DE102013018044A1

DE102013018044A1 - Fluid dynamic bearing system with fixed shaft

Info

Publication number: DE102013018044A1
Application number: DE102013018044.9A
Authority: DE
Inventors: Tobias Kirchmeier
Original assignee: Minebea Co Ltd
Current assignee: MinebeaMitsumi Inc
Priority date: 2013-12-02
Filing date: 2013-12-02
Publication date: 2015-06-03

Abstract

Die Erfindung betrifft ein fluiddynamisches Lagersystem, welches ein feststehendes Lagerbauteil mit einer Welle, einen Wellenflansch und einen an einem freien Ende der Welle befestigtes Stopperbauteil umfasst. Ferner umfasst das fluiddynamische Lagersystem ein drehbares Rotorbauteil mindestens ein fluiddynamisches Radiallager und mindestens ein fluiddynamisches Axiallager zur Drehlagerung des Rotorbauteils relativ zum feststehenden Lagerbauteil Erfindungsgemäß ist das Stopperbauteil mittels einer Schweißverbindung und/oder einer Schraubverbindung und/oder einer Klebeverbindung an der Welle befestigt.The invention relates to a fluid dynamic bearing system comprising a fixed bearing member having a shaft, a shaft flange and a stopper member fixed to a free end of the shaft. Furthermore, the fluid-dynamic bearing system comprises a rotatable rotor component at least one fluid-dynamic radial bearing and at least one fluid-dynamic thrust bearing for pivotally mounting the rotor component relative to the fixed bearing component. According to the invention, the stopper component is fastened to the shaft by means of a welded connection and / or a screw connection and / or an adhesive connection.

Description

Gebiet der ErfindungField of the invention

Die Erfindung betrifft ein fluiddynamisches Lagersystem mit feststehender Welle, das zur Drehlagerung eines Spindelmotors verwendet wird. Derartige Spindelmotoren können unter anderem zum Antrieb eines Festplattenlaufwerkes oder eines Lüfters verwendet werden.The invention relates to a fluid-dynamic bearing system with a fixed shaft, which is used for pivotal mounting of a spindle motor. Such spindle motors can be used inter alia to drive a hard disk drive or a fan.

Stand der TechnikState of the art

Spindelmotoren, wie sie zum Antrieb von modernen Festplattenlaufwerken eingesetzt werden, sind Miniaturmotoren, die mittels eines fluiddynamischen Lagersystems drehgelagert sind.Spindle motors, such as those used to drive modern hard disk drives, are miniature motors that are rotatably supported by a fluid dynamic bearing system.

Ein solcher Spindelmotor umfasst ein feststehendes Motorbauteil sowie ein drehbares Motorbauteil, welches mittels des fluiddynamischen Lagersystems relativ zum feststehenden Motorbauteil um eine Drehachse drehbar gelagert ist. Das drehbare Motorbauteil wird in bekannter Weise durch ein elektromagnetisches Antriebssystem drehend angetrieben. Ein derartiger Spindelmotor ist in der Regel auf einer Basisplatte aufgebaut, welche gleichzeitig ein unteres Gehäusebauteil darstellt, das mittels eines Gehäusedeckels verschließbar ist.Such a spindle motor comprises a fixed engine component and a rotatable engine component, which is rotatably mounted relative to the stationary engine component about an axis of rotation by means of the fluid dynamic bearing system. The rotatable engine component is rotationally driven in a known manner by an electromagnetic drive system. Such a spindle motor is usually constructed on a base plate, which simultaneously represents a lower housing component which can be closed by means of a housing cover.

In der Regel sind entsprechende Bauelemente des feststehenden und des drehbaren Motorbauteils gleichzeitig als Lagerbauteile ausgebildet, welche einander zugeordnete Lagerflächen aufweisen, die durch einen mit einem Lagerfluid gefüllten Lagerspalt voneinander getrennt sind.In general, corresponding components of the fixed and the rotatable engine component are simultaneously formed as bearing components, which have mutually associated bearing surfaces which are separated by a filled with a bearing fluid bearing gap.

Es sind sowohl fluiddynamische Radiallager als auch fluiddynamische Axiallager vorgesehen, die in bekannter Weise den Lagerflächen zugeordnete Lagerrillenstrukturen aufweisen, welche bei einer Relativbewegung der Lagerbauteile eine Pumpwirkung auf das im Lagerspalt angeordnete Lagerfluid ausüben. Durch die Pumpwirkung der Lagerrillenstrukturen wird innerhalb des Lagerspaltes ein hydrodynamischer Druck erzeugt, der die Lagerflächen nahezu reibungsfrei voneinander trennt und die Lager tragfähig macht. Für die Radiallager werden beispielsweise sinusförmige, parabelförmige oder fischgrätenförmige Lagerrillenstrukturen verwendet, die auf parallel zur Rotationsachse des Lagersystems angeordneten Lagerflächen eines feststehenden oder drehbaren Lagerbauteils angeordnet sind. Für die Axiallager werden beispielsweise spiralförmige oder fischgrätenförmige Lagerrillenstrukturen verwendet, die auf senkrecht zur Rotationsachse stehenden Lagerflächen eines feststehenden oder drehbaren Lagerbauteils angeordnet sind.Both fluid-dynamic radial bearings and fluid-dynamic axial bearings are provided, which in a known manner have bearing groove structures assigned to the bearing surfaces, which exert a pumping action on the bearing fluid arranged in the bearing gap during a relative movement of the bearing components. Due to the pumping action of the bearing groove structures, a hydrodynamic pressure is generated within the bearing gap, which separates the bearing surfaces from each other almost frictionless and makes the bearings viable. For the radial bearings, for example, sinusoidal, parabolic or fishbone-shaped bearing groove structures are used, which are arranged on parallel to the axis of rotation of the storage system arranged bearing surfaces of a fixed or rotatable bearing component. For example, helical or fishbone-shaped bearing groove structures are used for the thrust bearing, which are arranged on perpendicular to the rotational axis bearing surfaces of a fixed or rotatable bearing component.

Bei Spindelmotoren werden grundsätzlich zwei Bauarten unterschieden: Spindelmotoren mit feststehender Welle und Spindelmotoren mit drehender Welle.In spindle motors basically two types are distinguished: spindle motors with fixed shaft and spindle motors with rotating shaft.

Die DE 10 2008 031 618 A1 zeigt einen Spindelmotor mit feststehender Welle, wobei der Spindelmotor eine Grundplatte aufweist, in welcher ein erstes etwa U-förmiges Lagerbauteil aufgenommen ist. In einer zentralen Öffnung dieses Lagerbauteils ist eine Welle befestigt. An dem freien Ende der Welle ist ein sogenanntes Stopperbauteil angeordnet. In dem Zwischenraum zwischen dem Lagerbauteil, der Welle und dem Stopperbauteil rotiert ein Rotorbauteil des Spindelmotors, welches durch einen Lagerspalt von den feststehenden Motorbauteilen, d. h. dem Lagerbauteil, der Welle und dem Stopperbauteil getrennt ist. Der Lagerspalt ist mit einem Lagerfluid gefüllt und entsprechende fluiddynamische Radiallager und Axiallager sind entlang dieses Lagerspalts angeordnet. Der Lagerspalt weist zwei offene Enden auf, die jeweils durch Dichtungsanordnungen, vorzugsweise kapillare Dichtungsanordnungen, abgedichtet sind. An ihrem oberen Ende weist die Welle eine Gewindebohrung auf, durch welche sie mittels einer zugeordneten Schraube an einem Gehäusedeckel des Spindelmotors bzw. des Festplattenlaufwerkes befestigt wird. Das Rotorbauteil wird durch ein elektromagnetisches Antriebssystem angetrieben, welches eine Statoranordnung aufweist, die an der Basisplatte angeordnet ist, sowie einen Rotormagneten, der gegenüberliegend der Statoranordnung an einem Innenumfang des Rotorbauteils befestigt ist.The DE 10 2008 031 618 A1 shows a spindle motor with a fixed shaft, wherein the spindle motor has a base plate in which a first approximately U-shaped bearing member is received. In a central opening of this bearing component, a shaft is attached. At the free end of the shaft, a so-called stopper component is arranged. In the space between the bearing member, the shaft and the stopper member rotates a rotor member of the spindle motor, which is separated by a bearing gap of the fixed motor components, ie the bearing member, the shaft and the stopper member. The bearing gap is filled with a bearing fluid and corresponding fluid dynamic radial bearings and thrust bearings are arranged along this bearing gap. The bearing gap has two open ends, which are each sealed by sealing arrangements, preferably capillary seal arrangements. At its upper end, the shaft has a threaded bore, by which it is fastened by means of an associated screw to a housing cover of the spindle motor or the hard disk drive. The rotor component is driven by an electromagnetic drive system having a stator assembly disposed on the base plate and a rotor magnet secured to an inner periphery of the rotor member opposite the stator assembly.

