DE102011015121A1 - Fluiddynamisches Lagersystem und Spindelmotor - Google Patents

Fluiddynamisches Lagersystem und Spindelmotor Download PDF

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Thomas Fuss
Martin Engesser
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein fluiddynamisches Lagersystem, das ein feststehendes Lagerbauteil und ein bewegliches Lagerbauteil umfasst, die durch einen mit einem Lagerfluid gefüllten Lagerspalt voneinander getrennt und um eine Rotationsachse relativ zueinander drehgelagert sind. Der Lagerspalt ist durch erste und zweite Dichtungsspalte abgedichtet, wobei der erste Dichtungsspalt einen im wesentlichen axial verlaufenden Abschnitt mit einem offenen Ende aufweist, entlang welchem eine Pumpdichtung mit Pumprillenstrukturen angeordnet ist.
Erfindungsgemäß sind die Rillenstrukturen der Pumpdichtung in einem definierten Abstand zum offenen Ende des axial verlaufenden Abschnittes des ersten Dichtungsspalts angeordnet.

Description

  • Gebiet der Erfindung
  • Die Erfindung betrifft ein fluiddynamisches Lagersystem, wie es beispielsweise zur Drehlagerung von Spindelmotoren eingesetzt wird. Spindelmotoren mit fluiddynamischem Lagersystem werden u. a. zum Antrieb von Festplattenlaufwerken oder Lüftern verwendet.
  • Stand der Technik
  • Ein fluiddynamisches Lagersystem besteht in der Regel aus einem feststehenden Lagerbauteil und einem beweglichen Lagerbauteil, die durch einen mit einem Lagerfluid gefüllten Lagerspalt voneinander getrennt und um eine gemeinsame Rotationsachse relativ zueinander drehgelagert sind. In bekannter Weise sind Lagerflächen vorgesehen, die mit Lagerrillenstrukturen versehen sind, die bei Rotation des Lagers eine Pumpwirkung auf das im Lagerspalt befindliche Lagerfluid ausüben. In fluiddynamischen Lagern werden die Lagerrillenstrukturen in Form von Vertiefungen oder Erhebungen üblicherweise auf eine oder beide jeweils einander gegenüber liegende Lagerflächen aufgebracht. Bei Drehung der Lagerbauteile relativ zueinander üben die Lagerrillenstrukturen auf das im Lagerspalt befindliche Lagerfluid eine Pumpwirkung aus und erzeugen im Lagerspalt einen hydrodynamischen Druck. Durch diesen hydrodynamischen Druck werden die beiden zueinander rotierenden Lagerbauteile durch entsprechende Lagerkräfte berührungsfrei voneinander getrennt und gelagert.
  • Ein Spindelmotor mit fluiddynamischem Lagersystem ist in der DE 10 2008 031 618 A1 offenbart. Dieses Lagersystem umfasst als feststehendes Lagerbauteil eine Welle, die in einer Bohrung eines feststehenden Lagerbauteils gehalten ist. Eine bewegliche Lagerbuchse, die Teil eines Rotorbauteils ist, rotiert um die feststehende Welle. Auf Grund der Bauweise mit feststehender Welle umfasst der Lagerspalt zwei offene Enden, die jeweils durch einen Dichtungsspalt abgedichtet sind. Diese Dichtungsspalte sind beispielsweise als statische Kapillardichtungen oder dynamische Pumpdichtungen oder eine Kombination dieser beiden Dichtungsarten ausgebildet. Ein Lager der beschriebenen Art für einen Spindelmotor zum Antrieb eines typischen 2,5 Zoll Festplattenlaufwerkes besitzt beispielsweise eine Welle von ca. 2,5 mm Durchmesser, wobei das Rotorbauteil des Spindelmotors (ohne Magnetspeicherplatten) insgesamt etwa 20 mm bis 25 mm im Durchmesser misst.
  • Der Lagerspalt im Bereich der Radiallagerrillen ist nur wenige Mikrometer breit. Im Bereich des oberen Endes der Welle mit den dort befestigten ringförmigen Bauteilen ist der Dichtungsspalt zumindest in seinem axialen Abschnitt zwischen 10 und 15 Mikrometer breit. In diesem axialen Abschnitt ist bevorzugt eine Pumpdichtung mit Pumprillenstrukturen angeordnet, die eine übliche Rillentiefe von 10 bis 20 Mikrometern aufweisen. Die Länge des axialen Abschnittes dieses Dichtungsspaltes beträgt zwischen 0,6 und 0,7 mm. Die Spindelmotoren werden auf Schockfestigkeit getestet, sowohl im Betrieb als auch im Stillstand.
