formed collar and the associated additional component with sealing function has the advantage that additional surfaces for bearings and sealing sections are available. In this case, the areas of the shaft must be ground, which overlap with the cylindrical portions of the stopper element. These areas are difficult to work with because they are not immediately accessible.

In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung kann das Stopperelement vollständig als separates Bauteil ausgebildet sein und durch eine Pressverbindung, Schweißverbindung oder ähnliches mit der Welle verbunden sein. Vorzugsweise umfasst die Welle in dieser Ausgestaltung des Lagersystems eine Stufe, die als Anschlag für das Stopperelement ausgebildet ist und an der das Stopperelement ausgerichtet wird und nach der Befestigung aufliegt.In another embodiment of the invention, the stopper element may be completely formed as a separate component and be connected by a press connection, weld or the like with the shaft. Preferably, in this embodiment of the bearing system, the shaft comprises a step which is designed as a stop for the stopper element and on which the stopper element is aligned and rests after the attachment.

Eine T-förmige Welle, die einen Teil des Stoppers integriert hat, hat jedoch den Vorteil, dass dieser Teil des Stopperelementes die gesamten Schockkräfte aufnehmen kann, wobei der zweite mit dem ersten Teil verbundenes Teil des Stopperelementes lediglich die Dichtungsfunktion übernimmt aber keinerlei Kräfte aufnehmen muss. Insbesondere kann in diesem Falle das separate Teil des Stopperelementes eine geringere axiale Dicke aufweisen, als der an der Welle angeformte Teil des Stopperelementes. Somit ist gewährleistet, dass die Stopperfunktion nur durch das in der Welle integrierte Teil des Stopperelementes erfolgt.However, a T-shaped shaft which has integrated a part of the stopper has the advantage that this part of the stopper element can absorb the entire shock forces, the second part of the stopper element connected to the first part merely performing the sealing function but not having to absorb any forces , In particular, in this case, the separate part of the stopper element have a smaller axial thickness than the integrally formed on the shaft part of the stopper element. This ensures that the stopper function takes place only by the integrated part of the stopper element in the shaft.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Stopperelement als separates Element ausgebildet ist und mit der Welle verbunden wird. Auf Grund des Ziels der Erfindung, die Lagerlänge der Radiallager zu vergrößern, ergibt sich für die Verbindung zwischen Welle und dem Stopperelement nur sehr geringe Verbindungslänge deren Kraft zur sicheren Befestigung des Stopperelementes kaum ausreicht. Es ist daher vorgesehen, dass die Welle im Verbindungsbereich mit dem Stopperelement eine Stufe umfasst, auf welcher das Stopperelement aufliegt, wobei das Stopperelement durch eine Verbindungsschraube, die in eine axiale Bohrung der Welle eingedreht wird, mit der Welle verbunden wird. Diese Verbindungsschraube ist erfindungsgemäß dieselbe Schraube, die das Ende der Welle mit einem Gehäuseteil verbindet, so dass genau genommen das Gehäuseteil das Stopperelement auf die Welle presst und die Verbindungsschraube die Verbindung zwischen Welle, Gehäuseteil und Stopperelement herstellt. Diese Verbindungsart hat den Vorteil, dass die Verbindungslänge sehr klein gewählt werden kann und dennoch eine stabile Verbindung gewährleistet ist.In a further embodiment of the invention it is provided that the stopper element is formed as a separate element and is connected to the shaft. Due to the aim of the invention to increase the bearing length of the radial bearing, resulting in the connection between the shaft and the stopper element only very small connection length whose strength for secure attachment of the stopper element barely sufficient. It is therefore provided that the shaft in the connection region with the stopper element comprises a step on which rests the stopper element, wherein the stopper element is connected by a connecting screw which is screwed into an axial bore of the shaft with the shaft. According to the invention, this connecting screw is the same screw which connects the end of the shaft to a housing part, so that, strictly speaking, the housing part presses the stopper element onto the shaft and the connecting screw establishes the connection between shaft, housing part and stopper element. This type of connection has the advantage that the connection length can be chosen very small and yet a stable connection is ensured.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist ein in dem Rotorbauteil angeordneter Rezirkulationskanal vorhanden, der voneinander entfernte Abschnitte des Lagerspalts miteinander verbindet. Ein Ende des Rezirkulationskanals kann in einen radial innen liegenden, und an den Lagerspalt direkt angrenzenden Abschnitt des ersten Dichtungsspalts münden.In a preferred embodiment of the invention, a recirculation channel arranged in the rotor component is present, which connects sections of the storage gap remote from one another. One end of the recirculation channel can open into a radially inward, and directly adjacent to the bearing gap portion of the first sealing gap.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der Rezirkulationskanal so ausgebildet, dass dieser nicht die beiden Stirnflächen des Rotorbauteils miteinander verbindet, d. h. in die Stirnflächen mündet, sondern dass ein Ende an der Innenwand der Bohrung des Rotorbauteils mündet, in welcher die Welle angeordnet ist. Dadurch kann der Abschnitt des Lagerspaltes oberhalb des Austrittes des Rezirkulationskanals als Dichtungsspalt genutzt werden und breiter ausgebildet werden als der Lagerspalt.In a preferred embodiment of the invention, the recirculation channel is formed so that it does not connect the two end faces of the rotor component with each other, d. H. opens into the end surfaces, but that one end opens on the inner wall of the bore of the rotor component, in which the shaft is arranged. Thereby, the portion of the bearing gap above the outlet of the recirculation channel can be used as a sealing gap and formed wider than the bearing gap.

Das Lagersystem wird vorzugsweise zur Drehlagerung eines Spindelmotors eingesetzt, wobei das Rotorbauteil von einem elektromagnetischen Antriebssystem angetrieben wird. Ein solcher Spindelmotor kann zum Drehantrieb von mindestens einer magnetischen Speicherplatte eines Festplattenlaufwerks verwendet werden.The bearing system is preferably used for the rotary mounting of a spindle motor, wherein the rotor component is driven by an electromagnetic drive system. Such a spindle motor can be used for the rotary drive of at least one magnetic storage disk of a hard disk drive.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

1 zeigt einen Schnitt durch einen Spindelmotor mit einer bevorzugten Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen fluiddynamischen Lagers. 1 shows a section through a spindle motor with a preferred embodiment of a fluid dynamic bearing according to the invention.

2 zeigt einen vergrößerten Schnitt durch das Lagersystem von 1. 2 shows an enlarged section through the storage system of 1 ,

3 zeigt einen vergrößerten Schnitt durch den durch das Stopperelement und das Rotorbauteil gebildeten Dichtungsbereich. 3 shows an enlarged section through the seal formed by the stopper member and the rotor member.

4 zeigt einen vergrößerten Schnitt durch eine abgewandelte Ausgestaltung des Dichtungsbereichs. 4 shows an enlarged section through a modified embodiment of the sealing area.

5 zeigt einen Schnitt durch eine erste Ausgestaltung eines zweiteilig ausgebildeten Stopperelements. 5 shows a section through a first embodiment of a two-part stopper element.

6 zeigt eine zweite Ausgestaltung eines zweiteilig ausgebildeten Stopperelements. 6 shows a second embodiment of a two-part stopper element.

7 zeigt sechs mögliche Varianten der Ausgestaltung des Stopperelements gemäß 5. 7 shows six possible variants of the design of the stopper according to 5 ,

8 zeigt drei mögliche Varianten der Ausgestaltung des Stopperelements gemäß 6. 8th shows three possible variants of the embodiment of the stopper according to 6 ,

9 zeigt einen Schnitt durch das erfindungsgemäße Lagersystem in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung. 9 shows a section through the storage system according to the invention in a further embodiment of the invention.

10 zeigt einen Schnitt durch eine dritte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Lagersystems. 10 shows a section through a third embodiment of the storage system according to the invention.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der ErfindungDescription of the preferred embodiments of the invention

Die 1 zeigt einen Spindelmotor mit einem fluiddynamischen Lager gemäß der Erfindung. Ein solcher Spindelmotor kann zum Antrieb von mindestens einer Speicherplatte eines Festplattenlaufwerks verwendet werden.The 1 shows a spindle motor with a fluid dynamic bearing according to the invention. Such a spindle motor can be used to drive at least one storage disk of a hard disk drive.

Der Spindelmotor umfasst eine Basisplatte 10, die eine im Wesentlichen zentrale zylindrische Öffnung aufweist, in welcher ein Lagerbauteil 16 aufgenommen ist. Das Lagerbauteil 16 ist etwa topfförmig mit einem Rand 17 ausgebildet und umfasst eine zentrale Öffnung, in welcher die Welle 12 befestigt ist. An dem freien Ende der feststehenden Welle 12 ist ein Stopperelement 18 angeordnet.The spindle motor comprises a base plate 10 having a substantially central cylindrical opening in which a bearing member 16 is included. The bearing component 16 is about cup-shaped with a border 17 formed and includes a central opening, in which the shaft 12 is attached. At the free end of the fixed shaft 12 is a stopper element 18 arranged.