Spindelmotoren bekannter Bauart für den Antrieb von 2,5 Zoll Festplattenlaufwerken haben bisher eine Bauhöhe von typischerweise etwa 7 bis 15 Millimetern. Davon entfallen etwa 4 bis 8 mm auf das fluiddynamische Lagersystem, also insbesondere den axial verlaufenden Abschnitt des Lagerspaltes, entlang welchem die fluiddynamischen Radiallager angeordnet sind. Weitere zwei Millimeter entfallen für die Befestigung der Welle in dem Lagerbauteil und weitere ca. 1,5 Millimeter beträgt die Bauhöhe des Stopperbauteils und einer zugeordneten Abdeckkappe.Spindle motors of known design for driving 2.5 inch hard disk drives have hitherto a height of typically about 7 to 15 millimeters. Of this, about 4 to 8 mm account for the fluid dynamic bearing system, ie in particular the axially extending portion of the bearing gap, along which the fluid dynamic radial bearings are arranged. Another two millimeters account for the attachment of the shaft in the bearing component and another approximately 1.5 millimeters is the height of the stopper component and an associated cap.

Mobile Geräte, wie beispielsweise Laptops, Notebooks, Notepads und andere Geräte, werden immer kleiner und flacher aufgebaut, so dass auch entsprechende Festplattenlaufwerke und Spindelmotoren mit entsprechend geringer Bauhöhe entwickelt werden müssen, um in die Geräte eingebaut werden zu können.Mobile devices, such as laptops, notebooks, notepads and other devices, are becoming smaller and flatter, so that corresponding hard drives and spindle motors with a correspondingly low height must be developed in order to be able to be installed in the devices.

Die Spindelmotoren müssen daher mit der Entwicklung der mobilen Geräte mithalten. Angestrebt wird eine Bauhöhe des Spindelmotors von ca. 5 mm. Um dies zu erreichen, sind ausgehend von der oben beschriebenen herkömmlichen Bauweise erhebliche konstruktive Änderungen notwendig. Einerseits soll die Lagerspanne der Radiallager (radial bearing span) möglichst nicht verringert werden, da sich dadurch die Stabilität und die Lagersteifigkeit erheblich verschlechtert und andererseits darf auch die Einspannung der Welle in dem Lagerbauteil bzw. die Bauhöhe des Stopperbauteils nicht zu gering werden, da dadurch die notwendigen Verbindungskräfte zwischen den Bauteilen nicht mehr erreicht werden können. Ferner benötigen die kapillaren Dichtungsspalte einen ausreichenden Bauraum, damit eine ausreichende Dichtungswirkung auch unter Schock-Einwirkungen gewährleistet ist.The spindle motors must therefore keep up with the development of mobile devices. The aim is a height of the spindle motor of about 5 mm. To achieve this, starting from the conventional construction described above, significant structural changes necessary. On the one hand, the bearing range of the radial bearing (radial bearing span) should not be reduced as possible, as this significantly deteriorates the stability and the bearing stiffness and on the other hand, the clamping of the shaft in the bearing component or the height of the stopper member may not be too low, as a result the necessary connection forces between the components can no longer be achieved. Furthermore, the capillary sealing gaps require sufficient space, so that a sufficient sealing effect is ensured even under shock effects.

Außerdem ist bei einer Verringerung der Bauhöhe des Stopperbauteils die Verbindung zwischen dem Stopperbauteil und der Welle kritisch, da diese Verbindung in der Regel eine Fügeverbindung ist und die notwendige Fügelänge nicht mehr gegeben ist. Dadurch ist es schwer die vorgeschriebene Schockfestigkeit des Motors zu erreichen.In addition, with a reduction in the height of the stopper member, the connection between the stopper member and the shaft is critical, since this compound is usually a joint connection and the necessary Fügelänge is no longer given. This makes it difficult to achieve the prescribed shock resistance of the engine.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein fluiddynamisches Lagersystem, wie es beispielsweise in einem Spindelmotor der eingangs genannten Art verwendet wird, anzugeben, das trotz geringer Bauhöhe eine ausreichend hohe Schockfestigkeit aufweist.It is the object of the invention to provide a fluid-dynamic bearing system, as used for example in a spindle motor of the type mentioned above, which has a sufficiently high shock resistance despite its low overall height.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein fluiddynamisches Lagersystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.This object is achieved by a fluid dynamic bearing system with the features of claim 1.

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 fluiddynamische Lagersystem mit niedriger Bauhöhe umfasst ein feststehendes Lagerbauteil mit einer Welle, einem Wellenflansch und einem an einem freien Ende der Welle befestigten Stopperbauteil, sowie ein drehbares Rotorbauteil, das mittels mindestens einem fluiddynamischen Radiallager und mindestens einem fluiddynamischen Axiallager relativ zum feststehenden Lagerbauteil drehbar gelagert ist.The low-height fluid-dynamic bearing system described comprises a fixed bearing component with a shaft, a shaft flange and a stopper component attached to a free end of the shaft, and a rotatable rotor component which is rotatably supported relative to the stationary bearing component by means of at least one fluid-dynamic radial bearing and at least one fluid-dynamic thrust bearing is.

Erfindungsgemäß ist das Stopperbauteil mittels einer Schweißverbindung und/oder einer Schraubverbindung und/oder einer Klebeverbindung an der Welle befestigt.According to the invention, the stopper component is fastened to the shaft by means of a welded connection and / or a screw connection and / or an adhesive connection.

Zusätzlich zu den beanspruchten Verbindungsarten des Stopperbauteils mit der Welle kann das Stopperbauteil mittels einer Übergangspassung oder leichten Presspassung an der Welle angeordnet sein.In addition to the claimed types of connection of the stopper member with the shaft, the stopper member may be disposed on the shaft by means of a transition fit or a slight interference fit.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst das freie Ende der Welle einen verringerten Durchmesser, so dass sich eine Stufe bildet, wobei das mit der Welle verbundene Stopperbauteil auf der Stufe aufliegt. Durch diese Auflagefläche wird das Stopperbauteil sehr genau in Bezug auf die Welle ausgerichtet, sowohl in axialer Richtung als auch in radialer Richtung. Das Stopperbauteil ist etwa ringförmig ausgebildet und weist einen deutlich größeren Durchmesser auf als die Welle.In a preferred embodiment of the invention, the free end of the shaft has a reduced diameter so that a step is formed, wherein the stopper member connected to the shaft rests on the step. By this bearing surface, the stopper member is aligned very accurately with respect to the shaft, both in the axial direction and in the radial direction. The stopper component is approximately annular and has a significantly larger diameter than the shaft.

Wie oben erwähnt kann das Stopperbauteil mittels Übergangspassung oder einer leichten Presspassung auf dem verringerten Durchmesser der Welle angeordnet werden, wobei es auf der Stufe aufliegt. Dann wird es erfindungsgemäß durch Schweißen, Schrauben oder Kleben mit der Welle verbunden.As mentioned above, the stopper member can be placed on the reduced diameter of the shaft by means of a transition fit or a slight interference fit while resting on the step. Then it is connected according to the invention by welding, screwing or gluing with the shaft.

In einer ersten Ausgestaltung der Erfindung ist das Stopperbauteil mittels Übergangspassung oder Presspassung auf die Welle aufgesteckt und zusätzlich mittels einer Schweißverbindung an der Welle befestigt.In a first embodiment of the invention, the stopper component is attached by means of Übergangsspassung or press fit on the shaft and additionally attached by means of a welded connection to the shaft.

