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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft einen Spindelmotor mit einem fluiddynamischen Lagersystem gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Derartige Spindelmotoren werden beispielsweise zum Antrieb von Speicherplattenlaufwerken, insbesondere von Festplattenlaufwerken, verwendet.
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Stand der Technik
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Ein Spindelmotor mit fluiddynamischem Lagersystem der eingangs beschriebenen Art umfasst in der Regel mindestens zwei relativ zueinander drehbar gelagerte Motorbauteile, die zwischen einander zugeordneten Lagerflächen einen mit einem Lagerfluid, z. B. mit Lageröl, gefüllten Lagerspalt ausbilden. Ein drehbares Motorbauteil (Rotor) ist mittels des fluiddynamischen Lagersystems gegenüber einem feststehenden Motorbauteil (Stator) drehbar gelagert und wird durch ein elektromagnetisches Antriebssystem drehend angetrieben. In bekannter Weise besitzen die entlang des Lagerspaltes angeordneten Lagerflächen des fluiddynamischen Lagersystems entsprechende, auf das Lagerfluid wirkende Lagerrillenstrukturen. In fluiddynamischen Lagern werden die Lagerrillenstrukturen in Form von Rillenmustern als Vertiefungen oder Erhebungen üblicherweise auf einzelne oder beide einander gegenüber liegende Lagerflächen aufgebracht. Diese auf entsprechenden Lagerflächen der Lagerpartner angeordneten Lagerstrukturen dienen als Lager- und/oder Pumpstrukturen, die bei relativer Drehung der Lagerbauteile innerhalb des Lagerspalts einen hydrodynamischen Druck erzeugen. Bei Radiallagern werden beispielsweise sinusförmige, parabelförmige oder fischgrätartige („herringbone“) Lagerstrukturen verwendet, die an einer Fläche parallel zur Rotationsachse der Lagerbauteile über den Umfang von mindestens einem Lagerbauteil verteilt angeordnet sind. Bei Axiallagern werden beispielsweise spiralförmige oder fischgrätartige Lagerstrukturen verwendet, die in einer Ebene senkrecht zur Rotationsachse angeordnet werden.
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Spindelmotoren können generell in zwei unterschiedliche Gruppen, sprich Bauformen, eingeteilt werden: Motoren mit drehender Welle, die in einer Lagerbuchse drehgelagert ist und die die Nabe trägt, z. B. so genannte „single plate bearings“ oder „single top thrust bearings“, und Motoren mit feststehender Welle, auf welcher die Nabe drehgelagert ist. Ein entscheidender Vorteil der Motoren mit stehender Welle ist die Möglichkeit, den Spindelmotor nicht nur an einem Ende der stehenden Welle an der Basisplatte eines Gehäuses zu befestigen, sondern auch an dem zweiten Ende der Welle mit z. B. einem Gehäusedeckel zu verbinden. Dadurch erhalten solche Motortypen eine wesentlich größere strukturelle Steifigkeit, wodurch sie besonders geeignet sind z. B. für Laufwerke mit mehreren Festplatten, insbesondere 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.
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Um das obere Ende der Welle an einem Gehäuse oder Gehäusedeckel zu befestigen, umfasst die Welle in bekannter Weise eine Bohrung mit Gewinde, in welche eine Gewindeschraube eingedreht werden kann. Ein solches Lagersystem mit feststehender Welle und Gewindebohrung ist beispielsweise in der
DE 10 2007 058 151 A1 oder
DE 10 2009 022 997 A1 offenbart. In den Schnittdarstellungen erkennt man die Gewindebohrung in der Welle, die sich über einen Großteil der Länge der Welle erstreckt, wobei das Gewinde sich ebenfalls über etwa die halbe Länge der Welle erstreckt und mit dem Lagerbereich mindestens eines Radiallagers überlappt. Es hat sich herausgestellt, dass sich die Welle durch Festziehen der Schraube verformt und sich dabei die Rundheit der Welle wesentlich verschlechtern kann, wenn sich der Schraubeneingriff der Schraube im Gewinde der Welle in axialer Richtung in den Bereich des Radiallagers erstreckt. Insbesondere erzeugt diese Verformung der Welle eine zweite Harmonische, die den nicht wiederholbaren Schlag verschlechtert. Bei den eng bemessenen Toleranzvorgaben für die Rundheit der Welle müssen derartige Verformungen unbedingt vermieden werden.