Die genannten Bauteile 10, 12, 16 und 18 bilden die feststehende Komponente des Spindelmotors. Das fluiddynamische Lager umfasst ein Rotorbauteil 14 mit einem als Lagerbuchse ausgebildeten zentralen Teil und einem topfförmigen äußeren Teil, die in einem durch die Welle 12 und die beiden Lagerbauteile 16, 18 gebildeten Zwischenraum relativ zu diesen Bauteilen drehbar angeordnet ist. Das als Lagerbuchse ausgebildete Teil kann alternativ als separates Teil des Rotorbauteils 14 ausgeführt sein und fest mit dem Rotorbauteil verbunden werden. Das Stopperelement 18 ist in einer passenden Aussparung des Rotorbauteils 14 angeordnet. Aneinander angrenzende Flächen der Welle 12, des Rotorbauteils 14 und der beiden Lagerbauteile 16, 18 sind durch einen beidseitig offenen Lagerspalt 20 voneinander getrennt, der mit einem Lagerfluid, beispielsweise einem Lageröl, gefüllt ist.The named components 10 . 12 . 16 and 18 form the fixed component of the spindle motor. The fluid dynamic bearing comprises a rotor component 14 with a trained as a bearing bush central part and a cup-shaped outer part, in one through the shaft 12 and the two bearing components 16 . 18 formed intermediate space is rotatably arranged relative to these components. The trained as a bearing bush part may alternatively as a separate part of the rotor component 14 be executed and firmly connected to the rotor component. The stopper element 18 is in a matching recess of the rotor component 14 arranged. Adjacent surfaces of the shaft 12 , the rotor component 14 and the two bearing components 16 . 18 are by a bearing gap open on both sides 20 separated from each other, which is filled with a bearing fluid, such as a bearing oil.

Der zentrale Teil des Rotorbauteils 14 hat eine zylindrische Bohrung, an deren Innenumfang zwei axial voneinander beabstandete zylindrische Lagerflächen ausbildet sind, welche durch einen dazwischen angeordneten Separatorspalt 24 mit einer gegenüber dem Lagerspalt vergrößerten Spaltbreite voneinander getrennt sind. Diese Lagerflächen umschließen die stehende Welle 12 in einem Abstand von wenigen Mikrometern unter Bildung eines axial verlaufenden Abschnitts des Lagerspalts 20 und sind mit geeigneten Lagerrillenstrukturen versehen, so dass sie mit den jeweils gegenüberliegenden Lagerflächen der Welle 12 zwei fluiddynamische Radiallager 22a und 22b ausbilden.The central part of the rotor component 14 has a cylindrical bore, on whose inner circumference two axially spaced cylindrical bearing surfaces are formed, which by an interposed separator gap 24 are separated from each other with an opposite the bearing gap enlarged gap width. These storage areas enclose the standing wave 12 at a distance of a few microns to form an axially extending portion of the bearing gap 20 and are provided with suitable Lagerrillenstrukturen so that they with the respective opposite bearing surfaces of the shaft 12 two fluid dynamic radial bearings 22a and 22b form.

An das untere Radiallager 22b schließt sich ein radial verlaufender Abschnitt des Lagerspalts 20 an, der durch radial verlaufende Lagerflächen des Rotorbauteils 14 und entsprechend gegenüber liegende Lagerflächen des Lagerbauteiles 16 gebildet wird. Diese Lagerflächen bilden ein fluiddynamisches Axiallager 26 mit Lagerflächen in Form von zur Drehachse 46 konzentrischen Kreisringen. Das fluiddynamische Axiallager 26 ist in bekannter Weise durch spiralförmige Lagerrillenstrukturen gekennzeichnet, die entweder auf einer stirnseitigen Fläche des Rotorbauteils 14, dem Lagerbauteil 16 oder beiden Teilen angebracht werden können. Die Rillenstrukturen des Axiallagers 26 erstrecken sich vorzugsweise über die ganze Stirnfläche des Rotorbauteils 14, also von inneren Rand bis zum äußeren Rand. Dadurch ergibt sich im Betrieb eine definierte Druckverteilung im gesamten Axiallagerspalt und Unterdruckzonen werden vermieden, da der Fluiddruck von einer radial äußeren zu einer radial inneren Position des Axiallagers kontinuierlich zunimmt. In vorteilhafter Weise sind alle für die Radiallager 22a, 22b und das Axiallager 26 notwendigen Lagerrillenstrukturen am Rotorbauteil 14 angeordnet, was die Herstellung des Lagers insbesondere der Welle 12 und des Lagerbauteils 16 vereinfacht.To the lower radial bearing 22b closes a radially extending portion of the bearing gap 20 on, by radially extending bearing surfaces of the rotor component 14 and corresponding opposite bearing surfaces of the bearing component 16 is formed. These bearing surfaces form a fluid dynamic thrust bearing 26 with bearing surfaces in the form of to the axis of rotation 46 concentric circular rings. The fluid dynamic thrust bearing 26 is characterized in a known manner by spiral bearing groove structures, which are either on an end face of the rotor component 14 , the bearing component 16 or both parts can be attached. The groove structures of the thrust bearing 26 preferably extend over the entire end face of the rotor component 14 that is, from the inner edge to the outer edge. This results in operation in a defined pressure distribution in the entire thrust bearing gap and vacuum zones are avoided because the fluid pressure increases continuously from a radially outer to a radially inner position of the thrust bearing. Advantageously, all are for the radial bearings 22a . 22b and the thrust bearing 26 necessary bearing groove structures on the rotor component 14 arranged what the production of the bearing, in particular the shaft 12 and the bearing component 16 simplified.

An den radialen Abschnitt des Lagerspalts 20 im Bereich des Axiallagers 26 schließt sich ein anteilig mit Lagerfluid gefüllter zweiter Dichtungsspalt 34 an, der durch einander gegenüberliegende Flächen des zentralen Teils des Rotorbauteils 14 und den hochgezogenen Rand 17 des topfförmigen Lagerbauteils 16 gebildet wird und das Ende des Fluidlagersystems an dieser Seite abdichtet. Der zweite Dichtungsspalt 34 umfasst einen gegenüber dem Lagerspalt 20 verbreiterten radial verlaufenden Abschnitt, der in einen sich konisch öffnenden nahezu axial verlaufenden Abschnitt übergeht, der von einer äußeren Umfangsfläche des Rotorbauteils 14 und einer inneren Umfangsfläche des Lagerbauteils 16 begrenzt wird. Neben der Funktion als kapillare Dichtung dient der zweite Dichtungsspalt 34 als Fluidreservoir und stellt die für die Lebensdauer des Lagersystems benötigte Fluidmenge bereit. Ferner können Fülltoleranzen und eine eventuelle thermische Ausdehnung des Lagerfluids ausgeglichen werden. Die beiden den konischen Abschnitt des zweiten Dichtungsspalts 34 bildenden Flächen am Rotorbauteil 14 und dem Lagerbauteil 16 können jeweils relativ zur Drehachse 46 nach innen geneigt sein. Zumindest ist jedoch die Außenfläche des Rotorbauteils 14 relativ zur Drehachse 46 nach innen geneigt. Dadurch wird das Lagerfluid bei einer Drehung des Lagers aufgrund der Fliehkraft in das Lagerinnere in Richtung des Lagerspalts 20 gedrückt.At the radial portion of the bearing gap 20 in the area of the thrust bearing 26 closes a proportionately filled with bearing fluid second sealing gap 34 on, by opposing surfaces of the central part of the rotor component 14 and the raised edge 17 the cup-shaped bearing component 16 is formed and the end of the fluid bearing system seals on this side. The second sealing gap 34 includes one opposite the bearing gap 20 widened radially extending portion that merges into a conically opening nearly axially extending portion of an outer peripheral surface of the rotor component 14 and an inner peripheral surface of the bearing member 16 is limited. In addition to the function as a capillary seal, the second sealing gap is used 34 as a fluid reservoir and provides the required for the life of the storage system fluid amount. Furthermore, filling tolerances and a possible thermal expansion of the bearing fluid can be compensated. The two of the conical section of the second sealing gap 34 forming surfaces on the rotor component 14 and the bearing component 16 can each relative to the axis of rotation 46 to be inclined inwards. However, at least the outer surface of the rotor component 14 relative to the axis of rotation 46 inclined inwards. As a result, the bearing fluid in a rotation of the bearing due to the centrifugal force in the bearing interior in the direction of the bearing gap 20 pressed.

An der anderen Seite des Fluidlagersystems ist das Rotorbauteil 14 im Anschluss an das obere Radiallager 22a so gestaltet, dass es eine radial verlaufende Fläche ausbildet, die mit einer entsprechend gegenüberliegenden Fläche des Stopperbauteils 18 einen radialen Spalt bildet. Der radiale Spalt ist der erste Abschnitt eines ersten Dichtungsspalts 32, der das Fluidlagersystem an diesem Ende abschließt. Der erste Dichtungsspalt 32 kann eine durch entsprechende Rillen gekennzeichnete Pumpdichtung 36 umfassen und sich am äußeren Ende mit vorzugsweise konischem Querschnitt aufweiten. Der erste Dichtungsspalt 32 wird durch einander gegenüberliegende Oberflächen des Rotorbauteils 14 und des Stopperbauteils 18 begrenzt und kann von einer ringförmigen Abdeckkappe 30 abgedeckt sein. Der innere Rand der Abdeckkappe 30 bildet zusammen mit dem Außenumfang der Welle 12 eine Spaltdichtung aus. Dies erhöht die Sicherheit gegen ein Austreten von Lagerfluid aus dem ersten Dichtungsspalt 32. Das obere Ende der Welle 12 ist mit einem Gehäuseteil 48 verbunden. Sofern der Spindelmotor zum Antrieb eines Festplattenlaufwerks ausgebildet ist, trägt das Rotorbauteil 14 mindestens eine Speicherplatte 50. Die Speicherplatte ist mittels eines Halterings 52 und Befestigungsschrauben 54 auf dem Rotorbauteil 14 befestigt.On the other side of the fluid bearing system is the rotor component 14 following the upper radial bearing 22a designed so that it forms a radially extending surface, which with a corresponding opposite surface of the stopper member 18 forms a radial gap. The radial gap is the first portion of a first sealing gap 32 which terminates the fluid bearing system at this end. The first sealing gap 32 may be a pump seal characterized by corresponding grooves 36 include and expand at the outer end with a preferably conical cross-section. The first sealing gap 32 is formed by opposing surfaces of the rotor component 14 and the stopper member 18 limited and can by an annular cap 30 be covered. The inner edge of the cap 30 forms together with the outer circumference of the shaft 12 a gap seal. This increases the safety against leakage of bearing fluid from the first sealing gap 32 , The upper end of the shaft 12 is with a housing part 48 connected. If the spindle motor is designed to drive a hard disk drive, the rotor component bears 14 at least one storage disk 50 , The storage disk is by means of a retaining ring 52 and fixing screws 54 on the rotor component 14 attached.