Durch diese Schweißverbindung lassen sich trotz der geringen Fügelänge große Haltekräfte erzielen, so dass sich eine ausreichend große Schockfestigkeit ergibt. Die Schweißverbindung erfolgt vorzugsweise auf der oberen Stirnseite der Welle, da dort eine gute Zugänglichkeit für das Schweißwerkzeug gegeben ist.Due to this welded connection, it is possible to achieve high holding forces despite the small length of the fins, so that the shock resistance is sufficiently high. The welded connection preferably takes place on the upper end side of the shaft, since there is good accessibility for the welding tool.

Die Schweißverbindung muss in einem Reinraum durchgeführt werden und es muss darauf geachtet werden, dass kein Materialverzug durch die hohen Schweißtemperaturen erfolgt. Ferner muss die Schweißstelle entsprechend gereinigt werden.The welded connection must be carried out in a clean room and care must be taken that no material distortion occurs due to the high welding temperatures. Furthermore, the weld must be cleaned accordingly.

In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist das Stopperbauteil ringförmig ausgebildet und weist eine zentrale Gewindebohrung auf. Das freie Ende der Welle mit dem verringerten Durchmesser weist ein Außengewinde auf, wobei das Stopperbauteil auf das freie Ende der Welle aufgeschraubt ist.In another embodiment of the invention, the stopper member is annular and has a central threaded bore. The free end of the reduced diameter shaft has an external thread, with the stopper component threaded onto the free end of the shaft.

Die Schraubverbindung ist sehr stabil, obwohl hier nur wenige Gewindegänge möglich sind. Die Herstellung ist aufwändiger als eine Schweißverbindung und es muss auf eine gute Konzentrizität zwischen der Welle und dem Stopperbauteil geachtet werden.The screw connection is very stable, although only a few threads are possible here. The production is more complex than a welded joint and care must be taken to ensure good concentricity between the shaft and the stopper component.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist das Stopperbauteil ebenfalls ringförmig ausgebildet und mittels Presspassung oder Übergangspassung auf der Welle aufgesteckt, so dass es an der Stufe der Welle anliegt. Die Verbindung zwischen der Welle und dem Stopperbauteil erfolgt durch eine separate Schraube, wobei diese Schraube das Stopperbauteil durchgreift und in eine Gewindebohrung der Welle eingreift.In a further embodiment of the invention, the stopper member is also annular and attached by means of press fit or transition fit on the shaft so that it bears against the step of the shaft. The connection between the shaft and the stopper member is made by a separate screw, this screw the Passes through the stopper component and engages in a threaded bore of the shaft.

Der Schraubenkopf kann dabei in einer Senkung des Stopperbauteils aufgenommen sein. Die Verbindung mit einer separaten Schraube ermöglicht eine gute Konzentrizität zwischen Welle und Stopperbauteil, wobei diese Schraube ebenfalls als Sicherung gegen ein Lösen des Stopperbauteils von der Welle wirkt.The screw head can be accommodated in a reduction of the stopper component. The connection with a separate screw allows good concentricity between the shaft and stopper component, which also acts as a safeguard against a release of the stopper component of the shaft.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist die Welle keinen verringerten Durchmesser auf, so dass am freien Ende der Welle keine Stufe vorhanden ist. Stattdessen liegt das Stopperbauteil direkt auf der Stirnseite der Welle auf.In a further embodiment of the invention, the shaft has no reduced diameter, so that no step is present at the free end of the shaft. Instead, the stopper component rests directly on the end face of the shaft.

In dieser Ausgestaltung ist das Stopperbauteil als scheibenförmiges Bauteil ausgebildet und weist einen zentralen Gewindestift auf, der in eine Gewindebohrung der Welle eingreift.In this embodiment, the stopper member is formed as a disc-shaped member and has a central threaded pin which engages in a threaded bore of the shaft.

Das Stopperbauteil ist demnach selbst als Gewindeschraube ausgebildet und wird derart in die Gewindebohrung der Welle eingeschraubt, dass es auf der Stirnfläche der Welle anliegt.Accordingly, the stopper component itself is designed as a threaded screw and is screwed into the threaded bore of the shaft such that it rests on the end face of the shaft.

Hierbei können der Gewindestift und die Welle mehrere Gewindegänge aufweisen, so dass sich eine stabile Verbindung bei leichter Montage ergibt. Allerdings muss hier sorgsam auf die Konzentrizität der beiden Bauteile geachtet werden.Here, the grub screw and the shaft may have multiple threads, so that there is a stable connection with easy installation. However, care must be taken here on the concentricity of the two components.

Anstelle eines Gewindestiftes kann das Stopperbauteil auch einen zylindrischen Stift ohne Gewinde aufweisen, der in eine entsprechende zylindrische Bohrung der Welle eingreift. In diesem Falle ist der zentrale Stift des Stopperbauteils in die Bohrung der Welle eingeklebt, wobei die Stirnseite der Welle als Auflagefläche dient. Die Klebung erfolgt allerdings nur im Bereich des Stiftes innerhalb der Bohrung der Welle, damit kein Klebstoff aus der Bohrung der Welle austritt.Instead of a threaded pin, the stopper member may also have a cylindrical pin without thread, which engages in a corresponding cylindrical bore of the shaft. In this case, the central pin of the stopper member is glued into the bore of the shaft, wherein the end face of the shaft serves as a support surface. However, the bonding takes place only in the region of the pin within the bore of the shaft, so that no adhesive emerges from the bore of the shaft.

Gemäß dieser Ausgestaltung lassen sich gute Haltekräfte erzielen, wobei allerdings wiederum eine sorgsame Zentrierung des Stopperbauteils auf der Welle notwendig wird.According to this embodiment, good holding forces can be achieved, but in turn a careful centering of the stopper component on the shaft is necessary.

Der verbreiterte Flansch am unteren Ende der Welle ist in einer Öffnung der Basisplatte befestigt, beispielsweise eingepresst oder eingeklebt. Durch diesen verbreiterten Flansch der Welle lässt sich eine gute Steifigkeit der Verbindung zwischen Welle und Basisplatte erzielen.The widened flange at the lower end of the shaft is fixed in an opening of the base plate, for example pressed or glued. Through this widened flange of the shaft, a good rigidity of the connection between the shaft and the base plate can be achieved.

Der verbreiterte Flansch ist im Querschnitt etwa U-förmig ausgebildet und umgibt das Rotorbauteil teilweise, d. h. das Rotorbauteil ist teilweise zwischen dem Außendurchmesser der Welle und einem Innendurchmesser des U-förmigen Flansches angeordnet.The widened flange is approximately U-shaped in cross-section and surrounds the rotor component partially, d. H. the rotor member is partially disposed between the outer diameter of the shaft and an inner diameter of the U-shaped flange.

Die Erfindung betrifft ebenfalls einen Spindelmotor mit einem erfindungsgemäßen fluiddynamischen Lagersystem, einem Rotorbauteil, einer Statoranordnung und einem elektromagnetischen Antriebsystem zum Antrieb des Rotorbauteils um eine Drehachse. Der Spindelmotor ist insbesondere zum Antrieb eines Festplattenlaufwerks mit niedriger Bauhöhe geeignet, welches mindestens eine Speicherplatte aufweist, die vom Spindelmotor drehend angetrieben ist. Festplattenlaufwerke weisen in bekannter Weise eine Schreib-Lesevorrichtung zum Schreiben und Lesen von Daten auf und von der Speicherplatte auf. Der Gehäusedeckel des Spindelmotors ist vorzugsweise gleichzeitig der Gehäusedeckel des Festplattenlaufwerkes.The invention likewise relates to a spindle motor having a fluid-dynamic bearing system according to the invention, a rotor component, a stator arrangement and an electromagnetic drive system for driving the rotor component about an axis of rotation. The spindle motor is particularly suitable for driving a hard disk drive of low overall height, which has at least one storage disk which is rotationally driven by the spindle motor. Hard disk drives have, in a known manner, a read / write device for writing and reading data to and from the storage disk. The housing cover of the spindle motor is preferably at the same time the housing cover of the hard disk drive.

Auch zum Antrieb eines Lüfters kann der Spindelmotor mit dem erfindungsgemäßen fluiddynamischen Lagersystem eingesetzt werden.The spindle motor with the fluid-dynamic bearing system according to the invention can also be used to drive a fan.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Aus den Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung ergeben sich weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung.The invention will be described in more detail with reference to several embodiments with reference to the drawings. From the drawings and the description below, further features and advantages of the invention will become apparent.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen:Brief description of the drawings:

1 zeigt einen Schnitt durch einen Spindelmotor mit einem erfindungsgemäßen fluiddynamischen Lagersystem in einer ersten Ausgestaltung. 1 shows a section through a spindle motor with a fluid dynamic bearing system according to the invention in a first embodiment.