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Der Erfindung erstreckt sich entsprechend auf Spindelmotoren mit rotierender Welle und kann auch hier in vorteilhafter Weise angewendet werden.
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Die
US 7 407 327 B2 offenbart einen Spindelmotor mit einem fluiddynamischen Lager nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Ein Spindelmotor mit fluiddynamischem Lager und mindestens einem fluiddynamischen Radiallager ist in der
DE 10 2005 036 396 A1 offenbart.
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Offenbarung der Erfindung
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Es ist die Aufgabe der Erfindung, einen Spindelmotor mit einem fluiddynamischen Lager, insbesondere für einen Spindelmotor zum Antrieb eines Speicherplattenlaufwerks, anzugeben, der eine bessere Rundheit der Welle und damit eine verbesserte Rundlaufgenauigkeit des Lagers aufweist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Spindelmotor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Ein erfindungsgemäßes Festplattenlaufwerk ist im nebengeordneten Anspruch 7 beansprucht.
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Bevorzugte Ausgestaltungen und weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Beschrieben ist ein Spindelmotor mit einem fluiddynamischen Lagersystem, der mindestens ein feststehendes Bauteil und mindestens ein rotierendes Bauteil umfasst, welches relativ zum feststehenden Bauteil um eine Rotationsachse drehbar gelagert ist. Das Lagersystem umfasst mindestens einen Lagerspalt, der zwischen einander gegenüberliegenden Flächen der Bauteile ausgebildet ist und mit einem Lagerfluid gefüllt ist. Entlang von Abschnitten des Lagerspaltes sind mindestens zwei fluiddynamische Radiallager, die durch einen Separatorspalt axial voneinander beabstandet sind, und mindestens ein fluiddynamisches Axiallager angeordnet. Eine Welle als Teil des feststehenden oder rotierenden Bauteils ist vorgesehen und weist eine axiale Bohrung mit einem Gewinde auf, in welches eine Schraube eingreift. Ein elektromagnetisches Antriebssystem treibt das rotierende Bauteil des Motors drehend an.
Erfindungsgemäß befinden sich der Eingriff der Schraube in das Gewinde der Bohrung und der Lagerbereich der beiden fluiddynamischen Radiallager in Richtung der Rotationsachse gesehen nicht auf derselben axialen Höhe, und es besteht keine Überlappung zwischen dem Schraubeneingriff im Gewinde der Bohrung bzw. dem Verbindungsbereich zwischen der Welle und der Schraube und dem Lagerbereich der beiden fluiddynamischen Radiallager in Richtung der Rotationsachse gesehen. Mittels der Schraube ist die Welle an einem Gehäusedeckel des Spindelmotors oder eines Festplattenlaufwerks befestigt. Das feststehende Bauteil des Spindelmotors weist erfindungsgemäß ein erstes Lagerbauteil, die in dem Lagerbauteil aufgenommene Welle und ein an der Welle angeordnetes zweites ringförmiges Lagerbauteil auf, wobei die beiden Lagerbauteile in einem gegenseitigen Abstand an der Welle angeordnet sind. Die Welle und das zweite ringförmige Lagerbauteil können dabei ein- oder zweiteilig ausgebildet sein. Das rotierende Bauteil des Spindelmotors kann eine Nabe mit einer Lagerbuchse umfassen, die zwischen den beiden Lagerbauteilen um die Welle drehbar angeordnet ist.
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Diese Ausgestaltung ist insbesondere dann sehr vorteilhaft, wenn es sich um Lagerspalte mit einer Spaltbreite kleiner 4 µm handelt, da dort der Einfluss einer durch Anziehen der Schraube verursachten Abweichung von der Rundheit einen weit größeren Einfluss hätte als bei größeren Lagerspalten.
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Die Erfindung beruht darauf, dass das Gewinde für die Schraube weiter an das Ende der Welle verlagert wird, so dass eine Überschneidung mit dem Radiallagerbereich auf jeden Fall vermieden wird.