Die strukturierten Lagerflächen des Fluidlagersystems befinden sich vorzugsweise alle an einem Teil, vorzugsweise dem Rotorbauteil 14, so dass diese relativ einfach mit der geforderten Genauigkeit hergestellt werden können. Aufgrund der Montage des Lagers in dem Lagerbauteil 16, das als Flansch zur Verbindung mit der Basisplatte 10 dient, ist es möglich, das Fluidlager als Baueinheit zu montieren, mit Lagerfluid zu befüllen und zu testen, bevor das Fluidlager als Baueinheit mit der Basisplatte 10 verbunden wird.The structured bearing surfaces of the fluid bearing system are preferably all located on one part, preferably the rotor component 14 so that they can be made relatively easily with the required accuracy. Due to the mounting of the bearing in the bearing component 16 as a flange for connection to the base plate 10 serves, it is possible to mount the fluid bearing as a unit to fill with bearing fluid and test before the fluid bearing as a unit with the base plate 10 is connected.

Das elektromagnetische Antriebssystem des Spindelmotors wird in bekannter Weise gebildet durch eine an der Basisplatte 10 angeordnete Statoranordnung 40 und einem die Statoranordnung 40 in einem radialen Abstand umgebenden, ringförmigen Permanentmagneten 42, der an einer inneren Umfangsfläche eines Randes des Rotorbauteils angeordnet ist.The electromagnetic drive system of the spindle motor is formed in a known manner by a on the base plate 10 arranged stator arrangement 40 and a stator assembly 40 surrounding at a radial distance, annular permanent magnet 42 which is disposed on an inner circumferential surface of an edge of the rotor member.

Da der Spindelmotor vorzugsweise nur ein einziges fluiddynamisches Axiallager 26 aufweist, das eine Kraft in Richtung des Stopperbauteils 18 erzeugt, muss eine entsprechende Gegenkraft oder Vorspannkraft am beweglichen Lagerteil vorgesehen werden, die das Lagersystem axial im Gleichgewicht hält. Hierfür kann die Basisplatte 10 einen ferromagnetischen Ring 44 aufweisen, der dem Rotormagneten 42 axial gegenüberliegt und von diesem magnetisch angezogen wird. Diese magnetische Anziehungskraft wirkt entgegen der im Betrieb erzeugten Kraft des Axiallagers 26 und hält das Lager axial stabil. Alternativ oder zusätzlich zu dieser Lösung können die Statoranordnung 40 und der Rotormagnet 42 axial zueinander versetzt angeordnet werden, und zwar so, dass der Rotormagnet 42 axial weiter entfernt von der Basisplatte 10 angeordnet wird als die Statoranordnung 40. Dadurch wird durch das Magnetsystem des Motors eine axiale Kraft aufgebaut, die ebenfalls entgegengesetzt zum Axiallager 26 wirkt.Since the spindle motor preferably only a single fluid dynamic thrust bearing 26 having a force in the direction of the stopper member 18 generated, a corresponding counterforce or biasing force must be provided on the movable bearing part, which holds the bearing system axially in balance. For this, the base plate 10 a ferromagnetic ring 44 have, the rotor magnet 42 axially opposite and is magnetically attracted by this. This magnetic attraction acts against the force generated during operation of the thrust bearing 26 and keeps the bearing axially stable. Alternatively or in addition to this solution, the stator assembly 40 and the rotor magnet 42 axially offset from each other, in such a way that the rotor magnet 42 axially further away from the base plate 10 is arranged as the stator assembly 40 , As a result, an axial force is built up by the magnet system of the motor, which also opposite to the thrust bearing 26 acts.

Um eine kontinuierliche Durchspülung des Lagersystems mit Lagerfluid sicherzustellen, ist in bekannter Weise ein Rezirkulationskanal 28 vorgesehen, die etwa als Bohrung ausgebildet sein kann. Dieser Rezirkulationskanal 28 ist ebenfalls mit Lagerfluid gefüllt und verbindet den radialen Lagerspalt 20 radial außerhalb des Axiallagers 26 mit dem an den Lagerspalt angrenzenden Abschnitt des ersten Dichtungsspalts 32. Der Rezirkulationskanal 28 mündet auf dem kleinsten Radius des ersten Dichtungsspaltes 32 in einem radialen Bereich des Dichtungsspaltes 32, der unmittelbar an den Lagerspalt 20 angrenzt.In order to ensure a continuous flushing of the storage system with bearing fluid, in a known manner, a recirculation channel 28 provided, which may be formed as a bore, for example. This recirculation channel 28 is also filled with bearing fluid and connects the radial bearing gap 20 radially outside of the thrust bearing 26 with the adjacent to the bearing gap portion of the first sealing gap 32 , The recirculation channel 28 opens at the smallest radius of the first sealing gap 32 in a radial region of the sealing gap 32 , directly to the storage gap 20 borders.

Man erkennt in 1, dass das Stopperelement 18 als ein Teil der Welle 12 ausgebildet ist und einen senkrecht zur Drehachse 46 verlaufenden, flachen und ringförmigen Abschnitt 18a aufweist und einen daran sich anschließenden zylindrischen Abschnitt 18b. Der zylindrische Abschnitt 18b des Stopperelements 18 ist in Richtung des Rotorbauteils 14 gerichtet und in einer entsprechenden ringförmigen Nut des Rotorbauteils 14 angeordnet. Durch die axial sehr flache Bauweise des Stopperelements 18 kann der axiale Abstand zwischen den beiden Radiallagern 22a und 22b im Vergleich zu den bisher bekannten Lagersystemen entsprechender Bauart wesentlich vergrößert werden. Die beiden Radiallager 22a und 22b sind durch einen Separatorspalt 24 getrennt, der entsprechend auch eine größere axiale Länge aufweisen kann. Durch die verschachtelte Anordnung des Stopperelements 18 und des Rotorbauteils 14 ergibt sich ein erster Dichtungsspalt 32, der eine sehr große axiale Gesamtlänge aufweist, vorzugsweise mindestens 65 der axialen Länge des Lagerspaltes. Der erste Dichtungsspalt 32 schließt sich an unmittelbar den axialen Abschnitt des Lagerspalts 20 an.One recognizes in 1 in that the stopper element 18 as part of the wave 12 is formed and a perpendicular to the axis of rotation 46 extending, flat and annular section 18a has and a subsequent cylindrical section 18b , The cylindrical section 18b the stopper element 18 is in the direction of the rotor component 14 directed and in a corresponding annular groove of the rotor member 14 arranged. Due to the axially very flat design of the stopper element 18 can be the axial distance between the two radial bearings 22a and 22b be significantly increased compared to the previously known storage systems of appropriate design. The two radial bearings 22a and 22b are through a separator gap 24 separated, which may also have a greater axial length accordingly. Due to the nested arrangement of the stopper element 18 and the rotor component 14 this results in a first sealing gap 32 which has a very large overall axial length, preferably at least 65 of the axial length of the bearing gap. The first sealing gap 32 connects directly to the axial section of the bearing gap 20 at.

2 zeigt eine vergrößerte Darstellung des Lagersystems gemäß 1, in welchem die Länge LW der Welle 12 eingetragen ist, sowie die Länge La des axialen Abschnitts 20a des Lagerspaltes 20. Vorzugsweise beträgt die Länge La des axialen Abschnitts des Lagerspalts 20 mindestens 55% der Gesamtlänge LW der Welle. Der obere erste Dichtungsspalt 32 schließt sich an den Lagerspalt 20 an und umfasst einen ersten Abschnitt 32a, der etwa senkrecht zum Lagerspalt 20 verläuft und dann einen weiteren Abschnitt 32b, der wiederum senkrecht zum Abschnitt 32a steht, eine dritten Abschnitt 32c, der wiederum senkrecht abknickt sowie einen vierten Abschnitt 32d, der wiederum eine Abknickung aufweist. Schließlich endet der Dichtungsspalt 32 in einem Ringvolumen 33. Das im Querschnitt vorzugsweise konische Ringvolumen 33 dient als Kapillardichtung sowie zum Einfüllen des Lagerfluids in den Lagerspalt und die Dichtungsspalte 32, 34 und nimmt das beim Einfüllen benötigte Lagerfluid auf. 2 shows an enlarged view of the storage system according to 1 in which the length L W of the shaft 12 is entered, and the length L a of the axial section 20a of the storage gap 20 , Preferably, the length L a of the axial portion of the bearing gap 20 at least 55% of the total length L W of the shaft. The upper first sealing gap 32 joins the bearing gap 20 and includes a first section 32a , which is approximately perpendicular to the bearing gap 20 runs and then another section 32b which in turn is perpendicular to the section 32a stands, a third section 32c which in turn kinks vertically and a fourth section 32d which in turn has a bend. Finally, the sealing gap ends 32 in a ring volume 33 , The preferably in cross-section conical annular volume 33 serves as a capillary seal as well as for filling the bearing fluid in the bearing gap and the sealing gaps 32 . 34 and takes up the storage fluid needed during filling.