  • Beim Schocktest im Stillstand in VSA(–) Richtung (Vertical Spindle Axis, upside down) hat sich gezeigt, dass in manchen Fällen Lagerfluid aus dem oberen Dichtungsspalt austreten kann und zwar im Bereich der Pumprillenstrukturen, da dort die Spaltbreite des Dichtungsspaltes durch die zusätzliche Tiefe der Pumprillenstrukturen relativ groß ist. Der Dichtungsspalt sowie die Pumprillenstrukturen münden in einen konisch geformten Ringraum, welcher unter anderem zum Einfüllen des Lagerfluids in den Lagerspalt dient.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein fluiddynamisches Lagersystem anzugeben, welches einer höheren statischen Schockbelastung widersteht, ohne dass Lagerfluid aus dem oberen Dichtungsspalt austritt.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein fluiddynamisches Lagersystem mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.
  • Ein Spindelmotor mit dem erfindungsgemäßen fluiddynamischen Lagersystem sowie ein Festplattenlaufwerk, das von einem solchen Spindelmotor angetrieben wird, sind Gegenstand der nebengeordneten Ansprüche.
  • Bevorzugte Ausgestaltungen und weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
  • Das fluiddynamische Lagersystem umfasst ein feststehendes Lagerbauteil und ein bewegliches Lagerbauteil, die durch einen mit einem Lagerfluid gefüllten Lagerspalt voneinander getrennt und um eine Rotationsachse relativ zueinander drehgelagert sind. Der Lagerspalt ist durch erste und zweite Dichtungsspalte abgedichtet, wobei der erste Dichtungsspalt einen im wesentlichen axial verlaufenden Abschnitt mit einem offenen Ende aufweist, entlang welchem eine Pumpdichtung mit Pumprillenstrukturen angeordnet ist.
  • Erfindungsgemäß sind die Rillenstrukturen der Pumpdichtung in einem definierten Abstand zum offenen Ende des axial verlaufenden Abschnittes des ersten Dichtungsspalts angeordnet.
  • Die Pumprillenstrukturen des Pumplagers sind erfindungsgemäß nur im mittleren Bereich des axialen Abschnitts des ersten Dichtungsspalts angeordnet und reichen insbesondere nicht bis zum äußeren Ende des Dichtungsspaltes. Die oberen Enden der Pumprillenstrukturen verbleiben in einem Abstand zum Ende des Dichtungsspaltes, so dass am Ende des Dichtungsspaltes die vorgegebene Spaltbreite eingehalten wird und keine Verbreiterung des Dichtungsspaltes durch die zusätzliche Tiefe der Pumprillenstrukturen erfolgt. Durch diese erfindungsgemäßen Maßnahmen wird die statische Schockfestigkeit der Dichtungsanordnung erhöht, denn durch das relativ schmale Ende des Dichtungsspaltes, das nun nicht mehr durch Pumprillenstrukturen unterbrochen wird, wird das Lagerfluid sicher im Dichtungsspalt zurückgehalten und tritt auch bei größeren statischen Schockeinwirkungen nicht in den angrenzenden konischen Ringraum aus.
  • Bei einem fluiddynamischem Lager, wie es in Spindelmotoren zum Antrieb von 2,5 Zoll Festplattenlaufwerken eingesetzt wird, hat der axiale Abschnitt des ersten Dichtungsspaltes eine Länge von etwa 0,5 mm bis 3,0 mm bei einer Spaltbreite g von 5 bis 20 Mikrometern.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung beträgt der axiale Abstand der Pumprillenstrukturen vom offenen Ende des axialen Abschnitts des Dichtungsspaltes mindestens ca. 0,1 mm. Die axiale Länge der Pumprillenstrukturen, also deren Ausdehnung in axialer Richtung, beträgt vorzugsweise mindestens 0,2 mm und vorzugsweise je nach Baugröße des Lagers zwischen 0,3 mm und 1,5 mm.