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Hierzu wird beispielsweise die Senkung der Bohrung in der Welle kürzer ausgeführt so dass das Gewinde näher an das Ende der Welle verlegt werden kann. Das Gewinde kann ebenfalls verkürzt werden. Das Gewinde befindet sich nun in dem Abschnitt der Welle, an dem das zweite Lagerbauteil angeordnet ist, welches vorzugsweise einteilig mit der Welle ausgebildet ist und einen sehr viel größeren Durchmesser aufweist als die Welle. Durch die größere Materialstärke des zweiten Lagerbauteils, welches das Gewinde aufnimmt, verringert sich die durch das Eindrehen der Schraube unvermeidliche Verformung der Welle in diesem Abschnitt deutlich. Die verbleibende Verformung betrifft dann hauptsächlich den Abschnitt der Welle, an welchem das zweite Lagerbauteil angeordnet ist und setzt sich nicht mehr in störendem Maße über den Abschnitt der Welle in den Bereich des Radiallagers fort. Dadurch bleibt die Rundheit der Welle im Bereich des Radiallagers im Wesentlichen erhalten und beeinträchtigt nicht durch höhere Unrundheit die Lagerfunktion.
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Vorzugsweise werden die mindestens zwei Radiallager entlang des Lagerspalts des fluiddynamischen Lagersystems durch einander angrenzende und durch den Lagerspalt voneinander beabstandete Oberflächen der Welle und der Lagerbuchse gebildet. Die beiden Radiallager sind durch einen sogenannten Separatorspalt axial voneinander beabstandet. Der Separatorspalt hat eine gegenüber dem Lagerspalt vergrößerte Spaltbreite und kann optional bei axial kurzen Lagern fehlen. Ferner umfasst das fluiddynamische Lagersystem mindestens ein Axiallager, das durch einander gegenüberliegende Oberflächen der Stirnseiten des ersten Lagerbauteils und der Lagerbuchse gebildet wird. Das Axiallager ist entlang eines radial verlaufenden Abschnitts des Lagerspalts angeordnet.
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Der beschriebene Spindelmotor ist geeignet zum Antrieb eines Festplattenlaufwerkes, welches mindestens eine Speicherplatte umfasst, die von dem Spindelmotor drehend angetrieben wird. Das Festplattenlaufwerk umfasst eine Schreib-Leseeinrichtung zum Schreiben und Lesen von Daten auf und von der Speicherplatte.
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei ergeben sich aus der Zeichnung und ihrer Beschreibung weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung.
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Figurenliste
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- 1 zeigt einen Spindelmotor mit einem fluiddynamischen Lager gemäß der Erfindung
- 2 zeigt eine vergrößerte Darstellung des oberen Abschnitts der Welle aus 1
- 3 zeigt einen Schnitt durch eine Ausgestaltung eines Spindelmotors mit fluiddynamischem Lagersystem, welche nicht Gegenstand der Erfindung ist.
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Beschreibung einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung
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Die 1 zeigt einen Spindelmotor mit einem fluiddynamischen Lager gemäß der Erfindung. Ein solcher Spindelmotor kann beispielsweise zum Antrieb von Speicherplatten eines Festplattenlaufwerks verwendet werden.
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Der Spindelmotor umfasst eine Basisplatte 10, die eine im Wesentlichen zentrale zylindrische Öffnung aufweist, in welcher ein erstes Lagerbauteil 16 aufgenommen ist. Das erste Lagerbauteil 16 ist etwa topfförmig ausgebildet und umfasst eine zentrale Bohrung, in welcher eine Welle 12 befestigt ist. An dem freien Ende der feststehenden Welle 12 ist ein zweites Lagerbauteil 18 angeordnet, das vorzugsweise ringförmig und einteilig mit der Welle 12 ausgebildet ist. Die genannten Bauteile 10, 12, 16 und 18 bilden die feststehenden Komponenten des Spindelmotors. Die rotierende Komponente des Spindelmotors umfasst eine Nabe 14, die einen etwa topfförmigen Querschnitt aufweist und an welche eine Lagerbuchse 15 einteilig angeformt ist. Prinzipiell ist es auch möglich, die Nabe 14 und die Lagerbuchse 15 als zwei separate Teile auszubilden. Die Lagerbuchse 15 ist in einem durch die Welle 12 und die beiden Lagerbauteile 16, 18 gebildeten Zwischenraum relativ zu diesen Bauteilen drehbar angeordnet ist. Das zweite Lagerbauteil 18 hat einen im Vergleich zur Welle 12 vergrößerten Durchmesser und ist in einer ringförmigen Aussparung der Nabe 14 angeordnet. Aneinander angrenzende Flächen der Welle 12, der Nabe 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.
