DE102014017502A1

DE102014017502A1 - Spindelmotor mit fluiddynamischem Lagersystem

Info

Publication number: DE102014017502A1
Application number: DE102014017502.2A
Authority: DE
Inventors: Sendy Hanzel; Alexander Fehn; Donato Damiano
Original assignee: Minebea Co Ltd
Current assignee: MinebeaMitsumi Inc
Priority date: 2014-05-09
Filing date: 2014-11-27
Publication date: 2015-11-12

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Spindelmotor mit einer Basisplatte und mit einem feststehenden Lagerbauteil eines fluiddynamischen Lagers, das mit der Basisplatte mittels einer Klebeverbindung verbunden ist, wobei zwischen der Basisplatte und dem feststehenden Lagerbauteil ein Klebespalt zur Aufnahme des Klebstoffes der Klebeverbindung gebildet ist. Der Klebespalt weist an wenigstens einem Ende einen verbreiterten Abschnitt auf, der zumindest teilweise mit Klebstoff gefüllt ist. Erfindungsgemäß ist das feststehende Lagerbauteil mittels eines elektrisch leitfähigen Klebstoffs elektrisch leitend mit der Basisplatte verbunden.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich auf einen Spindelmotor, insbesondere einen Spindelmotor mit fluiddynamischem Lagersystem zum Antrieb von Festplattenlaufwerken oder Lüftern, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Stand der Technik
Bei Spindelmotoren ist es bekannt, ein feststehendes Lagerbauteil, das sogenannte Bushing, welches die feststehende Welle aufnimmt, mittels Klebstoff in einer Öffnung einer Basisplatte des Spindelmotors zu befestigen.
Eines solcher Spindelmotor ist beispielsweise in der DE 10 2012 005 221 A1 offenbart. Die mittels Klebstoff zu verbindenden Seitenwände des feststehenden Lagerbauteils und der Basisplatte sind im Wesentlichen parallel zueinander und parallel zur Drehachse des Spindelmotors ausgebildet. Der dazwischen gebildete Klebespalt hat eine gleichmäßige Spaltbreite von einigen Mikrometern bis einigen zehn Mikrometern. Die Klebeverbindung muss dabei so ausgebildet sein, dass das feststehende Lagerbauteil genau achsenparallel zur Basisplatte ausgerichtet ist, damit später die Drehachse des Spindelmotors genau im rechten Winkel zur Ebene der Basisplatte verläuft.
Um die Festigkeit der Klebeverbindung generell zu erhöhen und aus Prozessgründe weist wenigstens eine Seitenwand der Basisplatte oder des feststehenden Lagerbauteils eine oder mehrere Klebstofftaschen auf, die beispielsweise durch eine oder mehrere, voneinander getrennten, umlaufenden Nuten gebildet sein können.
Spindelmotoren, insbesondere in Festplattenlaufwerken, müssen sehr hohen mechanischen Belastungen standhalten. Die Klebeverbindung muss dementsprechend hohe Haltekräfte aufweisen. Ein Maß dafür ist beispielsweise die Kraft, die benötigt wird um das feststehende Lagerbauteil axial aus der Basisplatte zu pressen, die sogenannte Auspresskraft. Um die Festigkeit der Klebeverbindung zu testen, werden die Spindelmotoren einem so genannten Schock-Test unterzogen, bei denen die Spindelmotoren beim Aufprall zeitlich kurzen Impulsen im Millisekundenbereich mit Beschleunigungen bis zu 1200 g ausgesetzt werden. Die Beschleunigung wirkt dabei beispielsweise in axialer Richtung auf den gesamten Spindelmotor. Das in die Basisplatte eingeklebte feststehende Lagerbauteil wird dadurch relativ zum fixierten Rand der Basisplatte ausgelenkt. Die Klebeverbindung unterliegt dabei einer Scherbelastung und an einem Ende der Klebeverbindung einer Spaltbelastung, hervorgerufen durch die elastische Verformung der Fügeflächen der Klebeverbindung in der Basisplatte bei axialem Schock. Durch die Spaltbelastung wird die Klebeschicht an einigen Stellen stärker radial gedehnt und an anderen Stellen gestaucht als die restliche Klebeverbindung.
Dadurch kann es vorkommen, dass der Klebstoff stellenweise oder komplett aufreißt, da die Klebeverbindung keine ausreichende Elastizität aufweist. Die Klebeverbindung wird folglich geschwächt oder kann sich vollständig lösen.
Durch eine generelle Verbreiterung der Klebeschichtdicke kann das Problem nicht gelöst werden, da dadurch die Steifigkeit der Klebeverbindung insgesamt wesentlich geschwächt wird und die Koaxialität von Lagerbauteil und Basisplatte verschlechtert wird. Eine Vergrößerung der Klebstofftaschen führt ebenso nicht zu einer wesentlichen Verbesserung der Haltekraft.
Beim Verbinden des feststehenden Bauteils mit der Basisplatte ist es ferner wichtig, dass die beiden Bauteile eine möglichst große Parallelität in Bezug auf die jeweilige Flächennormale aufweisen. Die Parallelität der Bauteile ist bisher von der Genauigkeit der Fügevorrichtung abhängig.
Da das feststehende Lagerbauteil und die Basisplatte in der Regel über eine Spielpassung und zusätzlich eine Klebeverbindung verbunden werden, müssen die beiden Teile während des Füge- und Aushärtungsprozesses des Klebstoffes in der Fügevorrichtung gehalten werden, bis der Klebstoff reagiert und aushärtet und die Teile vorfixiert sind. Somit wird die Parallelität der beiden Bauteile von der Fügevorrichtung bestimmt.
Die DE 10 2009 041 531 A1 offenbart einen Spindelmotor mit einer Basisplatte und mit einem feststehenden Lagerbauteil eines fluiddynamischen Lagers, das mit der Basisplatte mittels einer Klebeverbindung verbunden ist. Zwischen der Basisplatte und dem feststehenden Lagerbauteil ist ein Klebespalt zur Aufnahme des Klebstoffes der Klebeverbindung gebildet, wobei der Klebespalt wenigstens an einem Ende einen verbreiterten Abschnitt aufweist, der zumindest teilweise mit Klebstoff gefüllt ist. Dadurch soll die maximale Bruchdehnung der Klebeverbindung im verbreiterten Bereich des Spaltes und damit die axiale Schockfestigkeit der Klebeverbindung verbessert werden.
Die US 2014/0009021 A1 offenbart einen Spindemotor, dessen Basisplatte eine Auflagefläche aufweist, wobei das feststehende Lagerbauteil mit einer zugeordneten Auflagefläche auf der Auflagefläche der Basisplatte aufliegt. Auch durch diese Maßnahme wird die axiale Schockfestigkeit der Verbindung zwischen Basisplatte und Lagerbauteil verbessert.
Aufgrund der Klebeverbindung ist jedoch der elektrische Kontakt zwischen der Basisplatte und dem Lagerbauteil unterbrochen. Dies ist insbesondere beim Einsatz des Spindelmotors in einem Festplattenlaufwerk problematisch. Durch die Relativbewegung zwischen der Speicherplatte des Festplattenlaufwerks und dem Schreib-Lesekopf, der nur wenige 10 Nanometer über der Oberfläche der Speicherplatte schwebt, kann sich die Speicherplatte elektrostatisch aufladen.
Durch einen guten elektrischen Kontakt zwischen den Lagerbauteilen und der Basisplatte kann eine elektrostatische Aufladung vermieden werden.