Der Rezirkulationskanal 28 mündet in dem dargestellten Beispiel in den ersten, radial verlaufenden Abschnitt 32a des Dichtungsspaltes 32. Dieser Abschnitt 32a dient als so genannte Ruhezone. Der weiter, etwa parallel zur Rotationsachse verlaufende Abschnitt 32b des Dichtungsspaltes 32 umfasst vorzugsweise eine Pumpdichtung 36, die gekennzeichnet ist durch Pumprillenstrukturen, die vorzugsweise auf der den Spaltabschnitt 32b begrenzenden Oberflächen des Rotorbauteils 14 angeordnet sind. Diese Rillenstrukturen sind derart angeordnet, dass das im Dichtungsspalt 32 befindliche Lagerfluid in Richtung des Lagerinneren, also in Richtung des Lagerspaltes 20, gefördert wird. Ein dritter Abschnitt 32c, der wiederum in radialer Richtung verläuft, schließt sich an den zweiten Abschnitt 32b des ersten Dichtungsspaltes 32 an. Dieser dritte Abschnitt 32c dient als Kapillardichtung, wie auch der durch einen weiteren Knick sich daran anschließende vierte Abschnitt 32d. Schließlich endet der Dichtungsspalt 32 in dem Ringvolumen 33, das sich an den vierten Abschnitt 32d anschließt.The recirculation channel 28 opens in the illustrated example in the first, radially extending portion 32a the sealing gap 32 , this section 32a serves as a so-called rest area. The further, approximately parallel to the rotation axis extending section 32b the sealing gap 32 preferably comprises a pumping seal 36 characterized by pump groove structures, preferably on the gap portion 32b limiting surfaces of the rotor component 14 are arranged. These groove structures are arranged such that in the sealing gap 32 located bearing fluid in the direction of the bearing interior, ie in the direction of the bearing gap 20 , is promoted. A third section 32c which in turn extends in the radial direction, closes to the second section 32b of the first sealing gap 32 at. This third section 32c serves as a capillary seal, as well as the fourth section connected thereto by another bend 32d , Finally, the sealing gap ends 32 in the ring volume 33 referring to the fourth section 32d followed.

Im Vergleich des erfindungsgemäßen Lagersystems mit einem Lagersystem gemäß dem Stand der Technik ergibt sich eine größere axiale Länge des Radial-Lagerspaltes und es wird dadurch ein Gewinn an Lagerlänge der Radiallager sowie ein sehr viel längerer Dichtungsspalt 32 erzielt. Die größere Länge des Dichtungsspalts gewährleistet eine bessere Abdichtung des oberen Lagerbereichs und verbessert damit die Schockfestigkeit des Lagers.In comparison of the storage system according to the invention with a storage system according to the prior art results in a larger axial length of the radial bearing gap and it is thereby an increase in bearing length of the radial bearings and a much longer sealing gap 32 achieved. The greater length of the sealing gap ensures better sealing of the upper bearing area and thus improves the shock resistance of the bearing.

In 3 ist eine vergrößerte Darstellung des Lagers entlang des Verlaufs des Dichtungsspalts 32 ersichtlich. Der erste Abschnitt 32a des Dichtungsspalts hat eine Länge L32a, der zweite Abschnitt 32b eine Länge L32b, der dritte Abschnitt 32c eine Länge L32c und der vierte Abschnitt 32d eine Länge L32d. Die Gesamtlänge LD des Dichtungsspalts 32 ist LD = L32a + L32b + L32 + L32d und beträgt erfindungsgemäß mindestens 65% der axialen Länge La (2) des Lagerspalts 20. Der Dichtungsspalt 32 umfasst beispielsweise zwei Abschnitte 32a und 32c, die als kapillare Dichtungsspalte wirken, sowie einen Abschnitt 32b, der eine Pumpdichtung 36 umfasst sowie einen weiteren Abschnitt 32d, der ebenfalls als kapillare Dichtung wirkt. Die Pumpdichtung 36 pumpt das im Dichtungsspalt 32 befindliche Lagerfluid in Richtung des Lagerspaltes 20 und ist näher am Lagerspalt 20 angeordnet als die kapillaren Dichtungsspalte 32c, 32d. Zumindest der obere Teil des Abschnitts 32d sowie das Ringvolumen 33 sind dabei als konische Kapillardichtungen ausgebildet, wobei der Öffnungswinkel des Abschnittes 32d mit etwa 2 Grad deutlich geringer ist als der Öffnungswinkel des Abschnittes 33.In 3 is an enlarged view of the bearing along the course of the sealing gap 32 seen. The first paragraph 32a of the sealing gap has a length L 32a, the second section 32b a length L 32b , the third section 32c a length L 32c and the fourth portion 32d a length L 32d . The total length L D of the sealing gap 32 L D = L 32a + L 32b + L 32 + L 32d and is according to the invention at least 65% of the axial length L a ( 2 ) of the storage gap 20 , The sealing gap 32 for example, includes two sections 32a and 32c , which act as capillary sealing gaps, as well as a section 32b that a pump seal 36 includes as well as another section 32d , which also acts as a capillary seal. The pump seal 36 that pumps in the sealing gap 32 located bearing fluid in the direction of the bearing gap 20 and is closer to the bearing gap 20 arranged as the capillary seal column 32c . 32d , At least the upper part of the section 32d as well as the ring volume 33 are designed as conical Kapillardichtungen, wherein the opening angle of the section 32d with about 2 degrees is significantly less than the opening angle of the section 33 ,

Dabei beträgt beispielsweise der Lagerspalt 20a im Bereich der Radiallager 22a, 22b etwa 2 bis 3 Mikrometer; der Axiallagerspalt 20b beträgt im Betrieb (fly height) etwa 5 bis 20 Mikrometer, der Spalt im Abschnitt 32a beträgt etwa 10 bis 50 Mikrometer; der Spalt im Abschnitt 32b, in welchem die Pumpdichtung 36 angeordnet ist, beträgt etwa 10 bis 20 Mikrometer; der Spalt im Abschnitt 32c beträgt etwa 10 bis 50 Mikrometer und der Spalt im Abschnitt 32d beträgt etwa 100 bis 200 Mikrometer.In this case, for example, the bearing gap 20a in the area of radial bearings 22a . 22b about 2 to 3 microns; the axial bearing gap 20b is in operation (fly height) about 5 to 20 microns, the gap in the section 32a is about 10 to 50 microns; the gap in the section 32b in which the pump seal 36 is arranged, is about 10 to 20 microns; the gap in the section 32c is about 10 to 50 microns and the gap in the section 32d is about 100 to 200 microns.

4 zeigt ein Detail des Dichtungsspaltes 132 eines Lagers in einer abgewandelten Ausgestaltung der Erfindung. Der Dichtungsspalt 132 umfasst wiederum einen ersten, radialen Abschnitt 132a, der als Ruhezone wirkt, einen zweiten, axial verlaufenden Abschnitt 132b, der die Pumpdichtung 136 umfasst, einen sich axial darin anschließenden dritten Abschnitt 132e, dessen Querschnitt sich konisch aufweitet und welcher als konische Kapillardichtung wirkt, einen sich daran radial anschließenden kurzen vierten Abschnitt 132c in Form einer Kapillardichtung und schließlich einen fünften Abschnitt 132d, der sich axial erstreckt und ebenfalls eine Kapillardichtung ausbildet, die dann in das Ringvolumen 133 mündet. Auch hier ist die Pumpdichtung 136 näher am Lagerspalt angeordnet als die konische Kapillardichtung 132e. Der Abschnitt 132a des Dichtungsspaltes 132 hat im Vergleich eine geringe Spaltbreite von einigen zehn Mikrometern, während die übrigen Abschnitte 132b bis 132e eine größere Spaltbreite aufweisen. 4 shows a detail of the sealing gap 132 a warehouse in a modified embodiment of the invention. The sealing gap 132 again comprises a first, radial section 132a , which acts as a quiet zone, a second, axially extending section 132b who the pump seal 136 comprises a third section axially adjacent thereto 132e whose cross-section widens conically and which acts as a conical capillary seal, a radially adjoining short fourth section 132c in the form of a capillary seal and finally a fifth section 132d which extends axially and also forms a capillary seal, which then into the ring volume 133 empties. Again, the pump seal 136 arranged closer to the bearing gap than the conical capillary seal 132e , The section 132a the sealing gap 132 has a small gap width of a few tens of microns in comparison, while the remaining sections 132b to 132e have a larger gap width.