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Das elektromagnetische Antriebssystem des Spindelmotors wird durch eine an der Basisplatte 10 angeordnete Statoranordnung 42 und einem die Statoranordnung in einem Abstand umgebenden, ringförmigen Rotormagneten 44 gebildet, der an einer inneren Umfangsfläche der Nabe 14 angeordnet ist. Der Motor ist ein Außenläufer, kann aber alternativ als Innenläufer ausgebildet sein.
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Die Lagerbuchse 15 hat eine zylindrische Bohrung, an deren Innenumfang zwei Radiallager 22a, 22b mit zylindrischen Lagerflächen ausbildet sind, welche durch einen dazwischen angeordneten Separatorspalt 24 getrennt sind. Die 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 Lagerrillen versehen, so dass sie mit den jeweils gegenüberliegenden Lagerflächen der Welle 12 die beiden fluiddynamischen Radiallager 22a und 22b ausbilden.
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An das untere Radiallager 22b schließt sich ein radial verlaufender Abschnitt des Lagerspalts 20 an, der durch radial verlaufende Lagerflächen der Lagerbuchse 15 und entsprechend gegenüber liegende Lagerflächen des ersten Lagerbauteiles 16 gebildet wird. Diese Lagerflächen bilden ein fluiddynamisches Axiallager 26 in Form eines zur Drehachse 30 des Lagers senkrechten Kreisringes. Das fluiddynamische Axiallager 26 ist in bekannter Weise durch beispielsweise spiralförmige Lagerrillen gekennzeichnet, die entweder auf der Stirnfläche der Lagerbuchse 15, der Stirnfläche des ersten Lagerbauteils 16 oder beiden Teilen angebracht werden können. Da der Spindelmotor nur ein fluiddynamisches Axiallager 26 aufweist, das eine Kraft in Richtung des zweiten Lagerbauteils 18 erzeugt, muss eine entsprechende Gegenkraft oder Vorspannkraft vorgesehen werden, die das Lagersystem axial im Gleichgewicht hält. Hierfür kann die Basisplatte 10 einen ferromagnetischen Ring 40 aufweisen, der dem Rotormagneten 44 axial gegenüberliegt und von diesem magnetisch angezogen wird. Diese magnetische Anziehungskraft wirkt entgegen der Kraft des Axiallagers 26 und hält das Lager axial stabil.
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An den radialen Abschnitt des Lagerspalts 20 im Bereich des Axiallagers 26 schließt sich ein anteilig mit Lagerfluid gefüllter Dichtungsspalt 34 an, der durch einander gegenüberliegende Flächen der Lagerbuchse 15 und des ersten Lagerbauteils 16 gebildet wird und das Ende des Fluidlagersystems an dieser Seite abdichtet. Der Dichtungsspalt 34 ist teilweise mit Lagerfluid gefüllt und umfasst einen gegenüber dem Lagerspalt 20 verbreiterten radial verlaufenden Abschnitt, der in einen sich konisch öffnenden nahezu axial verlaufenden Abschnitt übergeht, der von einer inneren Umfangsfläche der Lagerbuchse 15 und einer äußeren Umfangsfläche des Lagerbauteils 16 begrenzt wird. Neben der Funktion als kapillare Dichtung dient der 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 Dichtungsspalts 34 bildenden Flächen an der Lagerbuchse 15 und dem Lagerbauteil 16 können jeweils leicht in Richtung zur Drehachse 30, im Verlauf in Richtung zur Lageröffnung, nach innen geneigt sein. Dadurch wird das Lagerfluid bei einer Drehung des Lagers aufgrund der auf das Lagerfluid wirkenden Fliehkraft in das Lagerinnere in Richtung des Lagerspalts 20 gedrückt.