Offenbarung der Erfindung
Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, einen Spindelmotor der oben genannten Art zu schaffen, bei dem die Verbindung zwischen dem feststehenden Lagerbauteil und der Basisplatte höheren mechanischen Belastungen standhält, ohne dass die Steifigkeit der Verbindung darunter leidet und zudem eine elektrische Verbindung zwischen dem feststehenden Lagerbauteil und der Basisplatte gegeben ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Spindelmotor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Bevorzugte Ausgestaltungen und weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass bei einer axialen Schockbelastung die größte Dehnung des Klebstoffes an nur einem Ende der Klebstoffverbindung auftritt, in Abhängigkeit der Fallrichtung beim Schocktest. Der verbreiterte Abschnitt des Klebespaltes ist dabei breiter als der restliche Klebespalt bzw. die Klebstofftaschen, so dass der Klebstoff eine größere maximale Dehnung bis zum Reißen zulässt. Vorzugsweise ist die Bruchdehnung des Klebstoffes innerhalb des verbreiterten Abschnitts größer als die maximale Dehnung des Klebespaltes im verbreiteten Abschnitt bei einer Schockbelastung. Somit bleibt die mechanische Spannung geringer als die Bruch-Zugfestigkeit des Klebstoffes. Ein Reißen des Klebstoffes wird dadurch verhindert.
Erfindungsgemäß wird ein elektrisch leitfähiger Kleber verwendet, um einen elektrischen Kontakt zwischen der Basisplatte und dem feststehenden Lagerbauteil herzustellen. Der leitfähige Kleber kann in Abschnitten des Klebespalts angeordnet sein oder als separate leitfähige Verbindung zusätzlich zur Klebeverbindung zwischen Basisplatte und feststehendem Lagerbauteil ausgebildet sein.
Die axiale Länge des verbreiterten Abschnitts des Klebespalts kann 10% bis 90% der axialen Gesamtlänge des Klebespalts aufweisen.
Bei dem axialen Schocktest von einem Spindelmotor sind zwei verschiedene Fallrichtungen im Test möglich. Da bei einer axialen Schockbelastung die größte Spannung im Klebstoff aufgrund von Dehnung am nach Außen zeigenden Ende des Klebespalts auftritt, ist der verbreiterte Abschnitt des Klebespalts zweckmäßigerweise an diesem Ende des Klebespaltes angeordnet.
Damit der Spannungsverlauf innerhalb des Klebstoffes günstig beeinflusst wird, ist es vorteilhaft, wenn der verbreiterte Abschnitt (in radialer Richtung) des Klebespalts wenigstens eine schräge Begrenzung aufweist. Insbesondere vorteilhaft ist es, wenn die Begrenzung schräg ausgebildet und durch eine Fläche des feststehenden Lagerbauteils gebildet wird.
Abhängig von der Bruchdehnung des Klebstoffes und der Länge des verbreiterten Abschnitts des Klebespalts in axialer Richtung muss die den verbreiterten Abschnitt begrenzende schräge Fläche mit einem entsprechenden Öffnungswinkel in Bezug auf die Drehachse des Spindelmotors versehen werden, vorzugsweise zwischen 5° und 60°.
Vorzugsweise wird der verbreiterte Abschnitt des Klebespalts zumindest einseitig vollständig durch eine schräge Fläche des Lagerbauteils und/oder eine schräge Fläche der Basisplatte begrenzt. Das heißt der verbreiterte Abschnitt des Klebespaltes hat keine Stufe oder Absatz. Dadurch wird verhindert, dass an einer Absatzkante lokale Spannungsspitzen entstehen, die zu einem Bruch der Klebeverbindung führen können.
Damit bei einer mechanischen Belastung die Bruchdehnung im Klebstoff nicht erreicht wird, ist es zweckmäßig, wenn die radiale Breite des verbreiterten und mit Klebstoff gefüllten Abschnitts des Klebespaltes etwa 5 mal bis 100 mal größer ist als die radiale Breite des restlichen Klebespalts. Der restliche Teil des Klebespalts bzw. die Klebschichtdicke hat beispielsweise eine Breite von 5 bis 10 Mikrometer.
In einer weiteren bevorzugten Ausführung der Erfindung weist der Klebespalt an beiden Enden jeweils einen verbreiterten Abschnitt in radialer Richtung auf. Dadurch wird eine maximale Schockfestigkeit des Klebespaltes in beide axialen Richtungen erreicht.
Um die Festigkeit der Klebeverbindung zu verbessern ist es möglich, dass in dem Klebespalt und in dem verbreiterten Abschnitt des Klebespalts jeweils unterschiedliche Klebstoffe angeordnet sind. Da bei einer Schockbelastung die Dehnbelastung im Außenbereich des verbreiterten Abschnitts des Klebespalts besonders groß ist, ist es vorteilhaft, wenn der Klebstoff im verbreiterten Abschnitt des Klebespalts eine höhere Elastizität und Bruchdehnung aufweist als der Klebstoff im restlichen Klebespalt. Der hoch-elastische Klebstoff im verbreiterten Abschnitt des Klebespalts widersteht größeren Dehnbelastungen und verhindert ein reißen der Klebeverbindung. Im restlichen Klebespalt kann vorzugsweise ein hochfester Klebstoff mit geringerer Bruchdehnung eingesetzt werden, der die Festigkeit der Klebeverbindung erhöht.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der verbreiterte Abschnitt des Klebespalts durch eine rechteckige Aussparung in der Basisplatte und/oder in dem feststehenden Lagerbauteil begrenzt.
Desweiteren kann alternativ oder zusätzlich ein radial verlaufender Abschnitt des Lagerbauteils einem Abschnitt der Basisplatte gegenüber liegen und als axialer Anschlag dienen. Ebenfalls zusätzlich oder alternativ kann ein radial verlaufender Abschnitt der Basisplatte in eine Aussparung des Lagerbauteils eingreifen und als axialer Anschlag dienen.
Vorzugsweise kann die Basisplatte eine Stufe mit einer Auflagefläche aufweisen, wobei das feststehende Bauteil mit einer zugeordneten Auflagefläche auf der Auflagefläche der Basisplatte aufliegt. Die Auflagefläche des feststehenden Lagerbauteils ist präzise maschiniert, insbesondere rechtwinklig zur Längsachse des feststehenden Lagerbauteils.
Die Auflagefläche der Basisplatte dient als Anschlag für die Auflagefläche des feststehenden Lagerbauteils. Die Stufe in der Basisplatte wird präzise mit entsprechenden Datumsflächen der Basisplatte maschiniert und insbesondere ebenfalls rechtwinklig zur vorgesehenen Drehachse des Lagersystems ausgebildet Beim Zusammenfügen des feststehenden Lagerbauteils mit der Basisplatte werden nun die präzise maschinierten Auflageflächen aufeinander gefügt. so dass sich eine sehr gute Parallelität zwischen der Basisplatte und dem feststehenden Lagerbauteil ergibt.
Durch präzise bearbeitete Oberflächen der beiden Auflageflächen wird eine bestmögliche Parallelität der beiden Bauteile erreicht, ohne von der Präzision einer externen Fügevorrichtung abhängig zu sein.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weisen die Basisplatte und das feststehende Lagerbauteil jeweils zylindrische Fügeflächen auf, die mittels Spielpassung, Übergangspassung oder Presspassung miteinander verbunden sind. Insbesondere bei der Verwendung einer Spielpassung oder Übergangspassung kann das feststehende Lagerbauteil noch zusätzlich mittels einer Klebeverbindung im Bereich der Fügeflächen mit der Basisplatte verbunden werden.
Insbesondere kann die Spaltbreite des Fügespaltes zwischen der Fügefläche der Basisplatte und der Fügefläche des feststehenden Lagerbauteils variieren, so dass mehr Klebstoffvolumen vorhanden ist was den Klebeprozess verbessert. Durch die Klebeverbindung erhöht sich die Auspresskraft der Verbindung auf Grund der großen Klebeflächen.
Wird für die Fügeverbindung eine Übergangspassung oder leichte Presspassung verwendet, so kann die Konzentrizität zwischen dem Lagerbauteil und der Basisplatte verbessert werden.
Bei der erfindungsgemäßen Verbindung zwischen dem feststehenden Lagerbauteil und der Basisplatte werden höhere Auspresskräfte erreicht.
