DE102015013029A1

DE102015013029A1 - Spindelmotor

Info

Publication number: DE102015013029A1
Application number: DE102015013029.3A
Authority: DE
Inventors: Markus Löhr
Original assignee: Minebea Co Ltd
Current assignee: MinebeaMitsumi Inc
Priority date: 2015-10-09
Filing date: 2015-10-09
Publication date: 2017-04-13

Abstract

Die Erfindung betrifft einen reinigungsoptimierten Spindelmotor mit einem feststehenden Motorbauteil und einem rotierenden Motorbauteil, die mittels eines fluiddynamischen Lagersystems relativ zueinander drehbar gelagert sind, wobei das fluiddynamische Lagersystem mindestens einen mit einem Lagerfluid gefüllten Lagerspalt aufweist, der durch mindestens einen Dichtungsspalt abgedichtet ist, wobei der Spindelmotor für einen Reinigungsvorgang mit einem unter Druck applizierten Reinigungsmedium ausgebildet ist.
Erfindungsgemäß sind ein oder mehrere Motorbauteile derart ausgebildet oder es ist ein zusätzliches Bauteil vorgesehen und derart an einem Motorbauteil angeordnet, derart dass das Reinigungsmedium nicht direkt in die Öffnung des Dichtungsspalts oder eines mit dem Dichtungsspalt verbundenen Verbindungsspalts eindringen kann.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen Spindelmotor mit fluiddynamischem Lagersystem gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1, und insbesondere einen reinigungsoptimierten Spindelmotor.
Stand der Technik
Spindelmotoren mit fluiddynamischem Lagersystem werden beispielsweise zum Antrieb von Festplattenlaufwerken und Lüftern eingesetzt und umfassen ein feststehendes Motorbauteil und ein rotierendes Motorbauteil, die mittels des fluiddynamischen Lagersystems relativ zueinander drehbar gelagert sind. Das fluiddynamische Lagersystem weist einen mit einem Lagerfluid gefüllten Lagerspalt auf, der durch mindestens einen Dichtungsspalt abgedichtet ist, wobei der Dichtungsspalt eine Öffnung aufweist, die direkt oder indirekt mit der Umgebungsatmosphäre verbunden ist. Ein fluiddynamisches Lagersystem kann fluiddynamische Radiallager, fluiddynamische Axiallager sowie fluiddynamische konische Lager umfassen. Während bei Radiallagern die Lagerfläche parallel und bei Axiallagern die Lagerfläche senkrecht zu einer Rotationsachse ausgerichtet ist, ist bei konischen Lagern die Lagerfläche schräg zur Rotationsachse ausgerichtet. Dadurch können konische Lager Kräfte nicht nur in radiale oder axiale Richtung aufnehmen, sondern in beide Richtungen gleichzeitig.
Die DE 10 US 8,144,423 B2 offenbart Spindelmotoren mit verschiedenen Arten von fluiddynamischen Lagern. Die 1, 2 und 4 zeigen fluiddynamische Lager mit fluiddynamischen Radiallager und Axiallager, während in 3 ein fluiddynamisches konisches Lager dargestellt ist. Die hier gezeigten fluiddynamischen Lagersysteme haben alle einen mit einem Lagerfluid gefüllten Lagerspalt, der durch mindestens einen kapillaren Dichtungsspalt abgedichtet ist, wobei der Dichtungsspalt eine Öffnung aufweist, die direkt oder indirekt mit der Umgebungsatmosphäre verbunden ist.
Nachdem der Spindelmotor fertig montiert ist, wird dieser sorgfältig gereinigt, um insbesondere feinste Metallpartikel, sonstige Partikel oder anderweitige Kontaminationen wie Öl oder Fett zu entfernen, die bei der Montage durch Abrieb an den Motorbauteilen entstehend können. Die Reinigung erfolgt mittels eines gasförmigen, flüssigen oder festen Reinigungsmediums, beispielsweise mittels eines Druckluftstrahlverfahrens, durch Trockeneisstrahlen oder CO₂-Schneestrahlen, bei dem als Strahlmittel flüssiges Kohlenstoffdioxid eingesetzt wird.
Bei der Reinigung muss vermieden werden, dass das Reinigungsmedium in bestimme Spaltöffnungen des Spindelmotors eindringt, welche direkt oder indirekt mit den Dichtungsspalten des Lagerspalts verbunden sind. Es besteht ansonsten die Gefahr, dass sich zwischen den Enden des Lagerspalts bzw. der den Lagerspalt abdichten kapillaren Dichtungsspalte große Druckunterschiede bilden, die das Lagerfluid aus dem Lagerspalt herausbefördern und das Lager unbrauchbar machen. Um solche Druckunterschiede zu vermeiden, wird der Reinigungsvorgang bisher sehr vorsichtig durchgeführt, wobei kritische Bereiche und Spaltöffnungen manuell abgedeckt oder abgeklebt werden müssen. Dieses Abdecken oder Abkleben bedeutet einen zusätzlichen Zeit- und Materialaufwand während der Fertigung und mindert die Reinigungswirkung.