Vorzugsweise wird der erste Dichtungsspalt 132 dabei, ausgehend vom unteren Ende des Ringvolumens 133, im Verlauf vom Spaltabschnitt 132d über 132c, 132e, bis hin zu 132b stetig schmaler. Dabei sind zumindest die Spaltabschnitte 132d sowie 132e als konische Kapillardichtungen mit kleinem Konus-Halbwinkel von weniger als 10 Grad ausgebildet und der Spaltabschnitt 132b ist als Pumpdichtung ausgebildet und weist hierzu Pumpstrukturen in Form von in das Lagerinnere pumpenden Rillen auf, die in der Außenwandung des Rotorbauteils 14 und/oder in der Innenwandung des Stopperelements 18 eingebracht wurden. Preferably, the first sealing gap 132 doing so, starting from the lower end of the ring volume 133 , in the course of the gap section 132d above 132c . 132e , up to 132b steadily narrower. At least the gap sections are 132d such as 132e formed as a conical Kapillardichtungen with a small cone half-angle of less than 10 degrees and the gap section 132b is designed as a pumping seal and for this purpose has pumping structures in the form of pumping into the bearing interior grooves in the outer wall of the rotor component 14 and / or in the inner wall of the stopper element 18 were introduced.

In 5 ist ein Schnitt durch eine andere Ausgestaltung des fluiddynamischen Lagersystems im Bereich des Stopperelementes 218 dargestellt. Das Stopperelement 218 ist erfindungsgemäß zweiteilig ausgebildet ist. Ein erstes Teil 218a des Stopperelementes ist in Form eines Bundes der Welle 212 als integraler Teil der Welle 212 ausgebildet und erstreckt sich etwa T-förmig in radialer Richtung als flaches ringförmiges Teil von der Welle 212. Dieses flache ringförmige Teil 218a liegt gegenüber einer radial verlaufenden Fläche des Rotorbauteils 14 und bildet mit diesem den ersten Abschnitt 232a des ersten Dichtungsspaltes 232.In 5 is a section through another embodiment of the fluid dynamic bearing system in the region of the stopper element 218 shown. The stopper element 218 is inventively formed in two parts. A first part 218a the stopper element is in the form of a collar of the shaft 212 as an integral part of the wave 212 formed and extends approximately T-shaped in the radial direction as a flat annular part of the shaft 212 , This flat annular part 218a lies opposite a radially extending surface of the rotor component 14 and forms with this the first section 232a of the first sealing gap 232 ,

Am Außenumfang des an der Welle 212 angeformten Teiles 218a des Stopperelements 218 ist ein hohlzylindrisches Teil 218b angeordnet, welches sich in Richtung des Rotorbauteils 14 fortsetzt und in einer entsprechenden Nut des Rotorbauteils 14 aufgenommen ist. Zwischen den Oberflächen des Rotorbauteils 14 und den Flächen des Teiles 218b des Stopperelementes 218 bilden sich weitere Abschnitte 232b bis 232d des Dichtungsspaltes 232. Die Spaltbreite des Abschnittes 232a ist wesentlich geringer als die Spaltbreite der Abschnitte 232b bis 232d und ist insbesondere geringer als die Spaltbreite des Abschnitts 232c, so dass bei einem axialen Schock auf die Welle 212 die Schockbelastung von dem mit der Welle 212 verbundenen Teil 218a des Stopperelements 218 aufgenommen wird. Bei einem Schock schlägt das Rotorbauteil 14 im schlimmsten Falle am Teil 218a des Stopperelements 218, also dem Bund der Welle 212, an und nimmt die entstehenden Beschleunigungskräfte auf.On the outer circumference of the shaft 212 molded part 218a the stopper element 218 is a hollow cylindrical part 218b arranged, which extends in the direction of the rotor component 14 continues and in a corresponding groove of the rotor member 14 is included. Between the surfaces of the rotor component 14 and the surfaces of the part 218b the stopper element 218 form further sections 232b to 232d the sealing gap 232 , The gap width of the section 232a is much smaller than the gap width of the sections 232b to 232d and is in particular smaller than the gap width of the section 232c , so that when there is an axial shock on the shaft 212 the shock load of that with the shaft 212 connected part 218a the stopper element 218 is recorded. In a shock, the rotor component beats 14 in the worst case on the part 218a the stopper element 218 that is the covenant of the wave 212 , and absorbs the resulting acceleration forces.

Das Teil 218b des Stopperelements 218 kann mittels einer Pressverbindung, Klebeverbindung oder Schweißverbindung mit dem Bauteil 218a verbunden sein. Durch einen Schock auf das Rotorbauteil 14 wird das zweite Bauteil 218b nicht durch Kräfte belastet, da es immer einen ausreichend großen Abstand 258 zum Rotorelement 14 hat.The part 218b the stopper element 218 can by means of a press connection, adhesive connection or welded connection with the component 218a be connected. By a shock on the rotor component 14 becomes the second component 218b not loaded by forces, as there is always a sufficiently large distance 258 to the rotor element 14 Has.

6 zeigt eine andere Ausgestaltung eines zweiteiligen Stopperelementes 318. Die Welle 312 umfasst hierbei einen kleinen, T-förmigen Bund 318a, der ein erstes Teil des Stopperelementes 318 ausbildet. An diesem Ansatz 318a ist ein weiteres Bauteil 318b des Stopperelementes befestigt, das im Querschnitt etwa U-förmig ausgebildet ist, das jedoch eine geringere axiale Höhe aufweist als das Bauteil 318a. Dadurch ergibt sich im Bereich des Dichtungsspaltes 332 ein erster Abschnitt 332e zwischen dem Wellenansatz 318a und dem Rotorbauteil 14, welcher Abschnitt 323e nur eine geringe Spaltbreite aufweist, die kleiner ist als die Spaltbreite im Abschnitt 332a zwischen dem Teil 318b und dem Rotorbauteil 14. Im Falle eines Schocks auf das Rotorbauteil 14 werden die Kräfte die Bauteile 14 und 318a aufgenommen. Das Teil 318b, das zusammen mit entsprechenden Flächen des Rotorbauteils 14 überwiegend den Dichtungsspalt 332 ausbildet, bleibt von den Schockkräften unberührt, da es immer einen ausreichend großen Abstand 358 zum Rotorelement 14 hat. 6 shows another embodiment of a two-part stopper element 318 , The wave 312 This includes a small, T-shaped collar 318a , which is a first part of the stopper element 318 formed. At this approach 318a is another component 318b attached to the stopper element, which is approximately U-shaped in cross section, but which has a smaller axial height than the component 318a , This results in the region of the sealing gap 332 a first section 332e between the wave approach 318a and the rotor component 14 which section 323e has only a small gap width, which is smaller than the gap width in the section 332a between the part 318b and the rotor component 14 , In case of shock on the rotor component 14 the forces become the components 14 and 318a added. The part 318b , which together with corresponding surfaces of the rotor component 14 predominantly the sealing gap 332 training, remains untouched by the shock forces, as there is always a sufficiently large distance 358 to the rotor element 14 Has.

Die Spaltbreite zwischen dem zweiten Bauteil 318b des Stopperelements 318 und dem Rotorbauteil 14 in den Abschnitten 232a bis 232d sind deutlich größer als der Spaltbreite im Abschnittes 332e.The gap width between the second component 318b the stopper element 318 and the rotor component 14 in the sections 232a to 232d are significantly larger than the gap width in the section 332e ,

Das zweite Bauteil 318b des Stopperelements 318 erfüllt daher lediglich eine Dichtungsfunktion zusammen mit den entsprechenden Flächen des Rotorbauteils 14, während das Bauteil 318a zusammen mit dem Rotorbauteil 14 die Stopperfunktion erfüllt.The second component 318b the stopper element 318 therefore only fulfills a sealing function together with the corresponding surfaces of the rotor component 14 while the component 318a together with the rotor component 14 the stopper function is fulfilled.

In 7 sind verschiedene Varianten A bis F eines zweiteiligen Stopperelementes gemäß 5 dargestellt. Die Variante A entspricht der in 5 dargestellten Ausführungsform. Alle anderen Varianten B bis F basieren auf einer Welle 212 mit einem Bund, der das erste Teil 218a des Stopperelementes bildet, das T-förmig von der Welle 212 radial absteht. In Variante B umfasst das zweite Teil 218b1 des Stopperelementes einen Querschnitt eines U-förmigen Teils, das am Außenumfang des ersten Teils 218a befestigt ist. In der Variante C umfasst das zweite Teil 218b2 ein ebenfalls im Querschnitt U-förmiges Teil, das teilweise auf dem ersten Teil 218a aufliegt. In der Variante D umfasst das zweite Teil 218b3 ein mehrfach abgewinkeltes im Querschnitt im Wesentlichen U-förmiges Teil, das teilweise auf dem ersten Abschnitt 218a aufliegt. Die Ausgestaltung gemäß ist ähnlich ausgebildet wie Ausgestaltung gemäß C, wobei das Teil 218a eine größere radiale Ausdehnung aufweist als bei C. Die Ausgestaltung gemäß Ausführungsform F entspricht im Wesentlichen der Ausführungsform D, bei dem jedoch der auf dem Teil 218a aufliegende Abschnitt eine größere Dicke aufweist als bei der Variante D.In 7 are different variants A to F of a two-part stopper element according to 5 shown. Variant A corresponds to in 5 illustrated embodiment. All other variants B to F are based on a wave 212 with a covenant, the first part 218a the stopper element forms the T-shaped from the shaft 212 protrudes radially. In variant B, the second part comprises 218b1 the stopper element has a cross-section of a U-shaped part, which on the outer periphery of the first part 218a is attached. In variant C, the second part comprises 218b2 a likewise in cross-section U-shaped part, partially on the first part 218a rests. In variant D, the second part comprises 218b3 a multi-angled in cross-section substantially U-shaped part, partially on the first section 218a rests. The embodiment according to is formed similar to the embodiment according to C, wherein the part 218a a larger radial extent than in C. The embodiment according to embodiment F corresponds substantially to the embodiment D, but in which the on the part 218a lying section has a greater thickness than in the variant D.