Ferner kann die Fügevorrichtung, also die Montagevorrichtung zur Montage des feststehenden Lagerbauteils in der Basisplatte einfacher gestaltet sein, da die Genauigkeit der Fügevorrichtung keinen Einfluss auf die Genauigkeit der Verbindung zwischen der Basisplatte und dem feststehenden Lagerbauteil hat. Somit kann eine Parallelität und vorzugsweise auch Konzentrizität zwischen der Basisplatte und dem feststehenden Lagerbauteil mit großer Genauigkeit und vor allem reproduzierbar erreicht werden.
Der Lagerspalt ist zumindest an einem Ende durch einen kapillaren Dichtungsspalt abgedichtet, der teilweise mit Lagerfluid gefüllt ist und durch Oberflächen des Rotorbauteils und Oberflächen des feststehenden Lagerbauteils begrenzt ist. In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Dichtungsspalt durch Oberflächen des Rotorbauteils und Oberflächen der Basisplatte begrenzt.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert.
1 zeigt eine erste Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Spindelmotors mit einem einseitig konisch verbreiterten Abschnitt des Klebespalts zwischen Lagerbauteil und Basisplatte.
2 zeigt eine zweite Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Spindelmotors mit einem verbreiterten Abschnitt des Klebespalts zwischen Lagerbauteil und Basisplatte und einem radial verlaufenden Abschnitt des Klebespalts sowie das Lagerbauteil mit radial verbreitertem Anschlag.
3 zeigt eine dritte Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Spindelmotors mit einem in radialer Richtung rechtwinklig verbreiterten Abschnitt des Klebespalts zwischen Lagerbauteil und Basisplatte.
4 zeigt eine vierte Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Spindelmotors mit einem V-förmig verbreiterten Abschnitt des Klebespalts zwischen Lagerbauteil und Basisplatte und einem radial verlaufenden Abschnitt des Klebespalts sowie das Lagerbauteil mit radial verbreitertem Anschlag.
4a zeigt eine vergrößerte Ansicht einer abgewandelten Ausgestaltung des Klebespalts von 4.
5 zeigt eine fünfte Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Spindelmotors mit einem radial verlaufenden Abschnitt des Lagerbauteils, der als axialer Anschlag dient.
6 zeigt eine sechste Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Spindelmotors mit einem radial verlaufenden Abschnitt der Basisplatte, der als axialer Anschlag dient und einem radial verlaufenden Abschnitt am Lagerbauteil.
7 zeigt einen Schnitt durch eine weitere bevorzugte Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Spindelmotors mit fluiddynamischem Lagersystem.
8 zeigt einen Schnitt durch eine weiter bevorzugte Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Spindelmotors mit fluiddynamischem Lagersystem.
Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung
In den 1 bis 6 ist eine erste Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Spindelmotors in verschiedenen Varianten dargestellt. Die Spindelmotoren gemäß den 1 bis 6 sind in ihrem Grundaufbau weitgehend identisch und unterscheiden sich hauptsächlich in der Verbindung zwischen Basisplatte, Welle und feststehendem Lagerbauteil (soweit vorhanden) sowie in der Ausgestaltung des Klebespalts der sowohl einen verbreiterten Abschnitt oder auch einen radial und quer zur Drehachse verlaufenden Abschnitt oder beides aufweisen kann.
Die gezeigten Spindelmotoren umfassen eine Basisplatte 10, die eine im Wesentlichen zentrale zylindrische Öffnung aufweist, in welcher ein feststehendes Lagerbauteil 16 aufgenommen ist. Das feststehende Lagerbauteil 16 ist im Querschnitt etwa U-förmig ausgebildet und weist eine zentrale Öffnung auf. Das feststehende Lagerbauteil 16 ist beispielsweise mit Übergangspassung in der Öffnung der Basisplatte 10 angeordnet und zusätzlich mit Klebstoff 52 befestigt, der entlang eines Klebespalts 54 eingebracht ist. Um einem elektrischen Kontakt zwischen dem feststehenden Lagerbauteil 16 und der Basisplatte sicher zu stellen, kann zwischen der Basisplatte 10 und dem feststehenden Lagerbauteil 16 leitfähiger Klebstoff 56 angebracht sein.
Erfindungsgemäß weist der Klebespalt 54 über seine gesamte Länge nicht dieselbe Spaltbreite auf, sondern der Klebespalt 54 weitet sich in Richtung der Basisplatte 10 in Richtung seines offenen Endes auf. Dies wird dadurch erreicht, dass das der Außenumfang des feststehenden Lagerbauteils 16 nicht gleichmäßig zylindrisch ausgebildet ist, sondern sich dessen Außendurchmesser in Richtung der Basisplatte 10 verringert, so dass sich eine schräge Fläche ergibt, welche die innere Begrenzung des Klebespaltes 54 darstellt. Dieser verbreiterte Abschnitt 54a des Klebespaltes 54 erstreckt sich vorzugsweise über beispielsweise ein Drittel der Länge des Klebespaltes 54 und ist zumindest teilweise, vorzugsweise jedoch vollständig mit Klebstoff 52 gefüllt.
Es ist eine zylindrische Welle 12 vorgesehen, die an einem Ende einen Flansch 12a aufweist, so dass die Welle 12 im Querschnitt etwa T-förmig ist. Der Flansch 12a der Welle ist in der zentralen Öffnung des feststehenden Lagerbauteils 16 angeordnet, wobei der Flansch 12a mit seinem Außenumfang am Innenumfang des Lagerbauteils 16 angrenzt und vorzugsweise stoffschlüssig mit diesem verbunden ist. Diese stoffschlüssige Verbindung kann eine umlaufende Schweißnaht 13 sein. Das feststehende Lagerbauteil 16 kann auch einteilig mit dem Flansch 12a der Welle 12 ausgebildet sein.
Der zylindrische Teil der Welle 12 erstreckt sich von der radial verlaufenden Grundfläche des Flansches 12a in axialer Richtung nach oben. An dem freien Ende der Welle 12 ist ein ringförmiges Stopperbauteil 18 angeordnet, dessen Durchmesser deutlich größer ist als der Durchmesser der Welle 12 und das vorzugsweise kraftschlüssig oder stoffschlüssig an der Welle 12 befestigt ist. Insbesondere weist die Welle 12 an dem freien Ende einen verringerten Durchmesser auf, so dass sich eine Stufe bildet. Diese Stufe definiert einen Anschlag für das Stopperbauteil 18, auf dem das Stopperbauteil 18 aufliegt. Dadurch ist das Stopperbauteil 18 exakt an der Welle angeordnet und ausgerichtet und es ist eine Haltekraft in axialer Richtung nach unten gewährleistet. Ferner wird durch diese Stufe der Welle 12 ein axialer Zwischenraum zur Aufnahme einer Lagerbuchse 14a definiert. Die Welle 12 mit dem Flansch 12a bildet zusammen mit dem Lagerbauteil 16 und dem Stopperbauteil 18 eine kompakte Anordnung. Die Gesamtheit der genannten Bauteile 10, 12, 12a, 16 und 18 bildet die feststehende Komponente des Spindelmotors.
Der Spindelmotor umfasst ferner ein Rotorbauteil 14, das eine zylindrische Lagerbuchse 14a umfasst, die vorzugsweise einteilig mit dem Rotorbauteil ausgebildet ist. Das Rotorbauteil 14, genauer gesagt die Lagerbuchse 14a des Rotorbauteils 14, ist in einem durch die Welle 12, den Flansch 12a und die beiden Bauteile 16 und 18 gebildeten Zwischenraum relativ zu diesen Bauteilen 12, 12a, 16, 18 drehbar um eine Drehachse 40 angeordnet. Das Stopperbauteil 18 ist zumindest teilweise in einer ringförmigen Aussparung des Rotorbauteils 14 angeordnet.
Zwischen entsprechende Oberflächen der Welle 12, des Flansches 12a, sowie der beiden Bauteile 16, 18 und entsprechend gegenüberliegenden Oberflächen des Rotorbauteils befindet sich ein beidseitig offener Lagerspalt 20, der mit einem Lagerfluid, beispielsweise einem Lageröl, gefüllt ist.