Offenbarung der Erfindung.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, einen Spindelmotor anzugeben, der derart optimiert ist, dass er weniger empfindlich gegen die oben beschriebenen Reinigungsvorgänge ist, so dass die Gefahr eines Austretens von Lagerfluid aus dem Lagerspalt verringert wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Spindelmotor mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Der reinigungsoptimierte Spindelmotor umfasst ein feststehendes Motorbauteil und ein rotierendes Motorbauteil, die mittels eines fluiddynamischen Lagersystems relativ zueinander drehbar gelagert sind, wobei das fluiddynamische Lagersystem einen mit einem Lagerfluid gefüllten Lagerspalt aufweist, der durch mindestens einen Dichtungsspalt abgedichtet ist. Der Spindelmotor ist für einen Reinigungsvorgang mit einem unter Druck applizierten Reinigungsmedium ausgebildet. Erfindungsgemäß sind ein oder mehrere vorhandenen Motorbauteile derart ausgebildet oder es ist ein zusätzliches Bauteil vorgesehen und derart an einem vorhandenen Motorbauteil angeordnet, dass das Reinigungsmedium nicht direkt in die Öffnung des Dichtungsspalts oder eines mit dem Dichtungsspalt verbundenen Verbindungsspalt eindringen kann.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die Motorbauteile oder das zusätzliche Bauteil derart ausgebildet, dass das Reinigungsmedium gezielt von der Öffnung des Dichtungsspaltes oder des Verbindungsspaltes abgelenkt wird.
Ein solches strömungsgünstiges Design der Motorbauteile ist insbesondere wichtig, weil durch das strömende Reinigungsmedium ein sogenannter Venturi-Effekt auftreten kann, und dadurch im Bereich des Spaltes ein Unterdruck entstehen kann, der ebenfalls das Lagerfluid aus dem Lagerspalt hinaus befördern kann.
Durch eine gezielte Ablenkung des Reinigungsmediums von der Spaltöffnung kann ein solches Auftreten eines Unterdrucks und auch direktes Eindringen des Reinigungsmediums in den Spalt verhindert werden.
Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Spindelmotors wird das Eindringen des Reinigungsmediums in den Bereich des Dichtungsspaltes bzw. Lagerspaltes verhindert oder zumindest soweit reduziert, dass die Gefahr von Austreten von Lagerfluid aus dem Lagerspalt auf Grund von großen Druckunterschieden an den offenen Enden des Lagerspalts bzw. der Dichtungsspalte verhindert wird.
Insbesondere sind die Motorbauteile oder das zusätzliche Bauteil derart ausgebildet, dass die Öffnung des Dichtungsspaltes oder des Verbindungsspaltes zumindest teilweise überdeckt wird.
Wenn ein zusätzliches Bauteil zur Abdeckung der Spaltöffnung verwendet wird, so kann dieses in einer ersten bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung als starres Bauteil, beispielsweise aus Metall oder Kunststoff oder einem anderen harten Werkstoff, ausgebildet sein.
Dieses starre zusätzliche Bauteil wird dann derart mit einem geeigneten Motorbauteil verbunden, dass die erfindungsgemäße Funktion der Abdeckung der Spalten bzw. Ablenkung des strömenden Reinigungsmediums erfüllt ist.
Die Motorbauteile oder das zusätzliche Bauteil können in einer anderen Ausgestaltung der Erfindung derart ausgebildet sein, dass sie eine Labyrinthdichtung ausbilden, Welche die Öffnung des Dichtungsspaltes oder des Verbindungsspaltes gegenüber dem Reinigungsmedium zumindest teilweise verschließt.
Eine solche Labyrinthdichtung kann ein Eindringen von Reinigungsmedium in den Spalt zuverlässig verhindern bzw. derart reduzieren, dass kein gefährlicher Überdruck oder Unterdruck entstehen kann.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann das zusätzliche Bauteil flexibel ausgebildet sein und derart an dem Spindelmotor befestigt werden, dass es nur bei Beaufschlagung mit dem Reinigungsmedium die Öffnung des Dichtungsspaltes oder des Verbindungsspaltes überdeckt oder zumindest teilweise verschließt.
Andererseits kann das zusätzliche flexible Bauteil derart ausgebildet sein, dass es nur während der Beaufschlagung mit dem Reinigungsmedium dieses von der Öffnung des Dichtungsspaltes oder des Verbindungsspaltes ablenkt.
Als weitere bevorzuge Ausgestaltung der Erfindung kann das zusätzliche Bauteil als Schutzkappe ausgebildet sein, die zusammen mit dem Spindelmotor einen Hohlraum ausbildet, wobei der Hohlraum über eine Entlüftungsleitung entlüftet wird.