8 zeigt drei verschiedene Ausführungsformen A bis D des zweiteiligen Stopperelementes gemäß 6. Die Variante A entspricht der in 6 dargestellten Ausführungsform. Die Variante B umfasst ein an der Welle angeformten Bund, welcher ein integriertes erstes Teil 318a bildet, auf welchem ein im Querschnitt topfförmiges bzw. U-förmiges Teil 318b1 teilweise aufliegt. Die Variante C umfasst eine Variante ähnlich der Variante B, wobei jedoch der aufliegende Bereich des Teiles 318b2 dicker ausgebildet ist als bei B. Die Variante D zeigt eine T-förmige Welle 412, auf welcher das aufliegende Teil 318b3 über den nach unten ragenden Außenrand zentriert wird. 8th shows three different embodiments A to D of the two-piece stopper element according to 6 , Variant A corresponds to in 6 illustrated embodiment. The variant B comprises a collar formed on the shaft, which is an integrated first part 318a forms, on which a cross-section cup-shaped or U-shaped part 318b1 partially rests. The variant C comprises a variant similar to the variant B, but wherein the resting area of the part 318b2 thicker than in B. The variant D shows a T-shaped shaft 412 on which the resting part 318b3 is centered over the downwardly projecting outer edge.

9 zeigt eine weitere Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Lagers, welche im Wesentlichen der Ausgestaltung gemäß 2 entspricht. Es gilt daher die allgemeine Beschreibung der 2, wobei gleiche Teile mit denselben Bezugszeichen bezeichnet sind. 9 shows a further embodiment of a bearing according to the invention, which essentially according to the embodiment 2 equivalent. It is therefore the general description of 2 , wherein like parts are designated by the same reference numerals.

9 unterscheidet sich von 2 in der Ausbildung des Rezirkulationskanals 428 sowie der Ausbildung des Dichtungsspaltes 432. Wie man in 9 erkennen kann, beginnt der Rezirkulationskanal 428 radial auswärts des Axiallagers 26 und verläuft nach schräg oben in Richtung der Drehachse 46 und mündet oberhalb des oberen Radiallagers 22a in den axial verlaufenden Lagerspalt 20. Der axiale Abschnitt des Lagerspaltes oberhalb der Mündung des Rezirkulationskanals 428, der mit 432f bezeichnet ist, ist bereits der erste Abschnitt des Dichtungsspaltes 432, dessen Spaltbreite bereits größer ist, als die Spaltbreite des Lagerspaltes 20. Es schließt sich ein radial verlaufender Abschnitt 432a des Dichtungsspaltes an, sowie ein wiederum axial verlaufender Abschnitt 432e, der sich im Querschnitt konisch aufweitet und eine konische Kapillardichtung ausbildet. Ein weiterer Abschnitt 432c verläuft radial, an den sich ein abknickender Abschnitt 432g mit konischem Querschnitt anschließt. Diese Variante des Dichtungsspalts 432 hat den Vorteil, dass der Dichtungsspalt 432 insgesamt sehr lang ist, so dass das Lager eine große Schockfestigkeit aufweist. 9 differs from 2 in the formation of the recirculation channel 428 and the formation of the sealing gap 432 , How to get in 9 can recognize, the recirculation channel begins 428 radially outward of the thrust bearing 26 and extends obliquely upwards in the direction of the axis of rotation 46 and flows above the upper radial bearing 22a in the axially extending bearing gap 20 , The axial section of the bearing gap above the mouth of the recirculation channel 428 , the one with 432f is already designated, is already the first portion of the sealing gap 432 whose gap width is already greater than the gap width of the bearing gap 20 , It closes a radially extending section 432a the sealing gap, as well as an in turn axially extending portion 432e which widens conically in cross-section and forms a conical capillary seal. Another section 432c runs radially, to which a kinking section 432g connected with conical cross section. This variant of the sealing gap 432 has the advantage that the sealing gap 432 overall is very long, so that the bearing has a high shock resistance.

Das Stopperelement 418 ist in dieser Ausgestaltung der Erfindung einteilig mit der Welle 412 ausgebildet. Es ist vorteilhaft, dass der von dem Stopperelement 418 überdeckte Bereich der Welle 418 entlang des Spaltabschnitts 432f nicht bearbeitet, d. h. nicht geschliffen werden muss, da er keine Lagerfläche ausbildet. Somit werden die Bearbeitungszeit und Kosten für die Welle 412 reduziert, da dieser Bereich 432f lediglich als Teil des Dichtungsspaltes 32 und nicht als Lagerspalt dient.The stopper element 418 is in this embodiment of the invention in one piece with the shaft 412 educated. It is advantageous that that of the stopper element 418 covered area of the shaft 418 along the gap section 432f not machined, ie does not have to be ground, as it does not form a storage area. Thus, the machining time and cost of the shaft 412 reduced because of this area 432f only as part of the sealing gap 32 and not used as a storage gap.

10 zeigt einen Querschnitt durch eine weitere Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Lagers. Das Lager umfasst ein feststehendes Bauteil 1216, welches in sich eine Welle und ein topfförmiges Lagerbauteil vereint. Das Rotorbauteil 14 besitzt eine Lagerbohrung und ist auf der Welle des Bauteils 1216 angeordnet, wobei ein Stopperelement 518 das Lager nach oben abschließt. Das Stopperelement 518 ist als separates Bauteil ausgebildet und ist an dem oberen Ende der Welle befestigt. Die Welle des Bauteils 1216 umfasst an diesem Ende eine Stufe 513, auf welchem das etwa topfförmige Stopperelement 518 mit seinem inneren Rand aufliegt. Eine Nut mit hochgezogenem Rand 14a des Rotorbauteils 14 ist ausgebildet zur Aufnahme eines zylindrischen Abschnittes 518b des Stopperelements 518, wobei zwischen dem Stopperelement 518 und dem Rotorbauteil 14 eine Pumpdichtung 536 sowie ein Dichtungsspalt 532 ausgebildet ist. 10 shows a cross section through a further embodiment of a bearing according to the invention. The bearing comprises a fixed component 1216 , which combines in itself a shaft and a cup-shaped bearing component. The rotor component 14 has a bearing bore and is on the shaft of the component 1216 arranged, wherein a stopper element 518 the bearing closes upwards. The stopper element 518 is formed as a separate component and is attached to the upper end of the shaft. The shaft of the component 1216 includes a step at this end 513 on which the approximately cup-shaped stopper element 518 rests with its inner edge. A groove with raised edge 14a of the rotor component 14 is adapted to receive a cylindrical portion 518b the stopper element 518 , wherein between the stopper element 518 and the rotor component 14 a pump seal 536 and a sealing gap 532 is trained.

Das obere Ende der Welle 1216 bzw. des Stopperelements 518 liegt an einem Gehäuseteil 48 an und wird über eine Schraube 56 mit dem Gehäuseteil 48 verbunden. Das Stopperelement 518 wird erfindungsgemäß zum einen durch die Stufe 513 in Bezug auf die Welle 1216 ausgerichtet und gehalten, und zum anderen durch die auf das Gehäuseteil 48 wirkende Schraube 56 festgelegt, welche in einer Bohrung der Welle bzw. des Bauteils 1216 eingreift. Durch diese Art der Befestigung benötigt man eine sehr geringe Verbindungslänge zwischen Ende der Welle 1216 und dem Stopperelement 518, welche beispielsweise für eine reine Press- oder Klebeverbindung angesichts der geforderten Schock-Anforderungen zu kurz und nicht geeignet wäre. Durch die Schraubverbindung wird zum einen das Stopperelement 518 sicher an der Welle befestigt und zum anderen auch das Gehäuseteil 48 mit nur einer Schraube 56.The upper end of the shaft 1216 or the stopper element 518 lies on a housing part 48 and is about a screw 56 with the housing part 48 connected. The stopper element 518 is inventively on the one hand by the stage 513 in terms of the wave 1216 aligned and held, and on the other by the on the housing part 48 acting screw 56 set, which in a bore of the shaft or the component 1216 intervenes. This type of attachment requires a very short connection length between the end of the shaft 1216 and the stopper element 518 which, for example, would be too short and unsuitable for a pure press or glued connection in view of the required shock requirements. By the screw is on the one hand, the stopper element 518 securely attached to the shaft and on the other hand also the housing part 48 with only one screw 56 ,