Die am Rotorbauteil 14 angeordnete, vorzugsweise einteilig ausgebildete Lagerbuchse 14a 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 eine im Vergleich zum axialen Abschnitt des Lagerspalts 20 deutlich größere Spaltbreite auf.
Die Radiallagerflächen umschließen die feststehende Welle 12 in einem Abstand von zwischen 1,5 und 3,5 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 (herringbone) Lagerrillenstrukturen 22a, 24a versehen. Das obere Radiallager 22 ist dabei weitgehend symmetrisch ausgebildet, was bedeutet, dass der Teil der Lagerrillenstrukturen 24, der oberhalb des Apex angeordnet ist, etwa genauso lang ausgebildet ist, wie der untere Teil der Lagerrillen. Die Pumpwirkung beider Teile der Radiallagerrillen 24 weist in Richtung zum Apex, d. h. zur Lagermitte, so dass das Radiallager 22 tragfähig wird. Es gibt aufgrund der symmetrischen Ausbildung der Radiallagerrillen 24 des oberen Radiallagers 22 jedoch keine definierte Pumprichtung, die auf das Lagerfluid im Lagerspalt 20 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 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 definierte Pumpwirkung auf das in Lagerspalt 20 befindliche Lagerfluid ausgeübt, welche das Lagerfluid axial nach oben in Richtung des oberen Radiallagers 22 befördert.
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 auf der Stirnseite der Lagerbuchse 14a und entsprechend gegenüber liegende Lagerflächen des Flansches 12a der Welle 12 gebildet. Die Lagerflächen des Axiallagers 28 sind als zur Drehachse 40 senkrechte Kreisringe ausgebildet. Das fluiddynamische Axiallager 28 ist in bekannter Weise durch beispielsweise spiralförmige Lagerrillenstrukturen gekennzeichnet, die entweder auf der Stirnseite der Lagerbuchse 14a, dem Flansch 12a oder auf beiden Teilen angebracht werden können.
Vorzugsweise ist die Axiallagerfläche lediglich angeordnet zwischen der radial verlaufenden Oberfläche des Flansches 12a und der gegenüber liegenden Unterseite der Lagerbuchse 14a. Die angrenzende und ebenfalls radial verlaufende Oberfläche des feststehenden Lagerbauteils 16 ist um etwa 10 bis 100 Mikrometer tiefer angeordnet als die radial verlaufende Oberfläche des Flansches 12a, wodurch sich im zusammengebauten Zustand des fluiddynamischen Lagers ein entsprechend größerer Spaltabstand zwischen den radial verlaufenden Flächen der Lagerbuchse 14a und dem feststehenden Lagerbauteil 16 ergibt.
In vorteilhafter Weise sind alle für die Radiallager 22, 24 und das Axiallager 28 notwendigen Lagerrillenstrukturen an entsprechenden Lagerflächen der Lagerbuchse 14a angeordnet, was die Herstellung des Lagers, insbesondere der hochgenauen Lagerflächen an der Welle 12 und dem Flansch 12a vereinfacht. Vorzugsweise münden die Axiallagerrillen radial außen in einen Ringspalt, der eine größere Spaltbreite aufweist als der Axiallagerspalt. Dieser Ringspalt beginnt etwa an der Stelle, an welcher ein Rezirkulationskanal 30, der innerhalb des Rotorbauteils 14 vorgesehen ist, in die radiale Verlängerung des Axiallagerspalts 28 mündet.
An den radialen Abschnitt des Lagerspalts 20 im Bereich des Axiallagers 28 bzw. des Ringspalts schließt sich ein anteilig mit Lagerfluid gefüllter erster kapillarer Dichtungsspalt 34 an. Der Dichtungsspalt 34 ist durch einander gegenüberliegende im Wesentlichen axial verlaufende Flächen der Lagerbuchse 14a und des Lagerbauteils 16 gebildet und dichtet den Lagerspalt 20 an dieser Seite ab. Der Dichtungsspalt 34 umfasst den gegenüber dem Lagerspalt 20 verbreiterten kurzen radial verlaufenden Abschnitt des Ringspalts, der radial außerhalb des Axiallagers 28 angeordnet ist. Der kurze radial verlaufende Abschnitt des Dichtungsspalts 34 geht in einen längeren, sich konisch aufweitenden und nahezu axial verlaufenden Abschnitt über, der von einer äußeren Umfangsfläche der Lagerbuchse 14a und einer inneren 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 der Lagerbuchse 14a und des Lagerbauteils 16 können beide jeweils im Verlauf des Dichtungsspalts zum Lageräußeren hin relativ zur Drehachse 40 nach innen geneigt 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 Lagerbauteils 16, wodurch sich eine konische Erweiterung der Kapillardichtung ergibt. Dadurch wird das Lagerfluid bei einer Drehung des Lagers aufgrund der Fliehkraft nach innen in Richtung des Lagerspalts 20 gedrückt.
Auf der anderen Seite des Lagersystems ist das Rotorbauteil 14 bzw. die Lagerbuchse 14a 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 Spalt bildet. An den radialen Spalt schließt sich ein axial verlaufender zweiter Dichtungsspalt 36 an, der anteilig mit Lagerfluid gefüllt ist und den Lagerspalt 20 an diesem Ende abdichtet. Der zweite Dichtungsspalt 36 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 ist die äußere Umfangsfläche des Stopperbauteils 18 im Verlauf zum Lageräußeren leicht nach innen in Richtung zur Drehachse 40 geneigt. Die gegenüber liegende innere Umfangsfläche des Rotorbauteils 14 verläuft entweder parallel zur Drehachse 40 oder ist ebenfalls leicht nach innen geneigt, wobei der Neigungswinkel allerdings kleiner ist, als der Neigungswinkel der äußeren Umfangsfläche des Stopperbauteils 18, so dass sich eine konische Kapillardichtung ergibt. Der zweite Dichtungsspalt 36 kann vorzugsweise durch eine Pumpdichtung 38 ergänzt sein, die unterhalb der Kapillardichtung angeordnet ist. Die Pumpdichtung 38 ist vorzugsweise zwischen dem Außenumfang des Stopperbauteils 18 und der gegenüberliegenden Oberfläche des Rotorbauteils 14 gebildet. Die Pumpdichtung 38 umfasst Rillenstrukturen 38a, die auf der Oberfläche des Stopperbauteils 18 oder vorzugsweise des Rotorbauteils 14 angeordnet sind. Während sich das Lager dreht, erzeugen die Rillenstrukturen 38a der Pumpdichtung 38 eine Pumpwirkung auf das im Dichtungsspalt 36 befindliche Lagerfluid. Diese Pumpwirkung ist in das Innere des Lagerspalts, also in Richtung des Radiallagers 22 gerichtet. Dabei kann es vorgesehen sein, dass die Pumprillenstrukturen bis in den unteren Bereich der Kapillardichtung partiell herein reichen. Vorzugsweise reichen die Pumprillenstrukturen 38a jedoch nicht bis in den radial verlaufenden Spalt, der zwischen der Unterseite des Stopperbauteils 18 und der Lagerbuchse 14a gebildet ist.
Der zweite Dichtungsspalt 36 ist von einer ringförmig profilierten Abdeckung 32 abgedeckt. Die Abdeckung 32 ist auf einen Rand des Rotorbauteils 14 aufgesteckt und dort beispielsweise angeklebt, wobei die Abdeckung 32 auf einem umlaufenden Rand des Rotorbauteils 14 aufliegt. Ein innerer Rand der Abdeckung 32 bildet zusammen mit dem Außenumfang des Stopperbauteils 18 einen Luftspalt als Spaltdichtung 48. Diese Spaltdichtung 48 erhöht die Sicherheit gegen ein Austreten von Lagerfluid aus dem Dichtungsspalt 36 bzw. verringert ein Abdampfen des Lagerfluids und erhöht somit die Lebensdauer des fluiddynamischen Lagers.