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An der anderen Seite des Fluidlagersystems ist die Nabe 14 bzw. die Lagerbuchse 15 im Anschluss an das obere Radiallager 22a so gestaltet, dass sie eine radiale verlaufende Fläche ausbildet, die mit einer entsprechend gegenüberliegenden Fläche des zweiten Lagerbauteils 18 einen radialen Spalt bildet. An den radialen Spalt schließt sich ein axial verlaufender zweiter Dichtungsspalt 32 an, der das Fluidlagersystem an diesem Ende abschließt und sich am äußeren Ende mit vorzugsweise konischem Querschnitt aufweitet. Der Dichtungsspalt 32 wird durch einander gegenüberliegende Oberflächen der Nabe 14 und des Lagerbauteils 18 begrenzt. Im Bereich des Dichtungsspalts 32 ist vorzugsweise eine Pumpdichtung 36 vorgesehen, die durch Rillenstrukturen 38 gekennzeichnet ist, die auf der Oberfläche des Lagerbauteils 18 und/oder der gegenüber liegenden Oberfläche der Nabe 14 bzw. der Lagerbuchse 15 angeordnet sind und schräg zur Drehrichtung der Nabe 14 verlaufen. Bei Rotation der Nabe 14 erzeugen die Rillenstrukturen 38 eine Pumpwirkung auf das im Dichtungsspalt 32 befindliche Lagerfluid und pumpen dieses in das Lagerinnere in Richtung des Lagerspalts 20. Zur Sicherstellung der Schmiermittelversorgung der Lager und der erforderlichen Druckverhältnisse ist ein Rezirkulationskanal 28 in der Nabe 14 bzw. der Lagerbuchse 15 angebracht. Es kann eine ringförmige Abdeckung 46 zum Schutz des Dichtungsbereichs vorhanden sein.
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2 zeigt eine vergrößerte Darstellung des oberen Abschnitts der Welle aus 1. Gleiche Bauteile wurden mit denselben Bezugszeichen wie in 1 versehen. Die Welle 12 weist an ihrem oberen Ende eine Bohrung 48 mit Gewinde 52 auf, mit deren Hilfe die Welle 12 mittels einer passenden Schraube 56 an einem Gehäusedeckel 58 des Spindelmotors bzw. des Festplattenlaufwerks befestigt werden kann. Die Bohrung 48 umfasst eine Senkung 50, in welcher der evtl. nicht mit einem Gewinde versehene Teil der Schraube 56 zu liegen kommt. Die Bohrung 48 erstreckt sich über ein Viertel bis ein Drittel der Länge der Welle in axialer Richtung parallel zur Rotationsachse 30. Das Gewinde 52 ist derart ausgebildet, dass es sich axial bis in den Abschnitt 54 des Radiallagers 22a (vgl. 1) hineinerstrecken kann, d. h. mit dem Radiallagerabschnitt 54 überlappen kann. Es besteht jedoch keine Überlappung zwischen dem Schraubeneingriff im Gewinde der Bohrung bzw. dem Verbindungsbereich zwischen der Welle und der Schraube und dem Lagerbereich des fluiddynamischen Radiallagers in Richtung der Rotationsachse gesehen. Vielmehr befindet sich die Schraubverbindung in dem Abschnitt der Welle 12, in welchem auch das zweite Lagerbauteil 18 an die Welle angeformt ist. Die Welle 12 hat aufgrund des in diesem Anschnitt angeordneten zweiten Lagerbauteils 18 eine größere Materialstärke, da das zweite Lagerbauteil 18 einen sehr viel größeren Außendurchmesser aufweist, als die Welle 12 selbst.
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Wird nun eine Schraube in das Gewinde 52 eingedreht und die Welle 12 damit an ihrem oberen Ende festgelegt, so weitet sich die Welle 12 bzw. der Außendurchmesser des zweiten Lagerbauteils 18 nur geringfügig auf. Im Abschnitt 54, in welchem sich das obere Radiallager 22a befindet, ist diese Aufweitung jedoch wesentlich kleiner, da die Schraubverbindung nicht bis in diesen Abschnitt 54 hinein reicht. Es gibt also in dem Abschnitt 54 des Radiallagers 22a keine unzulässige Beeinträchtigung der Rundheit der Welle 12, welche die Funktion des Radiallagers 22a beeinträchtigen würde.
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Obwohl diese Verbesserung des Lagersystems am Beispiel einer feststehenden Welle beschrieben wurde, umfasst sie sinngemäß auch die Vermeidung der geometrischen Veränderung einer drehenden Welle durch z. B. die Montage einer Halteklammer, die die Festplatten mit der Nabe verspannt.