  • Die Pumprillenstrukturen sind in bekannter Weise schräg zur Rotationsachse entweder auf einer den ersten Dichtungsspalt begrenzenden Oberfläche des feststehenden Lagerbauteils oder bevorzugt auf einer den ersten Dichtungsspalt begrenzenden Oberfläche des beweglichen Lagerbauteils angeordnet.
  • Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand von Zeichnungsfiguren näher beschrieben. Dabei ergeben sich weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 zeigt einen Schnitt durch einen Spindelmotor mit einem erfindungsgemäßen fluiddynamischen Lagersystem.
  • 2 zeigt eine vergrößerte Ansicht des Lagersystems von 1 im Bereich des ersten Dichtungsspaltes.
  • 1 zeigt einen Spindelmotor mit einem fluiddynamischen Lager gemäß einer ersten bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung. Ein solcher Spindelmotor kann zum Antrieb von Speicherplatten in einem Festplattenlaufwerk verwendet werden.
  • Der Spindelmotor umfasst eine Basisplatte 10, die eine im Wesentlichen zentrale zylindrische Öffnung aufweist, in welcher ein feststehendes Lagerbauteil 16 aufgenommen ist. Das feststehende Lagerbauteil 16 umfasst eine zentrale Bohrung, in welcher eine Welle 12 befestigt ist. An dem anderen, freien Ende der feststehenden Welle 12 ist ein ringförmiges Bauteil 18 angeordnet, das vorzugsweise einteilig mit der Welle 12 ausgebildet ist. Die genannten Bauteile 10, 12, 16 und 18 bilden die feststehende Komponente des Spindelmotors. Das Lager umfasst ein Rotorbauteil 14 mit einer angeformten Lagerbuchse 14a, die in einem durch die Welle 12 und die beiden Bauteile 16, 18 gebildeten Zwischenraum relativ zu diesen Bauteilen drehbar angeordnet ist. Das ringförmige Bauteil 18 ist in einer ringförmigen 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 Lagerspalt 20 ist mit einem Lagerfluid, beispielsweise einem Lageröl, gefüllt. Das ringförmige Lagerbauteil 18 dient unter anderem als Stopperbauteil, welches das Rotorbauteil 14 auch in Überkopflage des Lagers am Herausfallen hindert.
  • Die Lagerbuchse 14a des Rotorbauteils 14 hat eine zylindrische Bohrung, an deren Innenumfang zwei zylindrische Radiallagerflächen ausbildet sind, welche durch einen dazwischen liegenden Separatorspalt 24 getrennt sind. Die Radiallagerflächen umschließen die stehende Welle 12 in einem radialen Abstand von wenigen Mikrometern unter Bildung eines axial verlaufenden Abschnitts des Lagerspalts 20. Die Lagerflächen sind mit geeigneten Lagerrillen versehen, so dass sie mit jeweils gegenüberliegenden Lagerflächen der Welle 12 zwei fluiddynamische Radiallager 22a und 22b ausbilden.
  • Das erste Radiallager 22a ist vorzugsweise symmetrisch ausgebildet und erzeugt eine gleichmäßige Pumpwirkung auf das Lagerfluid in beide Richtungen des Lagerspalts 20, während das zweite Radiallager 22b vorzugsweise asymmetrisch ausgebildet ist und eine überwiegend in Richtung des ersten Radiallagers 22a gerichtete Pumpwirkung erzeugt. Die Radiallagerrillen der beiden Radiallager 22a und 22b sind bevorzugt sinusbogenförmig bzw. fischgrätartig (herringbone grooves) oder V-förmig ausgestaltet.
  • An den vertikal verlaufenden Abschnitt des Lagerspaltes unterhalb des zweiten Radiallagers 22b schließt sich ein radial verlaufender Abschnitt des Lagerspalts 20 an. Dieser radial verlaufende Abschnitt des Lagerspalts 20 ist durch radial verlaufende Lagerflächen an der Stirnfläche der Lagerbuchse 14a und entsprechend gegenüber liegende Lagerflächen des feststehenden Lagerbauteils 16 gebildet. Die radial verlaufenden Lagerflächen bilden ein fluiddynamisches Axiallager 26 in Form eines zur Drehachse 44 senkrechten Kreisringes. Das fluiddynamische Axiallager 26 ist beispielsweise durch spiralförmige Lagerrillen gekennzeichnet, die entweder auf der Stirnseite der Lagerbuchse 14a, der Stirnseite des feststehenden Lagerbauteils 16 oder auf beiden Teilen angebracht werden können.