Am axial äußeren Ende des Dichtungsspaltes 36 weitet sich der Dichtungsspalt in einen Freiraum 50 auf, der vorzugsweise so groß ist, dass er das gesamte im Lager befindliche Volumen an Lagerfluid aufnehmen kann. Dieser Freiraum 50 dient insbesondere zum Befüllen des Lagers mit Lagerfluid. Hierbei wird der Lagerspalt und die Dichtungsspalte vorzugsweise evakuiert und das Gesamtvolumen an Lagerfluid in den Freiraum 50 gefüllt. Danach wird der Lagerspalt wieder belüftet, wodurch das Volumen an Lagerfluid aus dem Freiraum 50 in das Lager und die Dichtungsspalte gedrückt wird.
Ein Rezirkulationskanal 30 verläuft ausgehend von dem Spalt 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).
Der Spindelmotor weist ein elektromagnetisches Antriebssystem auf, das in bekannter Weise gebildet ist durch eine an der Basisplatte 10 angeordnete Statoranordnung 42 und einem die Statoranordnung in einem Abstand konzentrisch umgebenden, ringförmigen Permanentmagneten 44, der an einer inneren Umfangsfläche des Rotorbauteils 14 angeordnet ist. Dargestellt ist somit ein Außenläufermotor, jedoch kann ohne Einschränkung alternativ ein Innenläufermotor verwendet werden, bei welchem die Statoranordnung radial außerhalb des Rotormagneten angeordnet ist.
Da der Spindelmotor vorzugsweise 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 42 und der Rotormagnet 44 axial zueinander versetzt angeordnet, und zwar so, dass die magnetische Mitte des Rotormagneten 44 axial weiter entfernt von der Basisplatte 10 angeordnet wird als die Mitte der Statoranordnung 42. 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. Ferner kann alternativ oder zusätzlich zum Versatz des Antriebssystems unterhalb des Rotormagneten 44 ein an der Basisplatte befestigter Zugring 46 aus ferromagnetischem Material vorgesehen sein. Der Zugring 46 wird vom Rotormagneten 44 magnetisch angezogen, so dass eine auf das Rotorbauteil 14 wirkende axiale magnetische Kraft erzeugt wird, die der Lagerkraft des fluiddynamischen Axiallagers 28 entgegenwirkt.
2 zeigt ein gegenüber 1 abgewandeltes Ausführungsbeispiel der Erfindung. Der einzige Unterschied zu 1 ist, dass das feststehende Lagerbauteil 16 an seinem oberen Ende einen radial nach außen verlaufenden Abschnitt 16a aufweist. Dieser radial verlaufende Abschnitt 16a überlappt in radialer Richtung mit einer oberen Stirnfläche einer von der Basisplatte gebildeten Hülse 10a, in welcher das feststehende Lagerbauteil 16 befestigt ist.
Die untere Fläche des radial verlaufenden Abschnitts 16a bildet mit der oberen Stirnfläche der Hülse 10a einen radial verlaufenden Abschnitt 54b des Klebespaltes 54 und gleichzeitig einen axialen Anschlag für das feststehende Lagerbauteil 16 an der Hülse 10a der Basisplatte 10. Durch diesen Anschlag wird die axiale Schockfestigkeit der Verbindung zwischen der Basisplatte 10 und dem Lagerbauteil 16 zumindest in Richtung der Basisplatte 10 (Richtung nach unten) zusätzlich zum verbreiterten Abschnitt 54a des Klebespalts 54 erhöht. Der radial verlaufende Abschnitt ist vorzugsweise in Umfangsrichtung komplett geschlossen. Auch hier kann zwischen der Basisplatte 10 und dem feststehenden Lagerbauteil 16 leitfähiger Klebstoff 56 angeordnet sein, um einen elektrischen Kontakt zwischen dem feststehenden Lagerbauteil 16 und der Basisplatte 10 sicher zu stellen.
3 zeigt eine weitere Ausgestaltung der Erfindung, die gegenüber 1 nur leicht abgewandelt ist. Der einzige Unterschied zu 1 ist die Formgebung des Klebespaltes 154, der an seinem unteren offenen Ende einen im Querschnitt etwa rechteckigen verbreiterten Abschnitt 154a aufweist. Dieser verbreitete Abschnitt 154a des Klebespaltes 154 nimmt etwa mindestens ein Drittel der axialen Länge des Klebespaltes 154 ein. Die rechteckige Aussparung, die den verbreiteten Abschnitt 154a des Klebespaltes 154 bildet, ist in dieser Ausgestaltung der Erfindung in der Basisplatte 10 angeordnet. Die Aussparung könnte auch in dem Lagerbauteil 16 angeordnet sein. Diese Gestaltung ist vorteilhaft bei der Verwendung von zwei verschieden Klebstoffen. Im Fügeprozess wird der hochfeste Klebstoff mit geringer Bruchdehnung im Bereich des geringen Klebespaltes 154 appliziert, anschließend wird mit einem zweiten Klebstoff mit hoher Bruchdehnung die rechteckige Aussparung 154a aufgefüllt. Das feststehende Lagerbauteil 16 kann außerdem mittels des elektrisch leitfähigen Klebstoffs 56 mit der Basisplatte 10 elektrisch leitend verbunden sein.
4 zeigt eine weitere Ausgestaltung der Erfindung bei der das feststehende Lagerbauteil 16 wiederum einen nach außen radial verlaufenden Abschnitt 16a aufweist, der einen radial verlaufenden Abschnitt 254b des Klebespaltes 254 bildet, während der verbreitete Abschnitt 254a im Querschnitt etwa dreieckig ausgebildet ist, und im Bereich der Öffnung des Klebespaltes 254 angeordnet ist. Die Verbreiterung des Klebespalts 254 wird durch schräge Aussparungen in der Basisplatte 10 und dem Lagerbauteil 16 gebildet. Das feststehende Lagerbauteil 16 kann ebenfalls mittels des elektrisch leitfähigen Klebstoffs 56 mit der Basisplatte 10 elektrisch leitend verbunden sein.
4A zeigt die Ausgestaltung gemäß 4 mit einem verbreiteten Abschnitt 354a des Klebespaltes 354, der im Querschnitt etwa rechteckig ausgebildet ist und sich nur über einen kleinen Teil der Gesamtlänge des Klebespaltes 354 erstreckt. Das feststehende Lagerbauteil 16 kann mittels des elektrisch leitfähigen Klebstoffs 56 mit der Basisplatte 10 elektrisch leitend verbunden sein.
5 zeigt eine weitere Ausgestaltung der Erfindung, bei der der Klebespaltes 454 zumindest in seiner axialen Erstreckung eine gleich bleibende radiale Spaltbreite und somit Klebschichtdicke aufweist und das feststehende Lagerbauteil 16 einen radial nach außen verlaufenden Abschnitt 16a aufweist, der zusammen mit der Stirnseite der Hülse 10a der Basisplatte 10 einen radial verlaufenden Abschnitt 454b des Klebespaltes 454 bildet. Der radial verlaufende Abschnitt 16a bildet mit der Stirnfläche der Hülse 10a der Basisplatte 10 einen axialen Anschlag, welcher eine axiale Verschiebung des Lagerbauteils 16 verhindert und damit die axiale Schockfestigkeit der Anordnung zumindest in Richtung der Basisplatte 10, also in Richtung nach unten, verbessert. Das feststehende Lagerbauteil 16 ist außerdem mittels des elektrisch leitfähigen Klebstoffs 56 mit der Basisplatte 10 elektrisch leitend verbunden.