2 zeigt einen Schnitt durch einen Spindelmotor mit einem erfindungsgemäßen fluiddynamischen Lagersystem in einer zweiten Ausgestaltung. 2 shows a section through a spindle motor with a fluid dynamic bearing system according to the invention in a second embodiment.

3 zeigt einen Schnitt durch einen Spindelmotor mit einem erfindungsgemäßen fluiddynamischen Lagersystem in einer dritten Ausgestaltung. 3 shows a section through a spindle motor with a fluid dynamic bearing system according to the invention in a third embodiment.

4 zeigt einen Schnitt durch einen Spindelmotor mit einem erfindungsgemäßen fluiddynamischen Lagersystem in einer vierten Ausgestaltung. 4 shows a section through a spindle motor with a fluid dynamic bearing system according to the invention in a fourth embodiment.

Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen der ErfindungDescription of preferred embodiments of the invention

Die 1 zeigt eine erste bevorzugte Ausgestaltung eines Spindelmotors niedriger Bauhöhe mit einem fluiddynamischen Lagersystem. Ein solcher Spindelmotor kann zum Antrieb von Speicherplatten eines Festplattenlaufwerks oder zum Antrieb eines Lüfters verwendet werden.The 1 shows a first preferred embodiment of a spindle motor low height with a fluid dynamic storage system. Such a spindle motor can be used to drive storage disks of a hard disk drive or to drive a fan.

Anhand von 1 wird der Grundaufbau des Spindelmotors mit fluiddynamischem Lagersystem beschrieben. Der Spindelmotor umfasst eine Basisplatte 10, die eine im Wesentlichen zentrale zylindrische Öffnung aufweist. Eine feststehende Welle 12 weist einen verbreiterten Flansch 12a auf, welcher in der Öffnung der Basisplatte 10 befestigt ist. Der Flansch 12a der Welle ist im Querschnitt etwa U-förmig ausgebildet. Die Welle 12 ragt von einer weitgehend radial verlaufenden Grundfläche des Flansches 12a in axialer Richtung nach oben. An einem freien Ende der Welle 12 ist ein ringförmiges Stopperbauteil 18 angeordnet, das vorzugsweise kraftschlüssig oder stoffschlüssig an der Welle 12 befestigt ist. Das Stopperbauteil 18 weist einen deutlich größeren Durchmesser als die Welle 12 auf.Based on 1 is the basic structure of the spindle motor with fluid dynamic Storage system described. The spindle motor comprises a base plate 10 having a substantially central cylindrical opening. A fixed wave 12 has a widened flange 12a on which in the opening of the base plate 10 is attached. The flange 12a the shaft is formed in cross-section approximately U-shaped. The wave 12 protrudes from a largely radially extending base of the flange 12a in the axial direction upwards. At a free end of the shaft 12 is an annular stopper component 18 arranged, preferably non-positively or cohesively on the shaft 12 is attached. The stopper component 18 has a much larger diameter than the shaft 12 on.

Die genannten Bauteile 10, 12, 12a und 18 bilden die feststehende Komponente des Spindelmotors.The named components 10 . 12 . 12a and 18 form the fixed component of the spindle motor.

Der Spindelmotor umfasst ein Rotorbauteil 14, das eine zylindrische Lagerbuchse und ein einteilig mit der Lagerbuchse verbundenes Nabenbauteil umfasst. Das Rotorbauteil 14, genauer gesagt die Lagerbuchse des Rotorbauteils 14, ist in einem durch die Welle 12, den Flansch 12a und das Stopperbauteil 18 gebildeten Zwischenraum relativ zu diesen Bauteilen 12, 12a und 18 drehbar um eine Drehachse 38 angeordnet. Das Stopperbauteil 18 ist zumindest teilweise in einer ringförmigen Aussparung des Rotorbauteils 14 versenkt angeordnet und berührt das Rotorbauteil nicht. Am radial außen gelegenen Rand der ringförmigen Aussparung des Rotorbauteils 14 ist in dem Rotorbauteil 14 eine umlaufende Rille 19 angeordnet, die das Verhalten des fluiddynamischen Lagers unter Schock verbessert.The spindle motor comprises a rotor component 14 comprising a cylindrical bushing and a hub member integrally connected to the bushing. The rotor component 14 More precisely, the bearing bush of the rotor component 14 , is in one by the wave 12 , the flange 12a and the stopper member 18 formed gap relative to these components 12 . 12a and 18 rotatable about an axis of rotation 38 arranged. The stopper component 18 is at least partially in an annular recess of the rotor component 14 sunk arranged and does not touch the rotor component. At the radially outer edge of the annular recess of the rotor component 14 is in the rotor component 14 a circumferential groove 19 arranged, which improves the behavior of the fluid dynamic bearing under shock.

Aneinander angrenzende Flächen der Welle 12, des Flansches 12a, des Stopperbauteils 18 und der Lagerbuchse, die sich bei Stillstand, geringen Drehzahlen oder im Schockfall berühren können, sind durch einen beidseitig offenen Lagerspalt 20 voneinander getrennt, der mit einem Lagerfluid, beispielsweise einem Lageröl, gefüllt ist.Adjacent surfaces of the shaft 12 , of the flange 12a , the stopper component 18 and the bearing bush, which can touch each other at a standstill, low speeds or in shock, 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.

Die am Rotorbauteil 14 angeformte Lagerbuchse hat eine zylindrische Lagerbohrung, an deren Innenumfang zwei zylindrische Radiallagerflächen ausbildet sind, welche axial durch einen Separatorspalt 26 voneinander beabstandet sind. Der Separatorspalt 26 weist einen im Vergleich zu den Radiallagerspalten deutlich größeren Spaltabstand auf. Die Lagerflächen der Lagerbohrung umschließen die feststehende Welle 12 in einem Abstand von wenigen Mikrometern unter Bildung eines axial verlaufenden Abschnitts des Lagerspalts 20 und bilden mit jeweils gegenüberliegenden Lagerflächen der Welle 12 zwei fluiddynamische Radiallager 22, 24. Die Lagerflächen der beiden Radiallager 22, 24 sind beispielsweise mit sinus- oder parabelförmigen Lagerrillenstrukturen 22a, 24a versehen. Das obere Radiallager 22 ist dabei weitgehend symmetrisch ausgebildet, was bedeutet, dass der Teil der Lagerrillenstrukturen 22a, der oberhalb des Apex angeordnet ist, etwa genauso lang ausgebildet ist, wie der untere Teil der Lagerrillen. Die Pumpwirkung beider Teile der Radiallagerrillen 22a weist in Richtung zum Apex, d. h. zur Mitte des Radiallagers 22, so dass das es tragfähig wird. Es gibt aufgrund der symmetrischen Ausbildung der Radiallagerrillen 22a des oberen Radiallagers 22 jedoch keine generierte Netto-Pumprichtung, die auf das Lagerfluid wirkt. Demgegenüber ist das untere Radiallager 24 asymmetrisch ausgebildet insofern, als dass der Teil der Lagerrillenstrukturen 24a, der unterhalb des Apex angeordnet ist, länger ausgebildet ist als der obere Teil der Radiallagerrillen 24a. Hierdurch entsteht einerseits eine Drucksteigerung innerhalb des Lagerfluids in Richtung zum Apex des Radiallagers 24, wodurch das Radiallager 24 tragfähig wird, andererseits wird eine Netto-Pumpwirkung auf das Lagerfluid ausgeübt, welche das Lagerfluid axial nach oben in Richtung des oberen Radiallagers 22 befördert.The on the rotor component 14 molded bushing has a cylindrical bearing bore, on the inner circumference of two cylindrical radial bearing surfaces are formed, which axially through a Separatorspalt 26 spaced apart from each other. The separator gap 26 has a much larger gap distance compared to the radial bearing columns. The bearing surfaces of the bearing bore surround the fixed shaft 12 at a distance of a few microns to form an axially extending portion of the bearing gap 20 and form with each opposite bearing surfaces of the shaft 12 two fluid dynamic radial bearings 22 . 24 , The bearing surfaces of the two radial bearings 22 . 24 are for example with sinusoidal or parabolic bearing groove structures 22a . 24a Mistake. The upper radial bearing 22 is largely symmetrical, which means that the part of the Lagerrillenstrukturen 22a , which is arranged above the apex, formed about the same length as the lower part of the bearing grooves. The pumping action of both parts of the radial bearing grooves 22a points towards the apex, ie to the center of the radial bearing 22 so that it becomes sustainable. There are due to the symmetrical design of the radial bearing grooves 22a of the upper radial bearing 22 however, no net generated pumping direction that acts on the bearing fluid. In contrast, the lower radial bearing 24 asymmetrically formed in that the part of the Lagerrillenstrukturen 24a , which is arranged below the apex, is formed longer than the upper part of the radial bearing grooves 24a , This creates on the one hand an increase in pressure within the bearing fluid in the direction of the apex of the radial bearing 24 , causing the radial bearing 24 On the other hand, a net pumping action is exerted on the bearing fluid, which axially displaces the bearing fluid axially in the direction of the upper radial bearing 22 promoted.