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010
Basisplattebaseplate
12, 212, 312, 41212, 212, 312, 412
Wellewave
513513
Stufestep
1414
Rotorbauteilrotor component
1616
topfförmiges Lagerbauteilpot-shaped bearing component
1717
Randedge
18, 118, 218, 318, 418,18, 118, 218, 318, 418,
Stopperelementstopper member
518518
18a, 18b, 218a, 218b,18a, 18b, 218a, 218b,
Abschnitte des StopperelementsPortions of the stopper element
318a, 318b318a, 318b
2020
Lagerspaltthe bearing gap
20a, 20b20a, 20b
axialer und radialer Abschnitt des Lagerspaltsaxial and radial section of the bearing gap
22a, 22b22a, 22b
Radiallagerradial bearings
2424
Separatorspaltseparator gap
2626
Axiallagerthrust
28, 42828, 428
Rezirkulationskanalrecirculation
3030
Abdeckkappecap
32, 132, 232, 332, 432,32, 132, 232, 332, 432,
erster Dichtungsspaltfirst sealing gap
532532
32a–32d32a-32d
Abschnitte des ersten DichtungsspaltsSections of the first sealing gap
132a–132e 132a-132e
Abschnitte des ersten DichtungsspaltsSections of the first sealing gap
232a–232d232a-232d
Abschnitte des ersten DichtungsspaltsSections of the first sealing gap
332a–332e332a-332e
Abschnitte des ersten DichtungsspaltsSections of the first sealing gap
432a–432g432a-432g
Abschnitte des ersten DichtungsspaltsSections of the first sealing gap
33, 13333, 133
Ringvolumenring volume
3434
zweiter Dichtungsspaltsecond sealing gap
36, 136, 53636, 136, 536
Pumpdichtungpump seal
4040
Statoranordnungstator
4242
Permanentmagnetpermanent magnet
4444
ferromagnetischer Ringferromagnetic ring
4646
Drehsachserotary axis
4848
Gehäuseteilhousing part
5050
Speicherplattedisk
5252
Halteringretaining ring
5454
Schraubescrew
5656
Schraubescrew
258, 358258, 358
Abstand noch erwähnenMention the distance
12161216
Welle-LagerbauteilShaft-bearing component
LW L W
Gesamtlänge der WelleTotal length of the shaft
La L a
Länge des axialen Abschnitts des LagerspaltsLength of the axial section of the bearing gap
L32a–L32d L 32a- L 32d
Länge der Abschnitte 32a–32d des ersten DichtungsspaltsLength of the sections 32a - 32d of the first sealing gap
LD L D
Gesamtlänge des DichtungsspaltsTotal length of the sealing gap

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102008031618 A1 [0003] DE 102008031618 A1 [0003]
  • US 2009/0279818 A1 [0005] US 2009/0279818 A1 [0005]
  • US 2010/0315742 A1 [0005] US 2010/0315742 A1 [0005]

Claims (21)