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3 zeigt einen Schnitt durch einen Spindelmotor mit rotierender Welle, der nicht Gegenstand der Erfindung ist. Der Spindelmotor umfasst eine Basisplatte 110, welche eine zentrale Öffnung zur Aufnahme einer Lagerbuchse 115 aufweist. Eine Welle 112 ist in einer Bohrung der Lagerbuchse 115 drehbar aufgenommen, wobei die Welle 112 an ihrem aus der Lagerbuchse 115 herausstehenden Ende ein Rotorbauteil in Form einer Nabe 114 trägt. Die Nabe 114 umfasst eine ebene Unterseite, die einer Stirnseite der Lagerbuchse 115 gegenüberliegt und von dieser durch einen Lagerspalt 120 getrennt ist. Die Unterseite der Nabe 114 bildet zusammen mit der Stirnseite der Lagerbuchse 115 ein Axiallager 126 aus, während die Welle 112 mit der Lagerbuchse 115 vorzugsweise zwei zylindrische Radiallager 122a, 122b ausbilden. Die beiden in einem axialen Abstand zueinander angeordneten Radiallager 122a, 122b sind durch einen dazwischen angeordneten Separatorspalt 124 getrennt. Die Radiallager 122a, 122b und das Axiallager 126 sind durch Lagerrillenstrukturen gekennzeichnet, die auf einer oder beiden sich jeweils gegenüberliegenden Lageoberflächen angeordnet sind. Der Lagerspalt 120 erstreckt sich in axialer Richtung zwischen der Lagerbuchse 115 und der Welle 112 und weiter in radialer Richtung zwischen der Stirnseite der Lagerbuchse 115 und der Unterseite der Nabe 114. Am äußeren radialen Durchmesser des Axiallagers 126 geht der Lagerspalt 120 in einen Spalt mit größerem Spaltabstand über, welcher als Dichtungsspalt 132 wirkt. Dieser Dichtungsspalt 132 setzt sich über den Außenumfang der Lagerbuchse 115 fort und erweitert sich konisch nach außen in Form einer konischen Kapillardichtung. Der Dichtungsspalt 132 ist anteilig mit Lagerfluid gefüllt.
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An ihrem unteren Ende ist die Welle 112 verbreitert und weist einen Stopperring 118 auf, der in dem dargestellten Beispiel einteilig mit der Welle 112 ausgebildet ist, aber auch als separates Bauteil mit der Welle 112 verbunden werden kann. Der Stopperring 118 weist einen größeren Außendurchmesser auf als die Welle 112 und ist von einem mit Lagerfluid gefüllten Spalt umgeben, der mit dem Lagerspalt 120 verbunden ist. Der Stopperring 118 ist in einer Aussparung der Lagerbuchse 115 zusammem mit der Welle 112 drehbar angeordnet. Der Stopperring 118 hat die Aufgabe einer Sicherung gegen das Herausfallen der Welle 112 aus der Lagerbuchse 115. Das untere Ende der Lagerbuchse 115 ist durch eine Abdeckung 147 dicht verschlossen.
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Der Spindelmotor umfasst einen elektromagnetischen Antrieb, der aus einer an der Basisplatte 110 angeordneten Statoranordnung 142 sowie einem an der Nabe 114 angeordneten Rotormagneten 144 besteht. Durch entsprechende Bestromung der Wicklungen der Statoranordnung 142 ergibt sich ein elektromagnetisches Drehfeld, welches die Nabe 114 zusammen mit der Welle 112 in Drehung versetzt.
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Da nur ein einzelnes Axiallager 126 vorhanden ist, kann als Gegenlager zum Axiallager 126 ein magnetisches Lager vorgesehen sein, welches aus dem Rotormagneten 144 und einem dem Rotormagneten axial gegenüberliegenden ferromagnetischen Ring 140 und/oder aus einem axialen Versatz zwischen dem Rotormagneten 144 und der Statoranordnung 142 (sogenannter magnetischer Offset) bestehen kann.
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Es kann ein Rezirkulationskanal 128 vorhanden sein, der einen radial außerhalb des Axiallagers 126 angrenzenden Abschnitt des Lagerspalts 120 bzw. Dichtungsspalts 132 mit einem an den Stopperring 118 angrenzenden Abschnitt des Lagerspalts 120 verbindet. Dadurch kann das Lagerfluid im Lager in einem geschlossenen Kreislauf zirkulieren. Ferner findet ein Druckausgleich zwischen den durch den Rezirkulationskanal 128 verbundenen Abschnitten des Lagers statt.