  • In einem radial äußeren Bereich des feststehenden Lagerbauteils 16 und/oder der gegenüberliegenden Lagerbuchse 14a, in welchem eine Rezirkulationsbohrung 28 mündet, kann ein axial verbreiteter, ringförmiger Spaltabschnitt vorgesehen sein, um die Lagerreibung des Axiallagers 26 zu verringern.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind alle für die Radiallager 22a, 22b und das Axiallager 26 sowie evtl. einer Pumpdichtung 36 notwendigen Lager- bzw. Pumprillenstrukturen an den entsprechenden Oberflächen der Lagerbuchse 14a angeordnet, was die Herstellung des Lagers, insbesondere der Welle 12 und der beiden Bauteile 16, 18 vereinfacht.
  • Im Anschluss an das obere Radiallager 22a ist das Rotorbauteil 14 derart gestaltet, dass es eine radial verlaufende Fläche ausbildet, die mit einer entsprechend gegenüberliegenden radial verlaufenden Fläche des ringförmigen Lagerbauteils 18 einen radialen Abschnitt 32a eines ersten Dichtungsspalts 32 bildet. An den radialen Spaltabschnitt 32a schließt sich ein axial verlaufender Abschnitt 32b des ersten Dichtungsspalts 32 an, der das Fluidlagersystem an diesem Ende abschließt. Der erste Dichtungsspalt 32 wird durch einander gegenüberliegende Oberflächen des Rotorbauteil 14 und des ringförmigen Bauteils 18 begrenzt weitet sich am äußeren Ende in einen Ringraum 33 mit vorzugsweise konischem Querschnitt auf. Der axiale Abschnitt 32b des ersten Dichtungsspalts 32 umfasst erfindungsgemäß eine Pumpdichtung 36, die durch Pumprillenstrukturen 36a gekennzeichnet ist. Die Rillenstrukturen sind auf einer den Dichtungsspalt 32 begrenzenden äußeren Oberfläche des ringförmigen Lagerbauteils 18 oder bevorzugt auf einer inneren Umfangsfläche eines Randes 14b des Rotorbauteils angeordnet. Weitere Einzelheiten des Pumplagers 36 im Bereich des ersten Dichtungsspalts 32 werden weiter unten im Zusammenhang mit 2 erläutert.
  • Eine Abdeckkappe 30 verschließt den ersten Dichtungsspalt 32 und den Ringraum 33. Die Abdeckkappe 30 ist an einem umlaufenden Rand 14b des Rotorbauteils 14 gehalten und dort beispielsweise angeklebt, aufgepresst und/oder verschweißt. Der innere Rand der Abdeckkappe 30 kann zusammen mit dem Außenumfang des ringförmigen Lagerbauteils 18 bzw. der Welle 12 eine Spaltdichtung ausbilden. Dies erhöht die Sicherheit gegen ein Austreten von Lagerfluid aus dem ersten Dichtungsspalt 32.
  • Unter normalen Betriebsbedingungen sowie auch im Stillstand des Lagers befindet sich das Lagerfluid innerhalb des ersten Dichtungsspalts 32.
  • An den radialen Abschnitt des Lagerspalts 20 im Bereich radial außerhalb des Axiallagers 26 schließt sich ein anteilig mit Lagerfluid gefüllter zweiter Dichtungsspalt 34 an, der durch einander gegenüberliegende Flächen des Rotorbauteils 14 und des feststehenden Lagerbauteils 16 gebildet wird. Der zweite Dichtungsspalt 34 dichtet den Lagerspalt 20 an dieser Seite ab. Der zweite Dichtungsspalt 34 verläuft etwa parallel zur Rotationsachse 44 und weitet sich zum Ende hin konisch auf. Der zweite Dichtungsspalt 34 ist von einer äußeren Umfangsfläche des Rotorbauteils 14 und einer inneren Umfangsfläche des feststehenden Lagerbauteils 16 begrenzt. 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 feststehenden Lagerbauteil 16 können jeweils relativ zur Drehachse 44 zumindest partiell nach innen geneigt sein. Dadurch wird das Lagerfluid bei einer Drehung des Lagers aufgrund der Fliehkraft nach innen in Richtung des Lagerspalts 20 gedrückt.