Unterhalb des unteren Radiallagers 24 geht der axial verlaufende Abschnitt des Lagerspalts 20 in einen radial verlaufenden Abschnitt über, entlang dessen ein fluiddynamisches Axiallager 28 angeordnet ist. Das Axiallager 28 ist durch radial verlaufende Lagerflächen des Rotorbauteils 14 und entsprechend gegenüber liegende Lagerflächen des Flansches 12a der Welle 12 gebildet. Die Lagerflächen des Axiallagers 28 sind als zur Drehachse 38 senkrechte Kreisringe ausgebildet. Das fluiddynamische Axiallager 28 ist in bekannter Weise durch beispielsweise spiralförmige Lagerrillenstrukturen 28a gekennzeichnet, die entweder auf der Stirnseite des Rotorbauteils 14, der Stirnseite des Flansches 12a oder beiden Teilen angebracht werden können. Das Axiallager 28 erzeugt bei Betrieb des Lagers eine gerichtete Pumpwirkung auf das Lagerfluid in Richtung des zylindrischen Abschnitts der Welle 12.Below the lower radial bearing 24 goes the axially extending portion of the bearing gap 20 in a radially extending portion, along which a fluid dynamic thrust bearing 28 is arranged. The thrust bearing 28 is by radially extending bearing surfaces of the rotor component 14 and corresponding opposite bearing surfaces of the flange 12a the wave 12 educated. The bearing surfaces of the thrust bearing 28 are as to the axis of rotation 38 vertical circular rings formed. The fluid dynamic thrust bearing 28 is in a known manner by, for example, spiral bearing groove structures 28a characterized on either the front side of the rotor component 14 , the front side of the flange 12a or both parts can be attached. The thrust bearing 28 generates a directed pumping action on the bearing fluid in the direction of the cylindrical portion of the shaft during operation of the bearing 12 ,

In vorteilhafter Weise sind alle für die Radiallager 22, 24 und das Axiallager 28 notwendigen Lagerrillenstrukturen an Lagerflächen des Rotorbauteils 14 angeordnet, was die Herstellung des Lagers insbesondere der Welle 12 und des Flansches 12a vereinfacht. Vorzugsweise münden die Axiallagerrillen 28a radial außen in einen Ringspalt 29 mit größerer Spaltbreite als der Axiallagerspalt. Dieser Ringspalt 29 beginnt etwa an der Stelle, an welcher ein Rezirkulationskanal 30, der innerhalb des Rotorbauteils 14 vorgesehen ist, mündet.Advantageously, all are for the radial bearings 22 . 24 and the thrust bearing 28 necessary Lagerrillenstrukturen on bearing surfaces of the rotor component 14 arranged what the production of the bearing, in particular the shaft 12 and the flange 12a simplified. The axial bearing grooves preferably open 28a radially outside in an annular gap 29 with greater gap width than the axial bearing gap. This annular gap 29 begins at about the point where a recirculation channel 30 which is inside the rotor component 14 is provided, flows.

An den radialen Abschnitt des Lagerspalts 20 im Bereich des Axiallagers 28 bzw. des Ringspalts 29 schließt sich ein anteilig mit Lagerfluid gefüllter erster kapillarer Dichtungsspalt 32 an, der durch einander gegenüberliegende Flächen des Rotorbauteils 14 und eines ringförmigen Randes des Flansches 12a gebildet wird und das Ende des Lagerspalts 20 abdichtet. Der Dichtungsspalt 32 umfasst den gegenüber dem Lagerspalt 20 verbreiterten kurzen radial verlaufenden Abschnitt des Ringspalts 29, der radial außerhalb des Axiallagers 28 angeordnet ist. Der kurze radial verlaufende Abschnitt des Dichtungsspalts 32 geht in einen längeren, sich konisch aufweitenden und nahezu axial verlaufenden Abschnitt über, der von einer äußeren Umfangsfläche des Rotorbauteils 14 und einer inneren Umfangsfläche des Randes des Flansches 12a begrenzt wird. Neben der Funktion als kapillare Dichtung dient der Dichtungsspalt 32 als Fluidreservoir und stellt die für die Lebensdauer des Lagersystems benötigte Menge an Lagerfluid bereit. Ferner können Fülltoleranzen und eine eventuelle thermische Ausdehnung des Lagerfluids ausgeglichen werden.At the radial portion of the bearing gap 20 in the area of the thrust bearing 28 or the annular gap 29 closes a proportionately filled with bearing fluid first capillary sealing gap 32 on, by opposing surfaces of the rotor component 14 and an annular rim of the flange 12a is formed and the end of the storage gap 20 seals. The sealing gap 32 includes the opposite the bearing gap 20 widened short radially extending portion of the annular gap 29 that is radially outside of the thrust bearing 28 is arranged. The short radial section of the sealing gap 32 merges into a longer, conically widening and nearly axially extending portion extending from an outer peripheral surface of the rotor component 14 and an inner peripheral surface of the edge of the flange 12a is limited. In addition to the function as a capillary seal, the sealing gap is used 32 as a fluid reservoir and provides the required for the life of the storage system amount of bearing fluid. Furthermore, filling tolerances and a possible thermal expansion of the bearing fluid can be compensated.

Die beiden den konischen Abschnitt des Dichtungsspalts 32 bildenden Flächen an dem Rotorbauteil 14 und dem Flansch 12a können beide jeweils im Verlauf des Dichtungsspalts 32 zum Lageräußeren hin relativ zur Drehachse 38 nach innen geneigt in Richtung der Drehachse 38 sein. Der Neigungswinkel beträgt vorzugsweise zwischen 0 Grad und 5 Grad. Dabei ist der Neigungswinkel der äußeren Umfangsfläche des Rotorbauteils 14 größer ist als der Neigungswinkel der inneren Umfangsfläche des Flansches 12a, wodurch sich eine konische Erweiterung der Dichtungsspaltes 32 ergibt. Dadurch wird das Lagerfluid bei einer Drehung des Lagers aufgrund der Fliehkraft nach innen in Richtung des Lagerspalts 20 gedrückt.The two of the conical section of the sealing gap 32 forming surfaces on the rotor component 14 and the flange 12a Both can each be in the course of the sealing gap 32 towards the bearing exterior relative to the axis of rotation 38 inclined inwards in the direction of the axis of rotation 38 be. The inclination angle is preferably between 0 degrees and 5 degrees. In this case, the inclination angle of the outer peripheral surface of the rotor component 14 is greater than the angle of inclination of the inner circumferential surface of the flange 12a , resulting in a conical widening of the sealing gap 32 results. As a result, the bearing fluid in a rotation of the bearing due to the centrifugal force inward in the direction of the bearing gap 20 pressed.

Oberhalb des kapillaren Dichtungsspalts 32 schließt sich ein nahezu axial verlaufender, mit Luft gefüllter Spalt an, der in radiale Richtung und anschließend wieder in axiale Richtung abknickt und eine Labyrinthdichtung 33 bildet. Die Labyrinthdichtung 33 dient zur Reduzierung eines Austauschs des verdampften Lagerfluids, das sich oberhalb der Kapillardichtung befindet, mit der umgebenden Luft und verringert somit die Verdunstung des Lagerfluids.Above the capillary sealing gap 32 joins a nearly axially extending, filled with air gap, which kinks in the radial direction and then back in the axial direction and a labyrinth seal 33 forms. The labyrinth seal 33 serves to reduce the exchange of the evaporated bearing fluid, which is located above the capillary seal, with the surrounding air and thus reduces the evaporation of the bearing fluid.