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Der Dichtungsspalt 132 wird begrenzt durch eine radial innen liegende Dichtungsfläche, welche durch eine Außenfläche der Lagerbuchse 115 gebildet wird, und eine radial außen liegende Dichtungsfläche, welche durch eine entsprechende Oberfläche eines zylindrischen Ansatzes der Nabe 114 gebildet wird. Die beiden Dichtungsflächen verlaufen nicht parallel zueinander, sondern weiten sich ausgehend vom Lagerspalt 20 auf, so dass sich ein im Querschnitt konischer Dichtungsspalt 132 ergibt, der eine konische Kapillardichtung bildet. Beide Dichtungsflächen sind bevorzugt im Verlauf zur Öffnung der Kapillardichtung hin um Winkel zwischen 0° und kleiner als 10° leicht zur Welle 112 bzw. zur Rotationsachse 130 hin geneigt, um beim Betrieb des Lagers aufgrund von auf das Lagerfluid wirkenden Zentrifugalkräften das Lagerfluid in Richtung des Lagerinneren zu drücken. Bei Betrieb des Lagers befindet sich die Oberfläche des Lagerfluids im ersten Drittel des axialen Abschnitts des Dichtungsspaltes 132, während der übrige Abschnitt des Dichtungsspaltes 132 frei von Lagerfluid ist und für gewöhnlich auch bleibt.
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Die Welle 112 weist an ihrem oberen Ende eine Bohrung 148 mit Gewinde 152 auf, in welche eine Schraube 156 eingedreht werden kann. Mittels einer Halteklammer 160 werden auf der Nabe 114 eine oder mehrere Speicherplatten 162 gehalten und mittels der Schraube 156 mit der Nabe 114 und der Welle 112 drehfest verbunden. Die Bohrung 148 in der Welle 112 umfasst eine Senkung 150, in welcher der evtl. nicht mit einem Gewinde versehene Teil der Schraube 156 zu liegen kommt. Die Bohrung 148 erstreckt sich über ein Viertel bis ein Drittel der Länge der Welle 112 in axialer Richtung parallel zur Rotationsachse 130.
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Das Gewinde 152 ist derart ausgebildet, dass es sich axial bis in den Bereich des oberen Radiallagers 122a hineinerstrecken kann, d. h. mit dem Radiallager 122a überlappen kann. Es besteht jedoch keine Überlappung zwischen dem Schraubeneingriff im Gewinde der Bohrung bzw. dem Verbindungsbereich zwischen der Welle und der Schraube und dem Lagerbereich des fluiddynamischen Radiallagers in Richtung der Rotationsachse gesehen. Vielmehr befindet sich die Schraubverbindung in dem Abschnitt der Welle 112, an welchem die Nabe 114 montiert ist. Die Nabe 114 ist beispielsweise auf die Welle aufgepresst. Durch Eindrehen der Schraube 156 weitet sich die Welle 112 im Bereich der Nabe 114 geringfügig auf, wodurch sich die Auspresskräfte der Fügeverbindung vergrößern. Im Abschnitt der Welle, entlang welchem sich das obere Radiallager 122a befindet, ist diese Aufweitung jedoch nur gering, da die Schraubverbindung nicht bis in diesen Abschnitt 54 hinein reicht. Es gibt also in diesem Abschnitt der Welle 112 keine unzulässige Verformung der Welle 112, welche die Funktion des Radiallagers 122a beeinträchtigen würde.
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Bezugszeichenliste
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- 10, 110
- Basisplatte
- 12, 112
- Welle
- 14, 114
- Nabe
- 15, 115
- Lagerbuchse
- 16
- erstes Lagerbauteil
- 18
- zweites Lagerbauteil
- 20, 120
- Lagerspalt
- 22a, 22b,
- Radiallager
- 122a, 122b 24, 124
- Separatorspalt
- 26, 126
- Axiallager
- 28, 128
- Rezirkulationskanal
- 30, 130
- Drehachse
- 32, 132
- Dichtungsspalt
- 34
- Dichtungsspalt
- 36
- Pumpdichtung
- 38
- Rillenstrukturen
- 40, 140
- ferromagnetischer Ring
- 42, 142
- Statoranordnung
- 44, 144
- Rotormagnet
- 46
- Abdeckung
- 48, 148
- Bohrung
- 50, 150
- Senkung
- 52, 152
- Gewinde
- 54
- Abschnitt Radiallager 22a, 122a
- 56, 156
- Schraube
- 58,
- Gehäusedeckel
- 118
- Stopperring
- 147
- Abdeckung
- 160
- Halteklammer
- 162
- Speicherplatte