  • Das elektromagnetische Antriebssystem des Spindelmotors wird in bekannter Weise gebildet durch eine an der Basisplatte 10 angeordnete Statoranordnung 42 und einem die Statoranordnung in einem Abstand umgebenden, ringförmigen Rotormagneten 40, der an einer inneren Umfangsfläche des Rotorbauteils 14 angeordnet ist. Prinzipiell ist es auch möglich, die Lagerbuchse 14a als separates Teil des Rotorbauteils 14 auszubilden.
  • In dem Fall, dass der Spindelmotor nur ein einziges fluiddynamisches Axiallager 26 aufweist, das im Betrieb des Motors eine Kraft auf die beweglichen Lagerteile in Richtung des feststehenden Lagerbauteils 18 erzeugt, muss eine entsprechende axiale Gegenkraft oder Vorspannkraft am beweglichen Lagerteil vorgesehen werden, die das Lagersystem axial im Gleichgewicht hält. Hierfür kann die Basisplatte 10 einen ferromagnetischen Ring 38 aufweisen, der dem Rotormagneten 40 axial gegenüberliegt und von diesem magnetisch angezogen wird. Diese magnetische Anziehungskraft wirkt im Betrieb entgegen der Kraft des Axiallagers 26 und hält das Lager axial stabil. Alternativ oder zusätzlich zu dieser Lösung können die Statoranordnung 42 und der Rotormagnet 40 axial zueinander versetzt angeordnet werden, und zwar so, dass die magnetische Mitte des Rotormagneten 40 axial weiter entfernt von der Basisplatte 10 angeordnet wird als die magnetische Mitte der Statoranordnung 42. Auch mit dieser Maßnahme wird durch das Magnetsystem des Motors eine axiale Kraft aufgebaut, die entgegengesetzt zum Axiallager 26 wirkt.
  • Um eine kontinuierliche Durchspülung des Lagersystems mit Lagerfluid sicherzustellen, ist in bekannter Weise eine Rezirkulationsbohrung 28 vorgesehen. Die Rezirkulationsbohrung 28 ist erfindungsgemäß als axial oder leicht schräg verlaufender Kanal im Rotorbauteil 14 ausgebildet, der vorzugsweise in einem spitzen Winkel in Bezug auf die Rotationsachse 44 des Lagers angeordnet ist. Die Rezirkulationsbohrung 28 verbindet die beiden radialen Abschnitte des Lagerspalts 20 zwischen den Lagerbereichen und den Dichtungsbereichen direkt miteinander. Aufgrund der gerichteten Pumpwirkung der Lagerrillenstrukturen des Axiallagers 26 und des Radiallagers 22b ergibt sich im Radiallagerspalt 20 vorzugsweise eine Strömung in Richtung des oberen Radiallagers 22a, welche – unterstützt durch Zentrifugalkräfte infolge der schrägen Anordnung der Rezirkulationsbohrung 28 – durch die Rezirkulationsbohrung nach unten in Richtung des Axiallagers 26 zurückfließt, so dass sich ein Kreislauf einstellt. Außerdem wird das Lagerfluid in der Rezirkulationsbohrung 28 aufgrund der Wirkung der Fliehkraft im schrägen Kanal nach unten in Richtung des Axiallagers 26 gefördert, so dass sich ein stabiler Fluidkreislauf einstellt.
  • 2 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt des Lagersystems im Bereich des ringförmigen Lagerbauteils 18 und des ersten Dichtungsspaltes 32. Mit Bezug auf 1 sind gleiche Bauteile mit denselben Bezugszeichen bezeichnet. Für diese Bauteile gilt die Beschreibung von 1.
  • Man erkennt den axialen Abschnitt des Lagerspaltes 20 entlang welchem sich das obere Radiallager 22a erstreckt. An seinem oberen Ende weitet sich der Lagerspalt 20 etwas auf und geht über in einen radial verlaufenden Abschnitt 32a des ersten Dichtungsspalts 32. In diesen radial verlaufenden Abschnitt 32a mündet vorzugsweise die Rezirkulationsbohrung 28, die im Rotorbauteil 14 angeordnet ist.
