DE102015015162A1 - Fluiddynamisches Lager - Google Patents

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Jürgen Fleig
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Minebea Co Ltd
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein fluiddynamisches Lager, welches wenigstens eine Lagerbuchse (28) und eine in einer Lagerbohrung der Lagerbuchse (28) drehgelagerte metallische Welle (10) aufweist, wobei die Welle (10) eine Härte von 40 bis 60 HRC aufweist und mit Oberflächenstrukturen (16, 20) versehen ist, die mittels eines elektrochemischen Abtragungsverfahrens aufgebracht sind. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Einbringen der Oberflächenstrukturen (16, 20) in die Oberfläche der Welle (10).

Description

  • Gebiet der Erfindung
  • Die Erfindung betrifft ein fluiddynamisches Lager, insbesondere zur Drehlagerung von Spindelmotoren, wie sie zum Antrieb von Festplattenlaufwerken oder Lüftern verwendet werden. Die Erfindung bezieht sich insbesondere auch auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Einbringen von Oberflächenstrukturen in die Oberfläche von Lagerbauteile des fluiddynamischen Lagers, insbesondere in die Welle des fluiddynamischen Lagers.
  • Stand der Technik
  • Fluiddynamische Lagersysteme umfassen in der Regel mindestens zwei relativ zueinander drehbar angeordnete Lagerbauteile, die Lagerflächen aufweisen, welche durch einen mit einem Lagerfluid gefüllten schmalen Lagerspalt voneinander getrennt sind. Als Lagerfluid wird beispielsweise spezielles Lageröl verwendet. Hierbei kann eines der beiden Lagerbauteile als Lagerbuchse mit einer zugeordneten Lagerbohrung und das andere Lagerbauteil als Welle ausgebildet sein, welche in der Lagerbohrung drehbar gelagert ist.
  • Üblicherweise sind auf der Lagerfläche der Lagerbohrung Rillenlagerstrukturen angeordnet, die bei relativer Drehung der beiden Lagerbauteile innerhalb des Lagerspalts einen hydrodynamischen Druck erzeugen. Diese Lagerrillenstrukturen bzw. Oberflächenstrukturen sind beispielsweise parabelförmig, sinusförmig, fischgrätenförmig, chevronförmig oder spiralrillenförmig ausgebildet.
  • Bei Miniaturlagersystemen, wie sie beispielsweise zur Drehlagerung von Spindelmotoren zum Antrieb für Festplattenlaufwerke oder ähnliches verwendet werden, beträgt die Tiefe dieser Lagerstrukturen nur wenige Mikrometer und deren Breite wenige bis mehrere 10 Mikrometer.
  • Ein bekanntes und regelmäßig verwendetes Verfahren zum Einbringen dieser Lagerstrukturen in die Oberfläche der Lagerbuchse ist das elektrochemische Abtragungsverfahren (ECM: Electro Chemical Machining), bei welchem aus der Oberfläche der Lagerbuchse Material durch einen elektrochemischen Prozess der anodischen Auflösung herausgelöst wird.
  • Zwischen dem Werkstück und einer entsprechenden ECM-Elektrode. Die ECM-Elektrode umfasst ein Abbild der auf die Lagerbohrung aufzubringenden Oberflächenstrukturen in Form von leitenden Bereichen, die in einem bestimmten Abstand zu der zu strukturierenden leitfähigen Oberfläche der Lagerbuchse in einem Elektrolyt, z. B. einer Kochsalzlösung, angeordnet wird.
  • Durch Anlegen eines elektrischen Stromes zwischen der ECM-Elektrode (Kathode) und der Oberfläche der Lagerbuchse (Anode) wird im Bereich der leitenden Bereiche der ECM-Elektrode eine anodische Auflösung des Materials des Werkstückes, d. h. der Oberfläche der Lagerbuchse herbeigeführt, so dass die Lagerrillenstrukturen in die Oberfläche der Lagerbohrung eingebracht werden.
  • In der Praxis ist es wünschenswert, die Lagerbauteile aus möglichst hartem Material, beispielsweise gehärtetem Stahl, auszubilden bzw. mit einer Hartbeschichtung, beispielsweise einer wenige Mikrometer dicken Nickelbeschichtung zu versehen, um den Verschleiß der Lagerbauteile zu reduzieren.