Das zusätzliche Bauteil kann entweder permanent am Spindelmotor bzw. einem Motorbauteil befestigt sein oder es kann auch nur während der Montage bzw. während des Reinigungsvorganges am Spindelmotor befestigt und dann wieder entfernt werden.
Als Reinigungsmedium kann ein gasförmiges und/oder flüssiges und/oder festes Reinigungsmedium verwendet werden, dass unter Druck auf die Flächen des Spindelmotors aufgebracht wird.
Hierbei werden bekannte Reinigungsverfahren, wie beispielsweise Druckluftstrahlverfahren, Trockeneisstrahlen oder CO₂-Schneestrahlen, bevorzugt.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand mehrerer bevorzugter Ausführungsbeispiele mit Bezugnahme auf die Zeichnungsfiguren näher beschrieben. Hierbei ergeben sich weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt einen Schnitt durch einen Spindelmotor mit einem fluiddynamischen konischen Lagersystem des Stands der Technik.
2 zeigt eine Detailansicht des Spindelmotors von 1 im Bereich des Außendurchmessers des Rotorbauteils.
3 zeigt eine erste abgewandelte Detailansicht gemäß 2 mit erfindungsgemäß ausgebildeten Motorkomponenten.
4 zeigt eine zweite abgewandelte Detailansicht gemäß 2 mit erfindungsgemäß ausgebildeten Motorkomponenten.
5 zeigt eine dritte abgewandelte Detailansicht gemäß 2 mit erfindungsgemäß ausgebildeten Motorkomponenten.
6 zeigt eine vierte abgewandelte Detailansicht gemäß 2 mit erfindungsgemäß ausgebildeten Motorkomponenten.
7 zeigt eine fünfte abgewandelte Detailansicht gemäß 2 mit einem flexiblen Bauteil.
8 zeigt eine Detailansicht des Spindelmotors von 1 im Bereich des oberen konischen Lagers.
9 zeigt eine erste abgewandelte Detailansicht gemäß 8 mit einem zusätzlichen Bauteil.
10 zeigt eine zweite abgewandelte Detailansicht gemäß 8 mit einem zusätzlichen Bauteil.
11 zeigt eine dritte abgewandelte Detailansicht gemäß 8 mit einem zusätzlichen Bauteil.
12 zeigt eine vierte abgewandelte Detailansicht gemäß 8 mit einem zusätzlichen flexiblen Bauteil.
13 zeigt eine fünfte abgewandelte Detailansicht gemäß 8 mit einem zusätzlichen flexiblen Bauteil.
14 zeigt eine sechste abgewandelte Detailansicht gemäß 8 mit einem zusätzlichen flexiblen Bauteil.
15 zeigt eine Ausgestaltung der Erfindung gemäß 8 mit einer Schutzkappe zur teilweisen Abdeckung des Spindelmotors.
Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung
1 zeigt einen Schnitt durch einen Spindelmotor mit einem fluiddynamischen Lagersystem, das zwei konische Lager 22, 122 mit im Wesentlichen identischem Aufbau umfasst.
Der Spindelmotor umfasst eine Basisplatte 10 als tragende Struktur, die eine Bohrung umfasst, in welcher eine feststehende Welle 12 angeordnet ist. Die Welle 12 bildet zusammen mit der Basisplatte 10 und zwei konusförmigen Lagerbauteilen 16, 116 das feststehende Bauteil des Lagersystems. Die konusförmigen Lagerbauteile 16, 116 sind in einem axialen Abstand zueinander an der Welle 12 angeordnet und mit dieser fest verbunden. Die konusförmigen Lagerbauteile 16, 116 haben einander zugewandte, in einem spitzen Winkel in Bezug auf eine Drehachse 14 verlaufende konische Lagerflächen. Dem ersten konusförmigen Lagerbauteil 16 ist eine Lagerbuchse 18 zugeordnet. Die Lagerbuchse 18 weist eine Lagerbohrung mit einem zylindrischen Abschnitt sowie einem oberen konischen Abschnitt mit einer konischen Lagerfläche auf, die durch einen mit einem Lagerfluid gefüllten ersten Lagerspalt 20 von der konischen Lagerfläche des konusförmigen Lagerbauteils 16 getrennt ist. Die konischen Lagerflächen der Lagerbauteils 16 und der Lagerbuchse 18 bilden ein erstes konisches fluiddynamisches Lager 22. Im Bereich der konischen Lagerflächen verläuft der Lagerspalt 20 schräg zur Drehachse, und an den schrägen Abschnitt schließt sich ein parallel zur Drehachse 14 verlaufender Abschnitt des Lagerspalts 20 an. Innerhalb des konusförmigen Lagerbauteils 16 verläuft eine Rezirkulation 23, die für einen Druckausgleich innerhalb des konischen fluiddynamischen Lagers 22 sorgt. Die Rezirkulation 23 verläuft zunächst parallel zur Welle 12 in einer Aussparung in dem konischen Lagerbauteil 16, knickt dann um weniger als 90° – beispielsweise 70° – ab und mündet in einen Dichtungsspalt 24, der ein erstes offenes Ende des Lagerspalts 20 abdichtet.