6 zeigt eine weitere Ausgestaltung der Erfindung. Ein Klebespalt 554 weist einen verbreiteten Abschnitt 554a auf, der im Querschnitt etwa rechteckig ausgebildet ist und sich nur über einen kleinen Teil der Gesamtlänge des Klebespaltes 554 erstreckt. Desweiteren weist der Klebespalt 554 einen radial verlaufenden Abschnitt 554b auf, der zwischen einem radial verlaufenden Abschnitt 16a eines feststehenden Lagerbauteils 16 und einer Stirnseite einer Hülse 10a einer Basisplatte 10 verläuft. Das feststehende Lagerbauteil 16 weist dabei eine Aussparung 16b auf und die Basisplatte 10 weist einen radial verlaufenden Abschnitt 10b auf, der in die Aussparung 16b des feststehenden Lagerbauteils 16 eingreift. Der radial verlaufenden Abschnitt 10b der Basisplatte 10 bildet somit einen axialen Anschlag für das feststehende Lagerbauteil 16. Desweiteren weist das feststehende Lagerbauteil 16 einen radial verlaufenden Abschnitt 16a auf, der ebenfalls als axialer Anschlag dient. Das feststehende Lagerbauteil 16 ist mittels des elektrisch leitfähigen Klebstoffs 56 mit der Basisplatte 10 elektrisch leitend verbunden.
Als axialer Anschlag können also entweder der radial verlaufende Abschnitt der Basisplatte oder der radial verlaufende Abschnitt des feststehenden Lagerbauteils oder beide gemeinsam (wie in 6 dargestellt) dienen.
Die 7 und 8 zeigen eine zweite Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Spindelmotors in zwei unterschiedlichen Varianten. Die Spindelmotoren gemäß den 7 und 8 unterscheiden sich hauptsächlich in der Verbindung zwischen Basisplatte, Welle und feststehendem Lagerbauteil sowie in der Ausgestaltung des Klebespalts bzw. Fügespalts. Insbesondere weist die Welle 112 keinen angeformten Flansch auf.
Der in 7 dargestellt Spindelmotor umfasst eine Basisplatte 110, die eine im Wesentlichen zentrale zylindrische Öffnung aufweist, in welcher ein feststehendes Lagerbauteil 116 aufgenommen ist. Das feststehende Lagerbauteil 116 ist im Querschnitt etwa becherförmig ausgebildet und umfasst eine zentrale Öffnung, in welcher eine Welle 112 befestigt ist. An dem freien Ende der feststehenden Welle 112 ist ein ringförmiges Stopperbauteil 118 angeordnet, das vorzugsweise einteilig mit der Welle 112 ausgebildet ist. Die genannten Bauteile 110, 112, 116 und 118 bilden das feststehende Lagerbauteil des Spindelmotors. Die Welle 112 weist an ihrem oberen Ende eine Gewindebohrung (nicht dargestellt) zur Befestigung an einem Gehäusedeckel des Spindelmotors bzw. des Festplattenlaufwerks auf.
Das feststehende Lagerbauteil 116 ist in einer Öffnung der Basisplatte 110 befestigt. Die Basisplatte 110 weist hierfür einen senkrecht zur Rotationsachse 140 verlaufenden Abschnitt 110b auf, der in eine entsprechende Aussparung 116b des feststehenden Lagerbauteils 116 eingreift. Das feststehende Lagerbauteil 116 liegt also teilweise auf der Basisplatte 110 auf. Dadurch ist das feststehende Lagerbauteil 116 exakt parallel zur Basisplatte 110 ausgerichtet.
Die jeweils in axialer Richtung verlaufenden äußeren Umfangsflächen des feststehenden Lagerbauteils 116 und die inneren Umfangsflächen der Basisplatte 110 bilden Fügeflächen einer Fügeverbindung zwischen diesen beiden Bauteilen. Die Fügeverbindung kann als Spielpassung, Übergangspassung oder Presspassung ausgebildet sein.
Vorzugsweise bildet ein axial verlaufender Abschnitt des Fügespaltes, der auf einem größeren Durchmesser angeordnet ist, einen Klebespalt 654, in welchen ein Klebstoff 152 eingebracht ist, der die Festigkeit der Verbindung zwischen dem feststehenden Bauteil 116 und der Basisplatte 110 zusätzlich erhöht.
Beispielsweise kann in dem Abschnitt des axial verlaufenden Fügespalts, der auf einem kleineren Durchmesser angeordnet ist, eine leichte Presspassung 158 der beiden Bauteile vorgesehen sein. Durch die leichte Presspassung in diesem Abschnitt der Fügeverbindung wird eine gute Konzentrizität zwischen der Längsmittelachse des feststehenden Lagerbauteils 116 und der Bohrung der Basisplatte 110 erreicht.
Im Bereich des Klebespaltes 654 kann dagegen eine Spielpassung oder Übergangspassung vorgesehen sein. Der Klebespalt 654 kann zu seiner oberen Öffnung hin einen verbreiterten Abschnitt 654a aufweisen, der die Verwendung einer größeren Menge an Klebstoff ermöglicht.
Zwischen der Basisplatte 110 und dem feststehenden Bauteil 116 kann ein leitfähiger Klebstoff 156 vorgesehen sein, der die beiden Bauteile elektrisch leitend miteinander verbindet.
Durch die Auflageflächen der Basisplatte 110 und des feststehenden Bauteils 116 im radial verlaufenden Abschnitt des Fügespaltes ergibt sich eine besonders gute Parallelität der beiden Bauteile, während im nach oben sich erstreckenden, axial verlaufenden Klebespalt 654 die Klebeverbindung vorgesehen ist. Desweiteren ist durch die Stufe im Fügespalt eine längere Verbindungslänge zwischen den beiden Bauteilen gegeben.
Das fluiddynamische Lagersystem umfasst ein Rotorbauteil 114 mit einer einteilig ausgebildeten Lagerbuchse 114a, die in einem durch die Welle 112 und die beiden Bauteile 116, 118 gebildeten Zwischenraum relativ zu diesen Bauteilen drehbar angeordnet ist. Das Stopperbauteil 118 ist in einer ringförmigen Aussparung der Lagerbuchse 114a angeordnet. Aneinander angrenzende Flächen der Welle 112 und der beiden Lagerbauteile 116, 118 sowie der Lagerbuchse 114a sind durch einen beidseitig offenen Lagerspalt 120 voneinander getrennt, der mit einem Lagerfluid, beispielsweise einem Lageröl, gefüllt ist.
Das elektromagnetische Antriebssystem des Spindelmotors wird in bekannter Weise gebildet durch eine an der Basisplatte 110 angeordnete Statoranordnung 142 und einem die Statoranordnung 142 in einem Abstand konzentrisch umgebenden, ringförmigen Permanentmagneten 144, der an einer inneren Umfangsfläche des Rotorbauteils 114 angeordnet ist.
Die am Rotorbauteil 114 angeordnete Lagerbuchse 114a hat eine zylindrische Bohrung, an deren Innenumfang zwei zylindrische Radiallagerflächen ausgebildet sind, welche durch einen dazwischen liegenden Separatorspalt 126 getrennt sind. Die Lagerflächen umschließen die stehende Welle 112 in einem Abstand von wenigen Mikrometern unter Bildung eines axial verlaufenden Abschnitts des Lagerspalts 120 und bilden mit jeweils gegenüberliegenden Lagerflächen der Welle 112 zwei fluiddynamische Radiallager 122, 124, die mit sinus- oder parabelförmigen Lagerrillenstrukturen 122a, 124a versehen sind.
An den axial verlaufenden Abschnitt des Lagerspalts beim unteren Radiallager 124 schließt sich ein radial verlaufender Abschnitt des Lagerspalts 120 an, der durch radial verlaufende Lagerflächen der Lagerbuchse 114a und entsprechend gegenüber liegende Lagerflächen des feststehenden Lagerbauteiles 116 gebildet wird. Diese Lagerflächen sind als zur Rotationsachse 140 senkrechte Kreisringe ausgebildet und bilden ein fluiddynamisches Axiallager 128. Das fluiddynamische Axiallager 128 ist in bekannter Weise durch beispielsweise spiralförmige Lagerrillenstrukturen gekennzeichnet, die entweder auf der Stirnseite der Lagerbuchse 114a, dem feststehenden Lagerbauteil 116 oder beiden Bauteilen angeordnet sein können. In vorteilhafter Weise sind alle für die Radiallager 122, 124 und das Axiallager 128 notwendigen Lagerrillenstrukturen an Lagerflächen der Lagerbuchse 114a angeordnet, was die Herstellung des Lagers insbesondere der Welle 112 und des feststehenden Lagerbauteils 116 vereinfacht.