  • An seinem radial äußeren Ende geht der radiale Abschnitt 32a des Dichtungsspaltes in einen axialen Abschnitt 32b über, der sich zwischen einer äußeren Umfangsfläche des ringförmigen Bauteils 18 und einer inneren Umfangsfläche eines Randes 14b des Rotorbauteils 14 erstreckt.
  • Der axiale Abschnitt 32b des Dichtungsspaltes 32 hat in dem dargestellten Beispiel eine Länge Ld von ca. 0,8 mm. Diese kann jedoch auch deutlich länger sein und etwa 1,5 mm bis 4 mm betragen. Etwa in der Mitte des axialen Abschnittes 32b des Dichtungsspaltes 32 ist eine Pumpdichtung 36 mit Pumprillenstrukturen 36a angeordnet. Die Pumprillenstrukturen 36a haben eine axiale Ausdehnung Lp von ca. 0,2 mm bis 3,0 mm, wobei die oberen Enden der Pumprillenstrukturen 36a nicht bis an das Ende des axialen Abschnitts 32b des Dichtungsspaltes 32 reichen. Erfindungsgemäß ist zwischen dem Ende der Pumprillenstrukturen 36a und dem Ende des axialen Abschnitts 32b des Dichtungsspaltes 32 ein definierter Abstand La vorgesehen, der beispielsweise zwischen 0,1 und 0,4 mm lang ist. Dieser Abstand La ist abhängig von der geforderten Schockfestigkeit sowie von der radialen Spaltbreite g des axialen Abschnitts 32b des Dichtungsspaltes 32. Bei geringerer Spaltbreite g des axialen Abschnitts 32b ist ein geringerer Abstand La ausreichend. Vorzugsweise ist der Quotient aus dem Quadrat der radialen Spaltbreite g im Bereich des axialen Abschnitts 32b zwischen dem Ende der Pumprillenstrukturen 36a und dem äußeren Ende des axialen Abschnitts 32b des Dichtungsspaltes 32 und dem Abstand La kleiner als 4 Mikrometer, d. h. g2/La < 4 μm. Ferner kann vorgesehen sein, die Breite des axialen Abschnitts 32b zwischen dem Ende der Pumprillenstrukturen 36a und dem äußeren Ende des axialen Abschnitts 32b des Dichtungsspaltes 32 geringer auszugestalten als etwa die Spaltbreite im Bereich der Pumpdichtung 36. Ferner kann der Bereich zwischen dem Ende der Pumprillenstrukturen 36a und dem äußeren Ende des axialen Abschnitts 32b des Dichtungsspaltes 32 zumindest partiell als konische Kapillardichtung ausgestaltet sein mit einem geringen Öffnungswinkel von etwa 2 Grad.
  • Die Enden der Pumprillenstrukturen 36a brechen erfindungsgemäß nicht bis in den Bereich des konischen Ringraumes 33 durch, sondern der Dichtungsspalt ist am Ende des axialen Abschnitts 32b am Übergang zum konischen Ringraum 33 relativ schmal, vorzugsweise zwischen 5 bis 20 Mikrometern. Die Tiefe der Pumprillenstrukturen 36a beträgt ebenfalls etwa 5 bis 20 Mikrometer. Ferner ist vorgesehen, dass die Lagerrillenstrukturen 36a ebenfalls einen Abstand Li > 0 zum radial verlaufenden Abschnitt 32a des Dichtungsspaltes 32 haben, welcher Abstand Li ebenfalls etwa 0,1 bis 0,4 mm betragen kann.
  • Der konische Ringraum 33, in welchem der axiale Abschnitt 32b des Dichtungsspaltes 32 mündet, dient einerseits als Einfüllreservoir zum Einfüllen des Lagerfluids in das Lager und als Ausgleichsvolumen für das Lagerfluid und andererseits als konische Kapillardichtung. Dieser konische Ringraum 33 ist von einer Abdeckung 30 abgedeckt.