Der Dichtungsspalt 24 wird durch eine äußere Umfangsfläche des ersten konusförmigen Lagerbauteils 16 und eine angrenzende innere Umfangsfläche der Lagerbuchse 18 begrenzt. Der Dichtungsspalt 24 ist durch eine ringförmige Abdeckkappe 26 abgedeckt. Die Abdeckkappe 26 weist einen Kragen auf, dessen Innenumfang über einen Rand der Lagerbuchse 18 gestülpt ist und dort beispielsweise mittels einer Klebeverbindung oder einer Presspassung befestigt ist. Zwischen der Inneren Umfangsfläche der Abdeckkappe 26 und der Welle ist ein enger ringförmiger Luftspalt 27 gebildet, der ein übermäßiges Entweichen von Fluiddampf aus dem Bereich des Dichtungsspalts 24 verhindert.
Der Dichtungsspalt 24 bildet mit dem Lagerspalt 20 und mit der Drehachse 14 einen spitzen Winkel aus. Der Dichtungsspalt 24 ist teilweise mit Lagerfluid gefüllt und wirkt somit als zusätzliches Fluidreservoir. Das untere Ende des Lagerspaltes 20 ist abgedichtet durch einen weiteren kapillaren Dichtungsspalt 28. Entlang des Dichtungsspalts 28 kann eine dynamische Pumpdichtung 30 angeordnet sein, indem entweder in der Oberfläche der Welle 12 und/oder der Lagerbuchse 18 im Bereich des Dichtungsspaltes 28 Pumprillenstrukturen aufgebracht sind, die bei einer Rotation der Lagerbuchse 18 eine Pumpwirkung auf das Lagerfluid in Richtung des Inneren des Lagerspalts 20 erzeugen.
Das zweite konusförmige Lagerbauteil 116 weist ebenfalls konische Lagerflächen auf, die mit der Drehachse 14 einen spitzen Winkel ausbilden. Das konusförmige Lagerbauteil 116 ist in einer unteren konusförmigen Aussparung der Lagerbuchse 18 angeordnet, die konische Lagerflächen aufweist, die durch einen zweiten Lagerspalt 120 von den konischen Lagerflächen des zweiten konusförmigen Lagerbauteils 116 getrennt sind und ein zweites konisches fluiddynamisches Lager 122 ausbilden. Innerhalb des konusförmigen Lagerbauteils 116 verläuft eine Rezirkulation 123, die für einen Druckausgleich innerhalb des konischen fluiddynamischen Lagers 122 sorgt. Die Rezirkulation ist entsprechend wie im ersten konischen Lager 22 angeordnet. Der zweite Lagerspalt 120 ist an seinen beiden offenen Enden durch einen ersten Dichtungsspalt 124 sowie durch einen zweiten Dichtungsspalt 128 mit Pumpdichtung 130 abgedichtet. Der erste Dichtungsspalt 124 wird begrenzt durch eine äußere Umfangsfläche des zweiten konusförmigen Lagerbauteils 116 und eine angrenzende innere Umfangsfläche der Lagerbuchse 18. Der Dichtungsspalt 124 ist durch eine ringförmige Abdeckkappe 126 abgedeckt. Die Abdeckkappe 126 weist einen Kragen auf, dessen Innenumfang über einen Rand der Lagerbuchse 118 gestülpt ist und dort beispielsweise mittels einer Klebeverbindung oder einer Presspassung befestigt ist. Zwischen der Inneren Umfangsfläche der Abdeckkappe 126 und der Welle 12 ist ein enger ringförmiger Luftspalt 127 gebildet, der ein übermäßiges Entweichen von Fluiddampf aus dem Bereich des Dichtungsspalts 124 verhindert. Der erste Dichtungsspalt 124 bildet mit dem Lagerspalt 120 und mit der Drehachse 14 einen spitzen Winkel aus. Der zweite Dichtungsspalt 128 mit der Pumpdichtung 130 wird gebildet zwischen aneinander angrenzenden Oberflächen der Welle 12 und der Lagerbuchse 18.
Die beiden konischen fluiddynamischen Lager 22, 122 sind durch einen Zwischenraum 32 in Form eines Ringspaltes voneinander getrennt, der zwischen der Lagerbuchse 18 und der Welle 12 gebildet ist. Der Zwischenraum 32 ist belüftet, um einen Druckausgleich herzustellen. Zur Belüftung kann die Welle 12 eine entsprechende Bohrung 34 aufweisen, die den Zwischenraum 32 mit einer Längsbohrung der Welle 12 und somit mit der Außenatmosphäre verbindet.
Die Lagerbuchse 18 ist in einer zentralen Aussparung einer Nabe 36 des Spindelmotors gehalten, beispielsweise im Presssitz, oder sie ist in die Nabe 36 eingeklebt.