Bevorzugt verlaufen die Lagerrillen des Axiallagers 128 ohne Unterbrechung innerhalb der Lagerbuchse 114a in radialer Richtung vom Bohrungsdurchmesser für die Aufnahme der Welle 112 bis zum Außenumfang der Lagerbuchse 114a. Die Spaltbreite des radial verlaufenden Abschnitt des Lagerspalts 120 im Bereich des Axiallagers 128 beträgt beispielsweise 10 Mikrometer, während sich in einem radial außen liegenden Bereich der Lagerspalt 120 in einen breiteren Spalt aufweitet, in den eine untere zweite Öffnung eines Rezirkulationskanals 130 mündet.
Da der Spindelmotor nur ein einziges fluiddynamisches Axiallager 128 aufweist, das auf das Rotorbauteil 114 eine Kraft in Richtung des Stopperbauteils 118 erzeugt, muss eine entsprechende Gegenkraft oder Vorspannkraft am beweglichen Lagerteil vorgesehen werden, die das Lagersystem axial im Gleichgewicht hält. Hierzu ist an der Basisplatte 110 ein ferromagnetischer Ring 146 angeordnet, der dem Rotormagneten 144 axial gegenüberliegt und von diesem magnetisch angezogen wird. Diese magnetische Anziehungskraft wirkt entgegen der Kraft des Axiallagers 128 und hält das Lager axial stabil. Alternativ oder zusätzlich zu dieser Lösung können die Statoranordnung 142 und der Rotormagnet 144 axial zueinander versetzt angeordnet werden, und zwar so, dass die magnetische Mitte des Rotormagneten 144 axial weiter entfernt von der Basisplatte 110 angeordnet ist als die Mitte der Statoranordnung 142. Auch dadurch wird durch das Magnetsystem des Motors eine axiale Kraft aufgebaut, die entgegengesetzt zum Axiallager 128 wirkt.
An den radial verlaufenden Abschnitt des Lagerspalts 120 schließt sich ein sich konisch öffnender, nahezu axial verlaufender, anteilig mit Lagerfluid gefüllter Dichtungsspalt 134 an. Der Dichtungsspalt 134 ist durch eine äußere Umfangsfläche der Lagerbuchse 114a und eine innere Umfangsfläche des feststehenden Lagerbauteils 116 begrenzt und dichtet das offene Ende des Lagerspalts 120 ab. Neben der Funktion als kapillare Dichtung dient der Dichtungsspalt 134 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 134 bildenden Flächen an der Lagerbuchse 114a und des feststehenden Lagerbauteils 116 können jeweils relativ zur Rotationsachse 140 nach innen geneigt sein. Dadurch wird das Lagerfluid bei einer Drehung des Lagers aufgrund der Fliehkraft nach innen in Richtung des Lagerspalts 120 gedrückt.
An der anderen Seite des Lagersystems ist die Lagerbuchse 114a im Anschluss an das obere Radiallager 122 so gestaltet, dass sie eine im Wesentlichen radial verlaufende Fläche ausbildet, die mit einer entsprechend gegenüberliegenden Fläche des Stopperbauteils 118 einen radial verlaufenden Spalt bildet, der den Lagerspalt 120 mit einem axial verlaufenden Dichtungsspalt 136 verbindet. Der Dichtungsspalt 136 dichtet das fluiddynamische Lagersystem an diesem Ende ab und ist durch einander gegenüberliegende Oberflächen der Lagerbuchse 114a und des Stopperbauteils 118 begrenzt. Der Dichtungsspalt 136 verläuft parallel zu der Rotationsachse 140 und weitet sich in Richtung seines äußeren Endes mit vorzugsweise konischem Querschnitt auf. Entlang des Dichtungsspalts 136 ist vorzugsweise eine dynamische Pumpdichtung 138 angeordnet, die Rillenstrukturen 138a umfasst, welche bei Drehung des Lagers eine Pumpwirkung auf das im Dichtungsspalt 136 befindliche Lagerfluid in Richtung des Lagerspalts 120 ausüben. Die Rillenstrukturen 138a der Pumpdichtung 138 können sowohl auf der Oberfläche der Lagerbuchse 114a als auch des Stopperbauteils 118 als auch beiden Oberflächen angeordnet sein.
Der Dichtungsspalt 136 ist vorzugsweise von einer ringförmigen Abdeckung 132 abgedeckt, die beispielsweise an einem Rand der Lagerbuchse 114a gehalten und dort beispielsweise angeklebt ist. Der innere Rand der Abdeckung 132 kann zusammen mit dem Außenumfang der Welle 112 eine Spaltdichtung 148 ausbilden. Dies stellt eine zusätzliche Sicherheit gegen ein Austreten von Lagerfluid aus dem Dichtungsspalt 136 dar.
Der Rezirkulationskanal 130 ist in der Lagerbuchse 114a angeordnet und verläuft ausgehend vom radial verlaufenden Spalt zwischen dem Lagerspalt 120 und dem Dichtungsspalt 136 axial nach unten und schräg radial nach außen längs durch die Lagerbuchse 114a, wobei er im radial äußeren Bereich des Axiallagers 128 in den radial verlaufenden Abschnitt des Lagerspalts 120 mündet. Der Rezirkulationskanal 130 ist vorzugsweise in einen Winkel zwischen 3 Grad und 20 Grad relativ zur Rotationsachse 140 geneigt, wobei die erste obere Öffnung des Rezirkulationskanals 130 im Bereich des radial verlaufenden Spalts einen geringeren Abstand zur Rotationsachse 140 aufweist als die zweite untere Öffnung des Rezirkulationskanals 130, welche in den radial verlaufenden Abschnitt des Lagerspalts 120 mündet.
8 zeigt eine abgewandelte Ausgestaltung des Spindelmotors von 7, wobei insbesondere die Ausgestaltung der Basisplatte 210 und die Ausgestaltung des feststehenden Lagerbauteils 216 sich von dem in 7 dargestellten Spindelmotor unterscheiden.
Das feststehende Lagerbauteil 216 ist als ringförmiges Einsatzteil ausgebildet, welches mit einem zylindrischen Abschnitt in einer Bohrung der Basisplatte 210 befestigt ist. Die Basisplatte 210 greift mit einem radial verlaufenden Abschnitt 210b in eine entsprechende Aussparung 216b des feststehenden Bauteils 216 ein, so dass das feststehende Bauteil auf einer gegenüberliegenden radial verlaufenden Auflagefläche der Basisplatte 210 aufliegt.
Die axialen verlaufenden Abschnitte des Fügespaltes können als eine leichte Presspassung ausgebildet sein, so dass das feststehende Lagerbauteil 216 in der Öffnung der Basisplatte 210 zentriert wird.
In dieser Ausgestaltung der Erfindung wird der Dichtungsspalt 234 durch eine innere Umfangsfläche eines Randes der Basisplatte 210 und eine äußere Umfangsfläche der Lagerbuchse 114a begrenzt. Das feststehende Lagerbauteil 216 bildet hierbei nur noch den Boden des Dichtungsspaltes 234 im Übergang zwischen dem radial verlaufenden Abschnitt des Lagerspaltes 120 und dem Dichtungsspalt 234.
Zwischen der Basisplatte 210 und dem feststehenden Bauteil 216 kann leitfähiger Klebstoff 156 vorgesehen sein, der die beiden Bauteile elektrisch leitend miteinander verbindet.