Am oberen Ende der Welle 12 ist das Rotorbauteil 14 im Anschluss an das obere Radiallager 22 so gestaltet, dass es eine radial verlaufende Fläche ausbildet, die mit einer entsprechend gegenüberliegenden Fläche des Stopperbauteils 18 einen radialen Abschnitt des Lagerspalts 20 bildet. Entlang dieses radialen Abschnitts des Lagerspalts 20 kann ein zweites optionales Axiallager angeordnet sein. An diesen radialen Spalt schließt sich ein axial verlaufender, zweiter Dichtungsspalt 34 an, der anteilig mit Lagerfluid gefüllt ist und den Lagerspalt 20 an diesem Ende abdichtet. Der zweite Dichtungsspalt 34 wird durch einander gegenüberliegende Oberflächen des Rotorbauteils 14 und des Stopperbauteils 18 begrenzt und weitet sich am äußeren Ende mit vorzugsweise konischem Querschnitt auf. Dabei verläuft die äußere Umfangsfläche des Stopperbauteils 18 im Verlauf zum Lageräußeren zunächst parallel zur Drehachse 38, ist anschließend im Bereich der konischen Kapillardichtung kegelförmig ausgebildet, wobei sie dabei einen Winkel von mehr als 45 Grad relativ zur Drehachse 38 aufweist und verläuft anschließend an den kegelförmigen Abschnitt wieder parallel zur Drehachse 38. Die gegenüberliegende innere Umfangsfläche des Rotorbauteils 14 verläuft dabei parallel zur Drehachse 38, so dass sich zunächst ein axial verlaufender Spalt mit einer sich daran anschließenden konische Kapillardichtung ergibt. Der zweite Dichtungsspalt 34 kann vorzugsweise durch eine Pumpdichtung 36 ergänzt sein, die unterhalb der konischen Kapillardichtung angeordnet ist. Die Pumpdichtung 36 umfasst Pumpdichtungsrillen 36a, die auf der Oberfläche des Stopperbauteils 18 oder des Rotorbauteils 14 angeordnet sind. Die Pumpdichtung 36 reicht im axialen Verlauf nicht bis in den radial verlaufenden Abschnitt des Lagerspalts 20, da zwischen der Pumpdichtung 36 und dem radial verlaufenden Abschnitt des Lagerspalts 20 eine sogenannte Ruhezone benötigt wird, um zu vermeiden, dass Luft in das Lager gelangt. Während sich das Lager dreht, erzeugen die Rillenstrukturen 36a der Pumpdichtung 36 eine Pumpwirkung auf das im Dichtungsspalt 34 befindliche Lagerfluid. Diese Pumpwirkung ist in das innere des Lagerspalts, also in Richtung des oberen Radiallagers 22 gerichtet.At the top of the shaft 12 is the rotor component 14 following the upper radial bearing 22 designed so that it forms a radially extending surface, which with a corresponding opposite surface of the stopper member 18 a radial portion of the bearing gap 20 forms. Along this radial section of the bearing gap 20 a second optional thrust bearing can be arranged. At this radial gap, an axially extending, second sealing gap closes 34 which is proportionally filled with bearing fluid and the bearing gap 20 seals at this end. The second sealing gap 34 is formed by opposing surfaces of the rotor component 14 and the stopper member 18 limited and widens at the outer end with preferably conical cross section. In this case, the outer peripheral surface of the stopper member extends 18 in the course of the bearing outer initially parallel to the axis of rotation 38 , is then conically shaped in the region of the conical capillary seal, wherein it makes an angle of more than 45 degrees relative to the axis of rotation 38 has and then runs on the conical portion again parallel to the axis of rotation 38 , The opposite inner circumferential surface of the rotor component 14 runs parallel to the axis of rotation 38 , so that initially results in an axially extending gap with an adjoining conical capillary seal. The second sealing gap 34 preferably by a pumping seal 36 be supplemented, which is arranged below the conical capillary seal. The pump seal 36 includes pump seal grooves 36a placed on the surface of the stopper component 18 or the rotor component 14 are arranged. The pump seal 36 does not extend in the axial course into the radially extending portion of the bearing gap 20 , as between the pump seal 36 and the radially extending portion of the bearing gap 20 a so-called quiet zone is needed to prevent air from entering the warehouse. As the bearing rotates, the groove structures create 36a the pump seal 36 a pumping action on the in the sealing gap 34 located bearing fluid. This pumping action is in the interior of the bearing gap, ie in the direction of the upper radial bearing 22 directed.

Der zweite Dichtungsspalt 34 ist von einer Abdeckung 16 abgedeckt, die als flache ringförmige Scheibe ausgebildet ist. Die flache Abdeckung 16 benötigt nur wenig Platz aufgrund ihrer geringen Bauhöhe und ist in einer flachen Aussparung des Rotorbauteils 14 befestigt, beispielsweise eingeklebt, eingeschweißt und/oder eingepresst. Ein innerer Rand der Abdeckung 16 bildet zusammen mit dem Außenumfang des Stopperbauteils 18 einen Luftspalt als Spaltdichtung 17. Dies erhöht die Sicherheit gegen ein Austreten von Lagerfluid aus dem Dichtungsspalt 34 bzw. verringert ein Abdampfen des Lagerfluids und erhöht somit die Lebensdauer des Fluidlagers.The second sealing gap 34 is from a cover 16 covered, which is formed as a flat annular disc. The flat cover 16 requires little space due to its low height and is in a shallow recess of the rotor component 14 attached, for example, glued, welded and / or pressed. An inner edge of the cover 16 forms together with the outer periphery of the stopper member 18 an air gap as a gap seal 17 , This increases the safety against leakage of bearing fluid from the seal gap 34 or reduces evaporation of the bearing fluid and thus increases the life of the fluid bearing.

Am axial äußeren Ende des Dichtungsspaltes 34 weitet sich der Dichtungsspalt 34 in einen Freiraum 35 auf, der vorzugsweise so groß ist, dass er das gesamte im Lager befindliche Volumen an Lagerfluid aufnehmen kann. Dieser Freiraum 35 dient insbesondere zum Befüllen des Lagers mit Lagerfluid. Hierbei werden der Lagerspalt 20 und die Dichtungsspalte 32, 34 vorzugsweise evakuiert und das Gesamtvolumen an Lagerfluid in den Freiraum gefüllt 35. Danach wird das Lager wieder belüftet, wodurch das Volumen an Lagerfluid aus dem Freiraum 50 in den Lagerspalt 20 und die Dichtungsspalte 32, 34 gedrückt wird.At the axially outer end of the sealing gap 34 the sealing gap widens 34 in a free space 35 which is preferably so large that it can accommodate the entire volume of bearing fluid in the bearing. This free space 35 is used in particular for filling the bearing with bearing fluid. Here are the bearing gap 20 and the sealing column 32 . 34 preferably evacuated and filled the total volume of bearing fluid in the free space 35 , Thereafter, the bearing is vented again, whereby the volume of bearing fluid from the free space 50 in the storage gap 20 and the sealing column 32 . 34 is pressed.

Ein Rezirkulationskanal 30 verläuft ausgehend vom dem radial verlaufenden Abschnitt des Lagerspalt zwischen der Stirnfläche des Rotorbauteils 14 und einer gegenüberliegenden Stirnfläche des Stopperbauteils 18 schräg nach unten durch das Rotorbauteil 14 und mündet radial außerhalb des Axiallagers 28 in den radial verlaufenden Abschnitt des Dichtungsspalts 34 (Ringspalt 29). An seinem oberen Ende bricht der Rezirkulationskanal 30 in die umlaufende Rille 19 durch.A recirculation channel 30 extends from the radially extending portion of Bearing gap between the end face of the rotor component 14 and an opposite end surface of the stopper member 18 obliquely down through the rotor component 14 and opens radially outside the thrust bearing 28 in the radially extending portion of the sealing gap 34 (Annular gap 29 ). At its upper end breaks the recirculation channel 30 in the circumferential groove 19 by.