Der Spindelmotor wird angetrieben durch ein elektromagnetisches Antriebssystem, das aus einer an der Basisplatte 10 befestigten Statoranordnung 38, einem der Statoranordnung 38 gegenüberliegend angeordnetem Rotormagneten 40 und einem den Rotormagneten 40 umgebenden Joch 42, das als magnetischer Rückschluss dient, besteht.
2 zeigt einen Ausschnitt des Spindelmotors von 1 im Bereich des Außendurchmessers des Rotorbauteils bzw. der Nabe 36.
Nachdem der Spindelmotor fertig montiert ist, wird er in einem Reinigungsvorgang gereinigt, wobei ein Reinigungsstrom 44, beispielsweise ein Druckluftstrom oder CO₂-Schnee, auf die Oberflächen des Spindelmotors gerichtet wird. Dadurch werden die Oberflächen des Spindelmotors von Partikeln oder anderen Kontaminationen wie Öl oder Fett gereinigt.
Zwischen den Motorbauteilen verbleiben Spalte und Spaltöffnungen, in welche das Reinigungsmedium eindringen kann.
Insbesondere verbleibt zwischen dem Außendurchmesser der Nabe 36 und einer inneren Umfangsfläche der Basisplatte 10 ein Spalt 46, der etwa parallel zum applizierten Reinigungsstrom 44 verläuft, so dass das Reinigungsmedium 44 direkt in diesen Spalt 46 eindringen kann.
Der Spalt 46 ist über einen Hohlraum, in welchem sich die Statoranordnung 38 befindet, und einen weiteren Spalt unterhalb der Abdeckkappe 126 und über den Luftspalt 127 zwischen Abdeckkappe und Welle 12 mit dem unteren Dichtungsspalt 124 des Lagersystems verbunden.
Wird der Reinigungsstrom 44 direkt in den Spalt 46 gerichtet, so entsteht im Spalt 46 ein Überdruck, der sich über dem genannten Pfad bis zum unteren Dichtungsspalt 124 fortpflanzt.
Während also im unteren Dichtungsspalt 124 ein Überdruck herrscht, herrscht im Zwischenraum 32 zwischen den beiden konischen Lagern 22, 122 im wesentlichen Umgebungsdruck.
Durch den Überdruck an der unteren Öffnung des Lagerspaltes 120 des unteren Lagers 122 besteht die Gefahr, dass das Lagerfluid aus dem Lagerspalt 120 bzw. dem Dichtungsspalt 124 in den Zwischenraum 32 austritt und zumindest das untere Lager 122 unbrauchbar macht.
3 zeigt eine erste Ausgestaltung der Erfindung mit einem gegenüber den 1 und 2 abgewandelten Design, wobei die Basisplatte 110 radial außerhalb des Spaltes 46 eine geringere axiale Höhe aufweist.
Die Nabe 136 weist einen radial nach außen gerichteten Flansch 136a auf, der nun den Spalt 46 überdeckt und teilweise mit der Basisplatte 110 überlappt.
Durch diese Maßnahme wird verhindert, dass der Reinigungsstrom 44 direkt in den Spalt 46 eindringen kann, wodurch Druckunterschiede minimiert werden können, die durch den Reinigungsstrom 44 an den offenen Enden des Lagerspalts 120 entstehen und die ein Austreten von Lagerfluid aus dem Lagerspalt 120 oder dem Dichtungsspalt 124 zur Folge hätten.
4 zeigt eine andere Ausgestaltung der Erfindung, bei der die Basisplatte 210 und die Nabe 236 derart ausgebildet sind, dass der Spalt 146 zwischen diesen Bauteilen nicht mehr in Richtung des Reinigungsstroms 44 verläuft, sondern sich radial nach außen öffnet.
Ein radial nach außen gerichteter Flansch 236a der Nabe 236 überlappt mit der Oberfläche der Basisplatte 210.
Dadurch wird verhindert, dass der Reinigungsstrom 44 direkt in den Spalt 46 eindringen und das Lager schädigen kann.
Generell ist der Spalt so zu gestalten, dass er sich nicht entgegen der Strahlrichtung des Reinigungsstrahls öffnet und dieser somit nicht direkt in den Spalt eindringen kann. Vorteilhaft ist dabei wenn Spalt und Strahlrichtung einen Winkel von 90 Grad oder kleiner einschließen.
5 zeigt eine weitere Ausgestaltung der Erfindung, wobei die Basisplatte 310 einen erhöhten Rand 310a aufweist, der von dem radial nach außen gerichteten Flansch 236a der Nabe 236 axial überdeckt wird.
Somit kann der in axialer Richtung applizierte Reinigungsstrom 44 nicht unmittelbar in den Spalt 46 zwischen der Basisplatte 310 und der Nabe 236 eindringen.
6 zeigt eine nochmals verbesserte Ausgestaltung im Vergleich zu 5, wobei in 6 ein mehrmals gefalteter Labyrinthspalt 47 ausgebildet ist, an den sich der zwischen dem Außendurchmesser der Nabe 336 und der inneren Umfangsfläche der Basisplatte 410 verlaufende Spalt 46 anschließt.