Bezugszeichenliste

10,: 110, 210 Basisplatte
10a: Hülse der Basisplatte
10b, 110b, 210b: radial verlaufender Abschnitt der Basisplatte
12, 112: Welle
12a: Flansch
13: Schweißnaht
14, 114: Rotorbauteil
14a, 114a: Lagerbuchse
16, 116, 216: Lagerbauteil
16a: radial verlaufender Abschnitt des Lagerbauteils
16b, 116b, 216b: Aussparung
18, 118: Stopperbauteil
20, 120: Lagerspalt
22, 122: Radiallager
22a, 122a: Lagerrillenstrukturen
24, 124: Radiallager
24a, 124a: Lagerrillenstrukturen
26, 126: Separatorspalt
28, 128: Axiallager
30, 130: Rezirkulationskanal
32, 132: Abdeckung
34, 134, 234: Dichtungsspalt
36, 136: Dichtungsspalt
38, 138: Pumpdichtung
38a, 138a: Pumprillenstrukturen
40, 140: Drehachse
42, 142: Statoranordnung
44, 144: Rotormagnet
46, 146: Zugring
48, 148: Spaltdichtung
50, 150: Freiraum
52, 152: Klebstoff
54, 154, 254, 354: Klebespalt
454, 554, 654: Klebespalt
54a, 154a, 254a: verbreiterter Abschnitt des Klebespalts
354a, 554a, 654a: verbreiterter Abschnitt des Klebespalts
54b, 254b,: radialer Abschnitt des Klebespalts
354b, 454b, 554b: radialer Abschnitt des Klebespalts
56, 156: leitfähiger Klebstoff
158, 258: Presspassung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102012005221 A1 [0003]
DE 102009041531 A1 [0010]
US 2014/0009021 A1 [0011]

Claims

Spindelmotor mit einer Basisplatte (10, 110, 210) und mit einem feststehenden Lagerbauteil (16, 116, 216) eines fluiddynamischen Lagers, das mit der Basisplatte (10, 110, 210) mittels einer Klebeverbindung verbunden ist, wobei zwischen der Basisplatte (10, 110, 210) und dem feststehenden Lagerbauteil (16, 116, 216) ein Klebespalt (54, 154, 254, 354, 454, 554, 654) zur Aufnahme des Klebstoffes der Klebeverbindung gebildet ist, wobei der Klebespalt (54, 154, 254, 354, 454, 554, 654) wenigstens an einem Ende einen verbreiterten Abschnitt (54a, 154a, 254a, 354a, 554a, 654a) aufweist, der zumindest teilweise mit Klebstoff (52, 152) gefüllt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das feststehende Lagerbauteil (16; 116; 216) mittels eines elektrisch leitfähigen Klebstoffs (56, 156) mit der Basisplatte (10, 110, 210) elektrisch leitend verbunden ist.
Spindelmotor mit einer Basisplatte (10, 110, 210) und mit einem feststehenden Lagerbauteil (16, 116, 216) eines fluiddynamischen Lagers, das mit der Basisplatte (10, 110, 210) mittels einer Klebeverbindung verbunden ist, wobei zwischen der Basisplatte (10, 110, 210) und dem feststehenden Lagerbauteil (16, 116, 216) ein Klebespalt (54, 254, 354, 454, 554) zur Aufnahme des Klebstoffes der Klebeverbindung gebildet ist, wobei der Klebespalt (54, 254, 354, 454, 554) mindestens einen Abschnitt (54b, 254b, 354b, 454b, 554b) aufweist, der quer zur Drehachse (40) des Spindelmotors angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das feststehende Lagerbauteil (16; 116) mittels eines elektrisch leitfähigen Klebstoffs (56) mit der Basisplatte (10, 110) elektrisch leitend verbunden ist.
Spindelmotor nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Klebespalt (54, 154, 254, 354, 454, 554, 654) mindestens einen Abschnitt aufweist, der parallel zur Drehachse (40, 140) des Spindelmotors angeordnet ist.
Spindelmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der verbreiterte Abschnitt (54a, 254a, 654a) des Klebespalts (54, 254, 654) durch eine schräg zur Drehachse (40, 140) verlaufende Fläche der Basisplatte (10, 110) und/oder des feststehenden Lagerbauteils (16, 116) begrenzt ist.
Spindelmotor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die schräg verlaufende Fläche des verbreiterten Abschnitts (54a, 254a, 654a) des Klebespalts (54, 254, 654) einen Öffnungswinkel zwischen 5° und 60° in Bezug auf die Drehachse (40, 140) des Spindelmotors aufweist.
Spindelmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der verbreiterte Abschnitt (154a, 354a, 554a) des Klebespalts (154, 354, 554) durch eine umlaufende, im Querschnitt rechteckige Aussparung in der Basisplatte (10) oder im feststehenden Lagerbauteil (16) oder beiden Bauteilen (10, 16) begrenzt ist.
Spindelmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Spaltbreite des Klebespalts (54, 154, 254, 354, 454, 554, 654) zwischen 5 und 10 Mikrometer beträgt.
Spindelmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der verbreiterte Abschnitt (54a, 154a, 254a, 354a, 554a, 654s) des Klebespalts (54, 154, 254, 354, 554, 654) eine maximale Spaltbreite aufweist, die zwischen 5 mal bis 100 mal größer ist als die Spaltbreite des restlichen Klebespalts.
Spindelmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass in dem verbreiterten Abschnitt (54a, 154a, 254a, 354a, 554a, 654a) des Klebespaltes (54, 154, 254, 354, 554, 654) und im restlichen Klebespalt jeweils unterschiedliche Klebstoffe angeordnet sind.
Spindelmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Klebstoff im verbreiterten Abschnitt (54a, 154a, 254a, 354a, 554a, 654a) des Klebespalts (54, 154, 254, 354, 554, 654) eine höhere Bruchdehnung aufweist als der Klebstoff im restlichen Klebespalt.
Spindelmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Klebespalt (54, 154, 254, 354, 454, 554, 654) an beiden Enden jeweils einen verbreiterten Abschnitt aufweist.
Spindelmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das feststehende Lagerbauteil (16, 116, 216) mittels einer Übergangspassung oder einer Presspassung in einer Öffnung der Basisplatte (10, 110, 210) angeordnet ist.
Spindelmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein radial verlaufender Abschnitt (16a) des Lagerbauteils (16) einer Stirnseite einer Hülse (10a) der Basisplatte (10) gegenüber liegt und als axialer Anschlag dient.
Spindelmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Basisplatte (10, 110, 210) eine Stufe mit einer Auflagefläche (10b, 110b, 210b) aufweist, wobei das feststehende Lagerbauteil (16, 116, 216) mit einer zugeordneten Auflagefläche (16b, 116b, 210b) auf der Auflagefläche der Basisplatte (10, 110, 210) aufliegt.
Spindelmotor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Auflagefläche (10b, 110b, 210b) der Basisplatte (10, 110, 210) durch eine Stufe gebildet ist und senkrecht zur Drehachse (40, 140) des Spindelmotors ausgerichtet ist.
Spindelmotor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Auflagefläche (16b, 116b, 216b) des feststehenden Lagerbauteils (16, 116, 216) durch eine Stufe gebildet ist und senkrecht zur Drehachse (40, 140) des Spindelmotors ausgerichtet ist.
Spindelmotor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das feststehende Lagerbauteil (16, 116, 210) und die Basisplatte (10, 110, 210) mittels einer Fügeverbindung miteinander verbunden sind.
Spindelmotor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das feststehende Lagerbauteil (16, 116, 216) und die Basisplatte (10, 110, 210) jeweils zylindrische Fügeflächen aufweisen, die mittels Spielpassung oder Übergangspassung oder Presspassung miteinander verbunden sind.
Spindelmotor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des feststehenden Lagerbauteils (16, 116) ein teilweise mit Lagerfluid gefüllter Dichtungsspalt (34, 134) angeordnet ist, der sich an den Lagerspalt (20, 120) anschließt, wobei der Dichtungsspalt (34, 134) durch Oberflächen des Rotorbauteils (14, 114) und Oberflächen des feststehenden Lagerbauteils (16, 116) begrenzt ist.
Spindelmotor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des feststehenden Lagerbauteils (216) ein teilweise mit Lagerfluid gefüllter Dichtungsspalt (234) angeordnet ist, der sich an den Lagerspalt (120) anschließt, wobei der Dichtungsspalt (234) durch Oberflächen des Rotorbauteils (114) und Oberflächen der Basisplatte (210) begrenzt ist.