Aufgrund der gerichteten Pumpwirkung des Axiallagers 28 und der Radiallager 22, 24 ergibt sich im Lagerspalt 20 vorzugsweise eine Strömung des Lagerfluids in Richtung des oberen Dichtungsspalts 34. Außerdem wird das Lagerfluid im Rezirkulationskanal 30 aufgrund der Wirkung der Fliehkraft im schrägen Kanal nach unten in Richtung des Axiallagers 28 gefördert, so dass sich ein stabiler Fluidkreislauf einstellt.Due to the directional pumping action of the thrust bearing 28 and the radial bearing 22 . 24 results in the bearing gap 20 preferably a flow of the bearing fluid in the direction of the upper sealing gap 34 , In addition, the bearing fluid in the recirculation channel 30 due to the effect of centrifugal force in the inclined channel downwards in the direction of the thrust bearing 28 promoted, so that sets a stable fluid circuit.

Der Spindelmotor weist ein elektromagnetisches Antriebssystem auf, das in bekannter Weise gebildet ist durch eine an der Basisplatte 10 angeordnete Statoranordnung 40 und einem die Statoranordnung in einem Abstand konzentrisch umgebenden, ringförmigen Permanentmagneten 42, der an einer inneren Umfangsfläche des Rotorbauteils 14 angeordnet ist. Dargestellt ist ein Außenläufermotor, jedoch kann ohne Einschränkung alternativ ein Innenläufermotor verwendet werden, bei welchem die Statoranordnung radial außerhalb des Rotormagneten angeordnet ist.The spindle motor has an electromagnetic drive system which is formed in a known manner by a on the base plate 10 arranged stator arrangement 40 and an annular permanent magnet concentrically surrounding the stator assembly at a distance 42 at an inner circumferential surface of the rotor component 14 is arranged. Shown is an external rotor motor, but without limitation, an internal rotor motor can be used, in which the stator assembly is arranged radially outside of the rotor magnet.

In dem Fall, dass der Spindelmotor lediglich ein einziges fluiddynamisches Axiallager 28 aufweist, das auf das Rotorbauteil 14 eine Kraft in Richtung des Stopperbauteils 18 erzeugt, ist eine entsprechende Gegenkraft oder Vorspannkraft notwendig, die das Rotorbauteil 14 axial im Kräftegleichgewicht hält. Hierfür sind die Statoranordnung 40 und der Rotormagnet 42 axial zueinander versetzt angeordnet, und zwar so, dass die magnetische Mitte des Rotormagneten 42 axial weiter entfernt von der Basisplatte 10 angeordnet wird als die Mitte der Statoranordnung 40. Dadurch wird vom Magnetsystem des Motors eine axiale Kraft auf das Rotorbauteil 14 ausgeübt, die entgegengesetzt zur Lagerkraft des Axiallagers 28 im Betrieb desselben wirkt.In the case that the spindle motor only a single fluid dynamic thrust bearing 28 that points to the rotor component 14 a force in the direction of the stopper component 18 generates, a corresponding counterforce or biasing force is necessary, the rotor component 14 holds axially in equilibrium. For this purpose, the stator arrangement 40 and the rotor magnet 42 arranged axially offset from each other, in such a way that the magnetic center of the rotor magnet 42 axially further away from the base plate 10 is arranged as the center of the stator assembly 40 , As a result, the magnet system of the motor, an axial force on the rotor component 14 exerted, opposite to the bearing force of the thrust bearing 28 in the operation of the same acts.

Ein Gehäusedeckel 37 zum Verschließen des Spindelmotors bzw. des Festplattenlaufwerks liegt auf der Stirnseite der Welle 12 und/oder des Stopperbauteils 18 auf und wird beispielsweise mittels Kleben befestigt.A housing cover 37 to close the spindle motor or the hard disk drive is located on the front side of the shaft 12 and / or the stopper component 18 on and is attached for example by gluing.

Bisher war es bekannt, das Stopperbauteil 18 mittels einer Pressverbindung auf dem freien Ende der Welle 12 zu befestigen. Bei flachen Spindelmotoren ist jedoch nur eine geringe Fügelänge zwischen Welle und Stopperbauteil möglich, so dass alleine durch diese Pressverbindung die notwendigen Haltekräfte zur Erzielung einer vorgegebenen Schockfestigkeit nicht erreicht werden können.So far it was known, the stopper component 18 by means of a press connection on the free end of the shaft 12 to fix. In flat spindle motors, however, only a small fulcrum length between shaft and stopper component is possible, so that the necessary holding forces to achieve a predetermined shock resistance can not be achieved solely by this press connection.

Erfindungsgemäß ist daher vorgesehen, dass das Stopperbauteil 18 auf dem freien Ende der Welle 12, welches einen verringerten Durchmesser aufweist, mittels Übergangspassung oder Presspassung befestigt aufgesteckt wird, bis es an einer durch den verringerten Durchmesser gebildeten Stufe 48 anschlägt.According to the invention, it is therefore provided that the stopper component 18 on the free end of the shaft 12 , which has a reduced diameter, is mounted attached by means of transition fit or press fit until it is formed on a reduced diameter formed by the step 48 strikes.

Zusätzlich wird das Stopperbauteil 18 stirnseitig mit der Welle 12 durch eine Schweißnaht 46 verschweißt.In addition, the stopper component becomes 18 frontally with the shaft 12 through a weld 46 welded.

In 2 ist eine gegenüber 1 leicht abgewandelte Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Spindelmotors dargestellt. Gleiche Bauteile sind mit den denselben Bezugszeichen bezeichnet und erfüllen die oben beschriebenen Funktionen.In 2 is one opposite 1 slightly modified embodiment of a spindle motor according to the invention shown. Identical components are designated by the same reference numerals and fulfill the functions described above.

Im Gegensatz zu 1 ist die Welle 112 an ihrem oberen freien Ende mit einem deutlich geringeren Durchmesser ausgebildet, wobei sich eine Stufe 148 bildet. Die Welle 112 weist an ihrem Außenumfang im Bereich des geringeren Durchmessers ein Außengewinde 150 auf.In contrast to 1 is the wave 112 formed at its upper free end with a significantly smaller diameter, with a step 148 forms. The wave 112 has at its outer periphery in the region of smaller diameter an external thread 150 on.

Das Stopperbauteil 118 ist als ringförmige Scheibe ausgebildet und weist eine zentrale Gewindebohrung auf. Zur Verbindung des Stopperbauteils 118 mit der Welle 112 wird das Stopperbauteil 118 auf das Außengewinde 150 der Welle 112 aufgeschraubt, bis es an der Stufe 148 der Welle 112 anschlägt.The stopper component 118 is designed as an annular disc and has a central threaded bore. For connecting the stopper component 118 with the wave 112 becomes the stopper component 118 on the external thread 150 the wave 112 unscrewed until it reaches the stage 148 the wave 112 strikes.

Durch die Stufe 148 der Welle 112 wird das Stopperbauteil 118 genau senkrecht zur Welle 112 ausgerichtet. Die Schraubverbindung zwischen der Welle 112 und dem Stopperbauteil 118 bietet eine ausreichend hohe Haltekraft für das Stopperbauteil 118.Through the stage 148 the wave 112 becomes the stopper component 118 exactly perpendicular to the shaft 112 aligned. The screw connection between the shaft 112 and the stopper member 118 provides a sufficiently high holding force for the stopper component 118 ,

3 zeigt eine dritte Ausgestaltung der Erfindung mit einer wiederum abgewandelten Befestigung des Stopperbauteils 218 auf der Welle 212. Die Welle 212 weist an ihrem freien Ende einen kurzen Abschnitt mit verringertem Durchmesser auf, so dass sich eine Stufe 248 am oberen Ende der Welle 212 bildet. 3 shows a third embodiment of the invention with a again modified attachment of the stopper component 218 on the wave 212 , The wave 212 has at its free end a short section of reduced diameter, so that a step 248 at the top of the shaft 212 forms.