Fluiddynamisches Lagersystem, welches aufweist: eine feststehende Welle (12, 212, 312, 412; 1216) mit einer Gesamtlänge LW, die direkt oder indirekt in einer Basisplatte (10) gehalten ist, ein relativ zur Welle um eine Drehachse (46) drehbar gelagertes Rotorbauteil (14), einen beidseitig offenen Lagerspalt (20), der mit einem Lagerfluid gefüllt ist und aneinander angrenzende Flächen der Welle (12, 212, 312; 1216), des Rotorbauteils (14) und mindestens eines Lagerbauteils (16; 1216) voneinander trennt, mindestens ein Radiallager (22a, 22b) das entlang eines axial verlaufenden Abschnitts (20a) des Lagerspalts (20) angeordnet ist, mindestens ein Axiallager (26), das entlang eines radial verlaufenden Abschnitts (20b) des Lagerspalts (20) angeordnet ist, einen ersten (32, 132, 232, 332, 532) und einen zweiten Dichtungsspalt (34), die jeweils ein Ende des Lagerspalts (20) nach außen abdichten, und ein Stopperelement (18, 218, 318, 418, 518), das an einem Ende der Welle (12, 212, 312, 1216) angeordnet ist und an den ersten Dichtungsspalt (32; 132, 232, 332, 432, 532) angrenzt, dadurch gekennzeichnet, dass das Stopperelement (18, 218, 318, 418) zumindest teilweise als integrales Teil der Welle (12, 212, 312) ausgebildet ist.Fluid dynamic bearing system, comprising: a fixed shaft ( 12 . 212 . 312 . 412 ; 1216 ) having a total length L W directly or indirectly in a base plate ( 10 ), a relative to the shaft about a rotation axis ( 46 ) rotatably mounted rotor component ( 14 ), a bearing gap open on both sides ( 20 ), which is filled with a bearing fluid and adjacent surfaces of the shaft ( 12 . 212 . 312 ; 1216 ), of the rotor component ( 14 ) and at least one bearing component ( 16 ; 1216 ), at least one radial bearing ( 22a . 22b ) along an axially extending section ( 20a ) of the storage gap ( 20 ), at least one thrust bearing ( 26 ) along a radially extending portion (FIG. 20b ) of the storage gap ( 20 ), a first ( 32 . 132 . 232 . 332 . 532 ) and a second sealing gap ( 34 ), each one end of the storage gap ( 20 ) seal to the outside, and a stopper element ( 18 . 218 . 318 . 418 . 518 ) at one end of the shaft ( 12 . 212 . 312 . 1216 ) is arranged and to the first sealing gap ( 32 ; 132 . 232 . 332 . 432 . 532 ), characterized in that the stopper element ( 18 . 218 . 318 . 418 ) at least partially as an integral part of the wave ( 12 . 212 . 312 ) is trained. Fluiddynamisches Lagersystem gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Stopperelement (18, 218, 318, 418, 518) derart ausgebildet ist, dass die Länge La des axialen Abschnitts (20a) des Lagerspalts (20) mindestens 55% der Gesamtlänge LW der Welle (12, 212, 312, 1216) beträgt.Fluid dynamic bearing system according to claim 1, characterized in that the stopper element ( 18 . 218 . 318 . 418 . 518 ) is formed such that the length L a of the axial section ( 20a ) of the storage gap ( 20 ) at least 55% of the total length L W of the shaft ( 12 . 212 . 312 . 1216 ) is. Fluiddynamisches Lagersystem gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Dichtungsspalt (32; 132, 232, 332, 432, 532) durch Oberflächen des Stopperelements und Oberflächen des Rotorbauteils begrenzt ist.Fluid dynamic bearing system according to one of claims 1 or 2, characterized in that the first sealing gap ( 32 ; 132 . 232 . 332 . 432 . 532 ) is limited by surfaces of the stopper element and surfaces of the rotor component. Fluiddynamisches Lagersystem gemäß Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Stopperelement (18, 218, 318, 418, 518) derart ausgebildet ist, dass der erste Dichtungsspalt (32; 132, 232, 332, 432, 532) eine Gesamtlänge LD aufweist, die mindestens 65% der axialen Länge La des Lagerspalts beträgt.Fluid dynamic storage system according to claim 1 to 3, characterized in that the stopper element ( 18 . 218 . 318 . 418 . 518 ) is formed such that the first sealing gap ( 32 ; 132 . 232 . 332 . 432 . 532 ) has an overall length L D which is at least 65% of the axial length L a of the bearing gap. Fluiddynamisches Lagersystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Stopperelement (18, 118, 218, 318, 418, 518) im Querschnitt im wesentlichen U-förmig ausgebildet ist, und einen an der Welle angeordneten ringförmigen Abschnitt und einen in Richtung des Rotorbauteils gerichteten, hohlzylindrischen Abschnitt aufweist.Fluid dynamic storage system according to one of claims 1 to 4, characterized in that the stopper element ( 18 . 118 . 218 . 318 . 418 . 518 ) is formed in cross-section substantially U-shaped, and having an annular portion arranged on the shaft and a directed in the direction of the rotor component, hollow cylindrical portion. Fluiddynamisches Lagersystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Rotorbauteil (14) eine ringförmige Nut aufweist, in welche der hohlzylindrische Abschnitt des Stopperelements (18, 118, 218, 318, 418, 518) aufgenommen ist.Fluid dynamic bearing system according to one of claims 1 to 5, characterized in that the rotor component ( 14 ) has an annular groove into which the hollow cylindrical portion of the stopper element ( 18 . 118 . 218 . 318 . 418 . 518 ) is recorded. Fluiddynamisches Lagersystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Stopperelement (218; 318) aus einem an einem Ende der Welle angeformten Bund (218a; 218a) und einem mit dem Bund verbundenen zusätzlichen Bauteil (218b, 318b) gebildet ist.Fluid dynamic storage system according to one of claims 1 to 6, characterized in that the stopper element ( 218 ; 318 ) of a collar formed on one end of the shaft ( 218a ; 218a ) and an additional component connected to the collar ( 218b . 318b ) is formed. Fluiddynamisches Lagersystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Rotorbauteil (14) eine ringförmige Nut aufweist, in welche ein hohlzylindrischer Abschnitt des zusätzlichen Bauteils (218b, 318b) des Stopperelements (218, 318) aufgenommen ist.Fluid dynamic bearing system according to one of claims 1 to 7, characterized in that the rotor component ( 14 ) has an annular groove into which a hollow cylindrical portion of the additional component ( 218b . 318b ) of the stopper element ( 218 . 318 ) is recorded. Fluiddynamisches Lagersystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Dichtungsspalt (32; 132, 232, 332, 432, 532) in seinem Verlauf ausgehend vom axialen Abschnitt (20a) des Lagerspalts (20) mindestens drei Abknickungen aufweist.Fluid dynamic bearing system according to one of claims 1 to 8, characterized in that the first sealing gap ( 32 ; 132 . 232 . 332 . 432 . 532 ) in its course starting from the axial section ( 20a ) of the storage gap ( 20 ) has at least three bends. Fluiddynamisches Lagersystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Dichtungsspalt (132, 432) mindestens einen Abschnitt (132e, 432e, 432g) mit konischem Querschnitt aufweist oder in einem Abschnitt (33, 133) mit konischem Querschnitt endet.Fluid dynamic bearing system according to one of claims 1 to 9, characterized in that the first sealing gap ( 132 . 432 ) at least one section ( 132e . 432e . 432g ) with a conical cross-section or in a section ( 33 . 133 ) ends with a conical cross section. Fluiddynamisches Lagersystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass entlang eines Abschnitts (32b, 132b) des ersten Dichtungsspalts (32, 132) eine Pumpdichtung (36, 136) angeordnet ist, welche Rillenstrukturen umfasst, die auf einer Oberfläche des Stopperelements (18, 118) oder des Rotorbauteils (14) angeordnet sind.Fluid dynamic storage system according to one of claims 1 to 10, characterized in that along a section ( 32b . 132b ) of the first sealing gap ( 32 . 132 ) a pumping seal ( 36 . 136 ), which comprises groove structures which are arranged on a surface of the stopper element (FIG. 18 . 118 ) or the rotor component ( 14 ) are arranged. Fluiddynamisches Lagersystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Rotorbauteil (14) eine mit Lagerfluid gefüllter Rezirkulationskanal (28, 428) angeordnet ist, die voneinander entfernte Abschnitte des Lagerspalts (20) miteinander verbindet.Fluid dynamic bearing system according to one of claims 1 to 11, characterized in that in the rotor component ( 14 ) a recirculation channel filled with bearing fluid ( 28 . 428 ), the portions of the storage gap ( 20 ) connects to each other. Fluiddynamisches Lagersystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ende des Rezirkulationskanals (28) in einen radial innen liegenden, und an den Lagerspalt direkt angrenzenden Abschnitt des ersten Dichtungsspalts (32) mündet.Fluid dynamic storage system according to one of claims 1 to 12, characterized that one end of the recirculation channel ( 28 ) in a radially inner, and to the bearing gap directly adjacent portion of the first sealing gap ( 32 ) opens. Fluiddynamisches Lagersystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ende des Rezirkulationskanals (428) in den axialen Abschnitt (20a) des Lagerspalts (20) mündet.Fluid dynamic storage system according to one of claims 1 to 13, characterized in that one end of the recirculation channel ( 428 ) in the axial section ( 20a ) of the storage gap ( 20 ) opens. Fluiddynamisches Lagersystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Dichtungsspalt (32, 132, 232, 332, 532) in einem vom axialen Lagerspalt (20a) radial weiter beabstandeten Abschnitt (32d) angeordnet ist als eine Pumpdichtung (36, 136, 536).Fluid dynamic bearing system according to one of claims 1 to 14, characterized in that the first sealing gap ( 32 . 132 . 232 . 332 . 532 ) in one of the axial bearing gap ( 20a ) radially further spaced portion (FIG. 32d ) is arranged as a pumping seal ( 36 . 136 . 536 ). Fluiddynamisches Lagersystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass eine Pumpdichtung (36, 136, 536) in einem vom axialen Lagerspalt (20a) radial weiter beabstandeten Abschnitt (32b) angeordnet ist als die obere Öffnung eines Rezirkulationskanals (28, 428).Fluid dynamic bearing system according to one of claims 1 to 15, characterized in that a pumping seal ( 36 . 136 . 536 ) in one of the axial bearing gap ( 20a ) radially further spaced portion (FIG. 32b ) is arranged as the upper opening of a recirculation channel ( 28 . 428 ). Fluiddynamisches Lagersystem, welches aufweist: eine feststehende Welle (12, 212, 312; 1216) mit einer Gesamtlänge LW, die direkt oder indirekt in einer Basisplatte (10) gehalten ist, ein relativ zur Welle um eine Drehachse (46) drehbar gelagertes Rotorbauteil (14), einen beidseitig offenen Lagerspalt (20) gefüllt mit einem Lagerfluid, der aneinander angrenzende Flächen der Welle (12, 212, 312; 1216), des Rotorbauteils (14) und mindestens eines Lagerbauteils (16; 1216) voneinander trennt, mindestens ein Radiallager (22a, 22b) das entlang eines axial verlaufenden Abschnitts (20a) des Lagerspalts (20) angeordnet ist, mindestens ein Axiallager (26), das entlang eines radial verlaufenden Abschnitts (20b) des Lagerspalts (20) angeordnet ist, einen ersten (32, 132, 232, 332, 532) und einen zweiten Dichtungsspalt (34), die jeweils ein Ende des Lagerspalts (20) nach außen abdichten, ein Rezirkulationskanal (28; 428), der im Rotorbauteil (14) angeordnet und mit Lagerfluid gefüllt ist und voneinander entfernte Abschnitte des Lagerspalts (20) miteinander verbindet, und ein Stopperelement (18, 218, 318, 418, 518), das an einem Ende der Welle (12, 212, 312, 1216) angeordnet ist und an den ersten Dichtungsspalt (32; 132, 232, 332, 432, 532) angrenzt, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ende des Rezirkulationskanals (28; 428) in einen radial innen liegenden, und an den Lagerspalt (20) direkt angrenzenden Abschnitt (32a) des ersten Dichtungsspalts (32), oder direkt in den axialen Abschnitt des Lagerspalts (20) mündet und dass eine Pumpdichtung (36, 136, 536) radial zwischen dem ersten Dichtungsspalt (32; 132, 232, 332, 432, 532) und dem oberen Ende des Rezirkulationskanals (28, 428) angeordnet ist.Fluid dynamic bearing system, comprising: a fixed shaft ( 12 . 212 . 312 ; 1216 ) having a total length L W directly or indirectly in a base plate ( 10 ), a relative to the shaft about a rotation axis ( 46 ) rotatably mounted rotor component ( 14 ), a bearing gap open on both sides ( 20 ) filled with a bearing fluid, the adjacent surfaces of the shaft ( 12 . 212 . 312 ; 1216 ), of the rotor component ( 14 ) and at least one bearing component ( 16 ; 1216 ), at least one radial bearing ( 22a . 22b ) along an axially extending section ( 20a ) of the storage gap ( 20 ), at least one thrust bearing ( 26 ) along a radially extending portion (FIG. 20b ) of the storage gap ( 20 ), a first ( 32 . 132 . 232 . 332 . 532 ) and a second sealing gap ( 34 ), each one end of the storage gap ( 20 ) seal to the outside, a recirculation channel ( 28 ; 428 ), which in the rotor component ( 14 ) and filled with bearing fluid and portions of the bearing gap ( 20 ) and a stopper element ( 18 . 218 . 318 . 418 . 518 ) at one end of the shaft ( 12 . 212 . 312 . 1216 ) is arranged and to the first sealing gap ( 32 ; 132 . 232 . 332 . 432 . 532 ), characterized in that one end of the recirculation channel ( 28 ; 428 ) in a radially inner, and at the bearing gap ( 20 ) directly adjacent section ( 32a ) of the first sealing gap ( 32 ), or directly into the axial section of the bearing gap ( 20 ) and that a pump seal ( 36 . 136 . 536 ) radially between the first sealing gap ( 32 ; 132 . 232 . 332 . 432 . 532 ) and the upper end of the recirculation channel ( 28 . 428 ) is arranged. Fluiddynamisches Lagersystem gemäß Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Stopperelement (518) als separates Teil ausgebildet und mit der Welle (1216) verbunden ist.Fluid dynamic storage system according to claim 17, characterized in that the stopper element ( 518 ) formed as a separate part and with the shaft ( 1216 ) connected is. Fluiddynamisches Lagersystem gemäß einem der Ansprüche 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Stopperelement (519) an einer Stufe (513) der Welle (12) aufliegt und durch eine Schraube (56) direkt oder indirekt mit der Welle (12) verbunden ist.Fluid dynamic bearing system according to one of claims 17 or 18, characterized in that the stopper element ( 519 ) at a stage ( 513 ) the wave ( 12 ) and by a screw ( 56 ) directly or indirectly with the shaft ( 12 ) connected is. Spindelmotor mit einem Stator (10, 12, 16, 18) und einem Rotor (14), der mittels des fluiddynamischen Lagersystems gemäß den Ansprüchen 1 bis 19 gegenüber dem Stator drehgelagert ist, und einem elektromagnetischen Antriebssystem (40, 42) zum Antrieb des Rotors.Spindle motor with a stator ( 10 . 12 . 16 . 18 ) and a rotor ( 14 ), which is rotatably mounted relative to the stator by means of the fluid dynamic bearing system according to claims 1 to 19, and an electromagnetic drive system ( 40 . 42 ) for driving the rotor. Festplattenlaufwerk mit einem Spindelmotor gemäß Anspruch 20 zum Drehantrieb von mindestens einer magnetischen Speicherplatte (50), sowie einer Schreib- und Lesevorrichtung zum Schreiben und Lesen von Daten auf oder von der magnetischen Speicherplatte (50).Hard disk drive with a spindle motor according to claim 20 for the rotary drive of at least one magnetic storage disk ( 50 ), and a writing and reading device for writing and reading data on or from the magnetic disk ( 50 ).
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