  • Bezugszeichenliste
  • 10
    Basisplatte
    12
    Welle
    14
    Rotorbauteil
    14a
    Buchse
    14b
    Rand
    16
    feststehendes Lagerbauteil
    18
    ringförmiges Lagerbauteil
    20
    Lagerspalt
    22a, 22b
    Radiallager
    24
    Separatorspalt
    26
    Axiallager
    28
    Rezirkulationsbohrung
    30
    Abdeckkappe
    32
    erster Dichtungsspalt
    32a
    radialer Abschnitt
    32b
    axialer Abschnitt
    33
    konischer Ringraum
    34
    zweiter Dichtungsspalt
    36
    Pumpdichtung
    36a
    Rillenstrukturen
    38
    ferromagnetischer Ring
    40
    Rotormagnet
    42
    Statoranordnung
    44
    Drehachse
    g
    radiale Spaltbreite
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102008031618 A1 [0003]

Claims (9)

  1. Fluiddynamisches Lagersystem, insbesondere zur Drehlagerung eines Spindelmotors, mit einem feststehenden Lagerbauteil (12; 16; 18) und einem beweglichen Lagerbauteil (14), die durch einen mit einem Lagerfluid gefüllten Lagerspalt (20) voneinander getrennt und um eine Rotationsachse (44) relativ zueinander drehgelagert sind, wobei der Lagerspalt (20) durch erste und zweite Dichtungsspalte (32, 34) abgedichtet ist, und der erste Dichtungsspalt (32) einen im wesentlichen axial verlaufenden Abschnitt (32b) mit einem offenen Ende aufweist, entlang welchem eine Pumpdichtung (36) mit Pumprillenstrukturen (36a) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumprillenstrukturen (36a) der Pumpdichtung in einem Abstand La > 0 zum offenen Ende des axial verlaufenden Abschnitts (32b) des ersten Dichtungsspalts (32) angeordnet sind.
  2. Fluiddynamisches Lagersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge Ld des axialen Abschnitts (32b) des ersten Dichtungsspalts 0,5 bis 4,0 mm beträgt.
  3. Fluiddynamisches Lagersystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der axiale Abstand La der Pumprillenstrukturen (36a) vom offenen Ende des axialen Abschnitts (32b) des Dichtungsspalts größer als 0,1 ist.
  4. Fluiddynamisches Lagersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumprillenstrukturen (36a) eine axiale Länge Lp von 0,2 bis 3,0 mm aufweisen.
  5. Fluiddynamisches Lagersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Quotient aus dem Quadrat der radialen Spaltbreite g des axialen Abschnitts 32b im Bereich zwischen dem Ende der Pumprillenstrukturen 36a und dem äußeren Ende des axialen Abschnitts 32b des Dichtungsspaltes 32 und dem Abstand La kleiner ist als 4 Mikrometer, d. h. g2/La < 4 μm.
  6. Fluiddynamisches Lagersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Rillenstrukturen (36a) der Pumpdichtung auf einer den ersten Dichtungsspalt (32) begrenzenden Oberfläche des feststehenden Lagerbauteils (18) angeordnet sind.
  7. Fluiddynamisches Lagersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Rillenstrukturen (36a) der Pumpdichtung auf einer den ersten Dichtungsspalt (32) begrenzenden Oberfläche (14b) des beweglichen Lagerbauteils (14) angeordnet sind.
  8. Spindelmotor mit einem fluiddynamischen Lagersystem, welcher umfasst: ein feststehendes Lagerbauteil (12; 16; 18) und ein bewegliches Lagerbauteil (14), die durch einen mit einem Lagerfluid gefüllten Lagerspalt (20) voneinander getrennt und um eine Rotationsachse (44) relativ zueinander drehgelagert sind, wobei der Lagerspalt (20) durch erste und zweite Dichtungsspalte (32, 34) abgedichtet ist, und der erste Dichtungsspalt (32) einen im wesentlichen axial verlaufenden Abschnitt (32b) mit einem offenen Ende aufweist, entlang welchem eine Pumpdichtung (36) mit Pumprillenstrukturen (36a) angeordnet ist, wobei das bewegliche Lagerbauteil (14) durch ein elektromagnetisches Antriebssystem (40, 42) drehend antreibbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumprillenstrukturen (36a) der Pumpdichtung in einem Abstand La > 0 zum offenen Ende des axial verlaufenden Abschnitts (32b) des ersten Dichtungsspalts (32) angeordnet sind.
  9. Festplattenlaufwerk mit einem Spindelmotor gemäß Anspruch 7, der mindestens eine Speicherplatte drehend antreibt, und eine Schreib-Leseeinrichtung zum Schreiben und Lesen von Daten auf und von der Speicherplatte
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