Das Stopperbauteil 218 ist ringförmig ausgebildet und umfasst eine zentrale Öffnung, deren Durchmesser gleich groß oder geringfügig kleiner ist, als der verringerte Durchmesser der Welle 212 am oberen Ende. Das Stopperbauteil 218 wird mittels Übergangspassung oder leichter Presspassung auf den verringerten Durchmesser der Welle 212 aufgesteckt und mittels einer separaten Schraube 244 mit der Welle verbunden. Hierzu weist die Welle 212 eine zentrale Gewindebohrung 252 auf, deren Durchmesser zum Durchmesser der Schraube 244 passt. Die Schraube 244 wird in die Welle eingeschraubt und hält mit ihrem Schraubenkopf das Stopperbauteil 218 auf der Welle fest, wobei das Stopperbauteil 218 an der Stufe 248 der Welle 212 anschlägt.The stopper component 218 is annular and includes a central opening whose diameter is equal to or slightly smaller than the reduced diameter of the shaft 212 at the upper end. The stopper component 218 is made by means of transition fit or slight press fit on the reduced diameter of the shaft 212 attached and by means of a separate screw 244 connected to the shaft. This is indicated by the wave 212 a central threaded hole 252 on, whose diameter is the diameter of the screw 244 fits. The screw 244 is screwed into the shaft and holds with its screw head the stopper component 218 stuck on the shaft, with the stopper component 218 at the stage 248 the wave 212 strikes.

Der Schraubenkopf der Schraube 244 ist in einer Senkung 254 des Stopperbauteils 218 versenkt, so dass der Schraubenkopf mit der Stirnseite des Stopperbauteils 218 eben ist.The screw head of the screw 244 is in a depression 254 the stopper component 218 sunk so that the screw head with the end face of the stopper member 218 is just.

4 zeigt eine weitere Variante der Befestigung des Stopperbauteils 318 auf der Welle 312. Die Welle 312 weist an ihrem Ende einen gleich bleibenden Durchmesser mit einer flachen Stirnseite auf. Das Stopperbauteil 318 selbst ist in Form einer Schraube ausgebildet und weist einen Gewindestift 318a mit Schraubgewinde auf. 4 shows a further variant of the attachment of the stopper component 318 on the wave 312 , The wave 312 has at its end a constant diameter with a flat end face. The stopper component 318 itself is in the form of a screw and has a threaded pin 318a with screw thread on.

In der Welle 312 ist eine zentrale Gewindebohrung 352 vorgesehen, in welchem der Gewindestift 318a des Stopperbauteils 318 eingeschraubt werden kann. Das Stopperbauteil 318 wird so weit in die Welle 312 eingeschraubt bis es auf der flachen Stirnseite der Welle 312 aufliegt.In the wave 312 is a central threaded hole 352 provided in which the threaded pin 318a the stopper component 318 can be screwed. The stopper component 318 gets so far into the wave 312 screwed it up on the flat front side of the shaft 312 rests.

Eine weitere Variante ist, dass das Stopperbauteil keinen Gewindestift, sondern lediglich einen Stift aufweist, der in einer zentralen Bohrung in der Welle eingeklebt werden kann (nicht zeichnerisch dargestellt).Another variant is that the stopper member has no set screw, but only a pin which can be glued in a central bore in the shaft (not shown in the drawing).

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010: Basisplattebaseplate
12, 112, 212, 31212, 112, 212, 312: Wellewave
12a, 112a, 212a, 312a12a, 112a, 212a, 312a: Flansch d. WelleFlange d. wave
1414: Rotorbauteilrotor component
1616: Abdeckungcover
1717: Spaltdichtunggap seals
18, 118. 218, 31818, 118. 218, 318: Stopperbauteilstop member
318a318a: GewindestiftSet screw
1919: umlaufende Rillecircumferential groove
2020: Lagerspaltbearing gap
2222: Radiallagerradial bearings
22a22a: LagerrillenstrukturenBearing groove structures
2424: Radiallagerradial bearings
24a24a: LagerrillenstrukturenBearing groove structures
2626: Separatorspaltseparator gap
2828: Axiallagerthrust
28a28a: LagerrillenstrukturenBearing groove structures
2929: Ringspaltannular gap
3030: Rezirkulationskanalrecirculation
3232: Dichtungsspaltseal gap
3333: Labyrinthdichtunglabyrinth seal
3434: Dichtungsspaltseal gap
3535: Freiraumfree space
3636: Pumpdichtungpump seal
36a36a: PumprillenstrukturenPumping groove structures
3737: Gehäusedeckelhousing cover
3838: Drehachseaxis of rotation
4040: Statoranordnungstator
4242: Rotormagnetrotor magnet
244244: Schraubescrew
4646: SchweißnahtWeld
48, 148, 24848, 148, 248: Stufestep
150150: Außengewindeexternal thread
252, 352252, 352: Gewindebohrungthreaded hole
254254: Senkungreduction

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102008031618 A1 [0007]

Claims

A fluid dynamic bearing system comprising: a fixed bearing member having a shaft ( 12 . 112 . 212 . 312 ), a shaft flange ( 12a . 112a . 212a . 312a ) and one at a free end of the shaft ( 12 . 112 . 212 . 312 ) fastened stopper component ( 18 . 118 . 218 . 318 ), a rotatable rotor component ( 14 ), at least one fluid dynamic radial bearing ( 22 . 24 ) and at least one fluid dynamic thrust bearing ( 28 ) for the rotary mounting of the rotatable rotor component ( 14 ) relative to the fixed bearing component ( 12 . 12a . 18 . 112 . 112a . 118 . 212 . 212a . 218 . 312 . 312a . 318 ), characterized in that the stopper component ( 18 . 118 . 218 . 318 ) by means of a welded connection and / or a screw connection and / or an adhesive connection to the shaft ( 12 . 112 . 212 . 312 ) is attached.

Fluid dynamic bearing system according to claim 1, characterized in that the free end of the shaft ( 12 . 112 . 212 ) a reduced diameter with a step ( 48 . 148 . 248 ), wherein the stopper component ( 18 . 118 . 218 ) at the level ( 48 . 148 . 248 ) rests.

Fluid dynamic bearing system according to claim 1 or 2, characterized in that the stopper component ( 18 ) annular and on the free end of the shaft ( 12 ) and by means of the welded connection to the shaft ( 12 ) is attached.

Fluid dynamic bearing system according to claim 1 or 2, characterized in that the stopper component ( 118 ) is annular, has a central threaded bore, and the free end of the shaft ( 112 ) an external thread ( 150 ), wherein the stopper component ( 118 ) on the end of the wave ( 112 ) is screwed on.

Fluid dynamic bearing system according to claim 1 or 2, characterized in that the stopper component ( 218 ) annular and on the shaft ( 212 ) is attached and by means of a separate screw ( 244 ) with the wave ( 212 ), the screw ( 244 ) into a threaded hole ( 252 ) the wave ( 212 ) engages and the screw head in a countersink ( 254 ) of the stopper component ( 218 ) is recorded.

Fluid dynamic bearing system according to claim 1, characterized in that the stopper component ( 318 ) on a front side of the shaft ( 312 ) rests.

Fluid dynamic bearing system according to claim 1 or 6, characterized in that the stopper component ( 318 ) is formed as a disk-shaped component and a central threaded pin ( 318a ), in which it in a threaded bore ( 352 ) the wave ( 312 ) is attached.

Fluid dynamic bearing system according to claim 1 or 6, characterized in that the stopper member is formed as a disc-shaped member and having a central pin which is glued into a central bore of the shaft.

Fluid dynamic bearing system according to one of claims 1 to 8, characterized in that the shaft ( 12 . 112 . 212 . 312 ) by means of the widened shaft flange ( 12a . 112a . 212a . 312a ) in an opening of a base plate ( 10 ) is attached.

Fluid dynamic bearing system according to one of claims 1 to 9, characterized in that the widened shaft flange ( 12a . 112a . 212a . 312a ) the wave ( 12 . 112 . 212 . 312 ) is U-shaped in cross-section and the rotor component ( 14 ) partially surrounds.

Spindle motor with a stator arrangement ( 42 ), a rotor component ( 14 ) and a fluid dynamic storage system according to claims 1 to 10 and with an electromagnetic drive system ( 40 . 42 ) for driving the rotatable rotor component ( 14 ) about a rotation axis ( 38 ).

A low-profile hard disk drive having at least one storage disk rotationally driven by a spindle motor according to any one of claims 1 to 11, and a write-read device for writing and reading data to and from the storage disk.

Fan with a spindle motor according to one of claims 1 to 11.