Die Basisplatte 410 weist einen umlaufenden Rand 410a auf, der in eine auf der Unterseite liegende, umlaufende Nut 336a der Nabe 336 eingreift und somit einen Labyrinthspalt 47 bildet.
Der Reinigungsstrom 44 kann zwar axial in die Öffnung des Spalts 46 eindringen, wird jedoch durch den Labyrinthspalt 47 von einem weiteren Eindringen in das Lager abgehalten. Außerdem wird durch die Drosselwirkung des Labyrinthspalts 47 der Druck am Lagerspalt 20 reduziert. Diese Wirkung verstärkt sich je länger und/oder je schmaler der Labyrinthspalt 47 ausgebildet ist.
7 zeigt nun die Anwendung der Erfindung, bei der ein zusätzliches flexibles Bauteil 48 zur Abdeckung des Spaltes 46 zwischen der Basisplatte 10 und der Nabe 36 verwendet wird.
Das zusätzliche flexible Bauteil 48 kann beispielsweise temporär auf einer Auflagefläche der Nabe 36 befestigt werden.
Wird der Reinigungsstrom 44 auf den Spalt 46 und damit auf das zusätzliche Bauteil 48 gerichtet, so wird das Bauteil 48 durch den Reinigungsstrom 44 verformt und legt sich an die Oberfläche der Basisplatte 10 an. Dadurch wird der Spalt 46 abgedeckt und im Wesentlichen verschlossen, so dass kein Reinigungsmedium 44 in den Spalt 46 eindringen kann.
Nach dem Reinigungsvorgang kann das zusätzliche ringförmige flexible Bauteil 48 entfernt werden und für den Reinigungsvorgang des nächsten Spindelmotors verwendet werden.
Das flexible Bauteil 48 kann temporär auf die Nabe 36 geklebt werden oder aber nur aufgelegt werden. Das flexible Bauteil 48 kann alternativ auf der Basisplatte 10 befestigt bzw. temporär geklebt werden.
In den 3 bis 7 ist gezeigt, dass die Oberfläche des Flansches der Nabe vorzugsweise nicht flach sondern beispielsweise gewölbt ausgebildet ist, was insbesondere den Reinigungsstrom 44 ablenkt und vor dem Eindringen in den Spalt hindert.
8 zeigt einen Ausschnitt des Spindelmotors von 1 im Bereich des oberen konischen Lagers 22.
Auch dieser Bereich wird nach der Montage des Spindelmotors mittels eines Reinigungsstroms 44 gereinigt, der vorzugsweise axial, d. h. im Wesentlichen parallel zur Rotationsachse 14 auf den Spindelmotor appliziert wird.
Hierbei besteht die Gefahr, dass der unter Druck stehende Reinigungsstrom 44 über den Luftspalt 27 in den Innenraum des Lagers im Bereich des Dichtungsspaltes 24 eindringt und dort einen Überdruck erzeugt, der das Lagerfluid aus dem Lagerspalt 20 des Lagers 22 hinausdrücken kann.
Um dies zu vermeiden, schlägt die Erfindung mehrere Lösungen vor.
9 zeigt die Ansicht von 8, wobei ein zusätzliches Bauteil 50 oberhalb der Abdeckkappe 26 vorzugsweise permanent an der Welle 12 befestigt ist.
Durch das zusätzliche Bauteil 50 wird verhindert, dass der Reinigungsstrom 44 direkt in den Luftspalt 27 und damit in das Lager eindringen kann, indem der Luftspalt 27 abgedeckt und der Reinigungsstrom 44 abgelenkt wird.
10 zeigt ein zusätzliches Bauteil 52, das auf das Ende der Welle 12 aufgesteckt bzw. aufgelegt oder aufgeklebt wird und den oberen Bereich des Lagers, insbesondere den Spalt 27, wirkungsvoll abdeckt und den Reinigungsstrom 44 von diesem Bereich ablenkt. Das zusätzliche Bauteil ist vorzugsweise lediglich temporär während des Reinigungsvorgangs an der Welle 12 befestigt.
11 zeigt eine weitere Ausgestaltung der Erfindung, bei der ein zusätzliches Bauteil 54 temporär für die Dauer des Reinigungsvorganges auf der Welle 12 angeordnet wird.
Durch dieses Bauteil 54 wird der Reinigungsstrom 44 vor dem Eindringen in den Spalt 27 gehindert. Nach der Reinigungsbehandlung wird das Bauteil 54 wieder entfernt.
12 zeigt eine Ausgestaltung, bei der ein flexibles zusätzliches Bauteil 56 verwendet wird.
Dieses flexible Bauteil 56 wird über den Bereich der Welle 12 und der Abdeckkappe 26 gelegt und kann beispielsweise temporär an der Welle 12 fixiert werden, beispielsweise geklebt.
Durch den Druck des Reinigungsstromes 44 wird das flexible Bauteil 56 auf die Abdeckkappe 26 gedrückt und verschließt somit den Luftspalt 27. Dadurch wird ein Eindringen des Reinigungsstroms 44 in den Luftspalt 27 und damit den Dichtungsspalt 24 verhindert.
13 zeigt eine Ausgestaltung der Erfindung, bei der ein profiliertes ringförmiges und flexibles Bauteil 58 über die Welle 12 und die teilweise über die an die Welle 12 angrenzende Abdeckkappe 26 gestülpt wird.
Dieses flexible Bauteil 58 bleibt temporär während des Reinigungsvorganges auf der Welle 12 angeordnet und verhindert ein Eindringen des Reinigungsstroms 44 in den Luftspalt 27 und das Lagersystem.
14 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem die Abdeckkappe selbst als flexibles Bauteil 60 ausgebildet ist.
Die Form der Abdeckkappe 60 entspricht im Wesentlichen der Form der starren Abdeckkappe 26 gemäß 8.
Die Abdeckkappe 60 ist jedoch aus flexiblem Material, beispielsweise Kunststoff, gefertigt oder aus einem dünnen Blech, insbesondere im Bereich ihres inneren Randes, der an die Welle 12 angrenzt.
Während des Reinigungsvorganges wird die Abdeckkappe 60 durch den Reinigungsstrom 44 und dessen Druck elastisch nach unten gedrückt und zwar bis auf die Oberfläche des oberen konusförmigen Lagerbauteils 16, wodurch der Zugang zum Dichtungsspalt 24 und dem Lagerspalt 20 während des Reinigungsvorganges temporär verschlossen wird.
Sobald der Reinigungsstrom 44 versiegt, biegt sich die flexible Abdeckkappe 60 wieder in ihre Ursprungsform (gestrichelt dargestellt) zurück und übt ihre ursprüngliche Funktion aus.
Auch bei den anderen flexiblen Teilen biegt sich oder kehrt das flexible Bauteil elastisch in seine ursprüngliche Form zurück, sobald der Reinigungsstrom 44 versiegt.
15 zeigt eine Ausgestaltung der Erfindung, bei der eine Schutzkappe 62 zur teilweisen Abdeckung der Oberseite des Spindelmotors verwendet wird. Insbesondere wird durch die Schutzkappe 62 der Bereich um den Luftspalt 27 zwischen der Abdeckkappe 26 und der Welle 12 abgedeckt. Die Schutzkappe 62 wird derart positioniert, dass zwischen einem unteren Rand der Schutzkappe 62 und der Oberfläche der Abdeckkappe 26 ein Spalt 64 verbleibt. Dabei kann die Schutzkappe 62 entweder temporär am Spindelmotor oder stationär an der Reinigungsanlage befestigt sein.
Das unter Druck aufgebrachte Reinigungsmedium 44 kann aus verschiedenen Richtungen auf den Spindelmotor aufgebracht werden. Das Reinigungsmedium 44 kann hierbei durch den Spalt 64 in einen Hohlraum 66 unter der Schutzkappe 62 eindringen, wodurch sich im Hohlraum 66 ein Überdruck aufbauen kann. Um das zu verhindern, besitzt die Schutzkappe 62 eine Entlüftungsleitung 68, durch welche der Druck abgeleitet wird. Die Entlüftungsleitung 68 mündet außerhalb der Reinigungsvorrichtung in einer Umgebung mit Normaldruck.
Alternativ kann auf den Spalt verzichtet werden und die Schutzkappe direkt auf die Abdeckkappe aufgesetzt werden. In diesem Fall kann kein Reinigungsmedium unter die Schutzkappe gelangen, jedoch wird trotzdem eine Entlüftung der Schutzkappe benötigt, da beim Aufsetzen der Schutzkappe auf die Abdeckkappe ein Überdruck entstehen kann.
Alle hier gezeigten Varianten der Erfindung beschränkt sich nicht nur auf Spindelmotoren mit konischen fluiddynamischen Lagersystemen und feststehender Welle. Sie können ebenso für Spindelmotoren mit Radial- und Axiallagern und/oder mit rotierender Welle angewendet werden.
Bezugszeichenliste

10, 110, 210, 310, 410,: Basisplatte
310a, 410a: Rand
12: Welle
14: Drehachse
16,116: Lagerbauteil
18: Lagerbuchse
20, 120: Lagerspalt
22, 122: fluiddynamisches Lager
23, 123: Rezirkulation
24, 124: Dichtungsspalt
26, 126: Abdeckkappe
27, 127: Luftspalt
28, 128: Dichtungsspalt
30, 130: Pumpdichtung
32: Zwischenraum
34: Bohrung
36, 136, 236, 336,: Nabe
136a, 236a: Flansch
336a: Nut
38: Statoranordnung
40: Rotormagnet
42: Joch
44: Strömungsrichtung des Reinigungsmediums
46: Spalt
47: Labyrinthspalt
48: Flexibles Bauteil
50: Bauteil
52: Bauteil
54: Bauteil
56: flexibles Bauteil
58: flexibles Bauteil
60: flexible Abdeckkappe
62: Schutzkappe
64: Spalt
66: Hohlraum
68: Entlüftungsleitung

Claims

Spindelmotor mit einem feststehenden Motorbauteil (10, 12, 16, 110, 116, 210, 310, 410) und einem rotierenden Motorbauteil (18, 36, 136, 236, 336), die mittels eines fluiddynamischen Lagersystems (22, 122) relativ zueinander drehbar gelagert sind, wobei das fluiddynamische Lagersystem (22, 122) mindestens einen mit einem Lagerfluid gefüllten Lagerspalt (20, 120) aufweist, der durch mindestens einen Dichtungsspalt (24, 124) abgedichtet ist, wobei der Spindelmotor für einen Reinigungsvorgang mit einem unter Druck applizierten Reinigungsmedium (44) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere Motorbauteile (10, 36, 60, 110, 136, 210, 236, 310, 336, 410) derart ausgebildet sind oder ein zusätzliches Bauteil (48, 50, 52, 54, 56, 58, 62) vorgesehen und derart an einem Motorbauteil (10, 12, 18, 26, 36) angeordnet ist, dass das Reinigungsmedium (44) nicht direkt in die Öffnung des Dichtungsspalts (24, 124) oder eines mit dem Dichtungsspalt (24, 124) verbundenen Verbindungsspalts (27, 46) eindringen kann.
Spindelmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Motorbauteile (10, 36, 60, 110, 136, 210, 236, 310, 336, 410) oder das zusätzliche Bauteil (48, 50, 52, 54, 56, 58, 62) derart ausgebildet sind, dass die Öffnung des Dichtungsspalts (24, 124) oder des Verbindungsspalts (27, 46) zumindest teilweise überdeckt wird.
Spindelmotor nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Motorbauteile (36, 136, 236, 336) oder das zusätzliche Bauteil (48, 56, 58) derart ausgebildet sind, dass das Reinigungsmedium (44) gezielt von der Öffnung des Dichtungsspalts (24, 124) oder des Verbindungsspalts (27, 46) abgelenkt wird.
Spindelmotor nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Motorbauteile (410, 336) oder das zusätzliche Bauteil derart ausgebildet sind, dass sie eine Labyrinthdichtung (47) ausbilden, die die Öffnung des Dichtungsspalts (124) oder des Verbindungsspalts (46) gegenüber dem Reinigungsmedium (44) zumindest teilweise verschließt.
Spindelmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das zusätzliche Bauteil (50, 52, 54, 62) starr ausgebildet ist.
Spindelmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das zusätzliche Bauteil (48, 56, 58, 60) flexibel ausgebildet ist und nur bei Beaufschlagung mit dem Reinigungsmedium (44) die Öffnung des Dichtungsspalts (24, 124) oder des Verbindungsspalts (27, 46) überdeckt oder zumindest teilweise verschließt.
Spindelmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das zusätzliche Bauteil (48, 56, 58) flexibel ausgebildet ist und nur bei Beaufschlagung mit dem Reinigungsmedium (44) dieses von der Öffnung des Dichtungsspalts (24, 124) oder des Verbindungsspalts (27, 46) ablenkt.
Spindelmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das zusätzliche Bauteil als Schutzkappe (62) ausgebildet ist und zusammen mit dem Spindelmotor einen Hohlraum (66) ausbildet, der über eine Entlüftungsleitung (68) entlüftet wird.
Spindelmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das zusätzliche Bauteil (50, 60) permanent an einem Motorbauteil (12) befestigt ist.
Spindelmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das zusätzliche Bauteil (48, 52, 54, 56, 58) temporär während des Reinigungsvorgangs an einem Motorbauteil (10, 12) befestigt ist.
Spindelmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Spindelmotor beim Reinigungsvorgang mit einem gasförmigen und/oder flüssigen und/oder festen Reinigungsmedium (44) beaufschlagt wird.
Verfahren zum Reinigen eines Spindelmotors mit einem Reinigungsmedium (44), wobei mindestens eine vorhandene Spaltöffnung des Spindelmotors, die direkt oder indirekt mit einem Lagerspalt (20, 120) oder einem Dichtungsspalt (24, 124) verbunden ist, derart gestaltet oder geschützt wird, dass das unter Druck auf die Spaltöffnung zuströmende Reinigungsmedium (44) nicht direkt in die Spaltöffnung eindringen kann.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung des Dichtungsspalts (24, 124) oder eines mit dem Dichtungsspalt (24, 124) verbundenen Verbindungsspalts (27, 46) überdeckt oder zumindest teilweise verschlossen wird, und danach eine Reinigung des Spindemotors mit dem unter Druck applizierten Reinigungsmedium (44) durchgeführt wird.