  • Wird beispielsweise die Lagerbuchse, und insbesondere auch die Oberfläche der Lagerbohrung, mit Nickel beschichtet, so beeinflusst dies die folgende elektrochemische Bearbeitung, denn nickelbeschichtete Oberflächen sind gar nicht oder nur schwer mittels elektrochemischer Abtragung zu bearbeiten. Insbesondere ist es schwer, die feinen Rillenstrukturen mit Abmessungen im Mikrometerbereich mit hoher Genauigkeit in die mit Nickel beschichten Oberflächen einzubringen.
  • Die Lagerrillenstrukturen müssen jedoch eine hohe Genauigkeit aufweisen, um die Funktionsfähigkeit des fluiddynamischen Lagers unter allen Betriebsbedingungen sicher zu stellen.
  • Bei vernickelnden Lagerbuchsen hat sich herausgestellt, dass die durch elektrochemische Abtragung eingebrachten Lagerrillenstrukturen sehr breit und unsauber wurden und eine hohe Erosion aufweisen, d. h. die Lagerrillenstrukturen haben nicht den theoretisch erwünschten rechteckigen Querschnitt, sondern ähneln eher einer Parabel, wobei benachbarte Lagerrillenstrukturen oftmals ineinander übergehen, was die Wirksamkeit der Lagerrillenstrukturen verringert.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein fluiddynamisches Lagersystem derart weiter zu bilden, dass die Oberfläche der Lagerbuchse, insbesondere der Lagerbohrung mit einer härtenden Beschichtung versehen werden kann, ohne dass die Lagereigenschaften darunter leiden.
  • Diese Aufgabe wird durch ein fluiddynamisches Lagersystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Aufbringen von Oberflächenstrukturen auf die Oberfläche der Welle des fluiddynamischen Lagersystems sind in den nebengeordneten Ansprüchen angegeben.
  • Das fluiddynamische Lager umfasst wenigstens eine Lagerbuchse und eine in einer Lagerbohrung der Lagerbuchse drehgelagerte Welle. Erfindungsgemäß weist die Welle eine Härte von 40 bis 60 HRC auf und ist mit Oberflächenstrukturen versehen, die mittels eines elektrochemischen Abtragungsverfahrens aufgebracht sind. Die Welle kann aus einem martensitischen Stahl, beispielsweise SUS 420 J2, gefertigt sein.
  • Die Oberflächenstrukturen umfassen insbesondere Lagerrillenstrukturen des fluiddynamischen Lagers, sie können aber auch andere Strukturen umfassen, wie z. B. umlaufende Rillen, Nuten oder ähnliches.
  • In vorteilhafter Weise werden nun erfindungsgemäß die Oberflächenstrukturen, insbesondere Lagerrillenstrukturen, auf der Oberfläche der Welle vorgesehen und nicht, wie bisher, auf der Oberfläche der Lagerbohrung.
  • Die Welle selbst besteht aus gehärtetem Stahl ohne zusätzliche Beschichtung und trägt entsprechend die Lagerrillenstrukturen des Lagers.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist die Welle eine Härte von insbesondere 54 bis 56 HRC auf.
  • In manchen Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Lagers ist die Welle mit einer Nickelbeschichtung oder DLC(diamond-like carbon)-Beschichtung versehen.
  • Da die Oberflächenstrukturen, insbesondere die Lagerrillenstrukturen erfindungsgemäß auf der Oberfläche der Welle aufgebracht sind, kann es in manchen bevorzugten Ausgestaltungen vorgesehen sein, dass die Oberfläche der Lagerbohrung mit einer Hartbeschichtung versehen ist. Die Beschichtung soll also eine größere Härte als das darunterliegende Metall der Lagerbuchse aufweisen. Beispielsweise kann eine Nickelbeschichtung oder einer DLC-Beschichtung oder einer Beschichtung aus Titannitrat vorgesehen sein, wodurch der Abrieb und Verschleiß des Lagers reduziert werden können. Die Oberflächenstrukturen auf der Welle werden in ihrer Form und Funktion durch diese Hartbeschichtung der Lagerbuchse nicht beeinträchtigt. In manchen bevorzugten Ausgestaltungen ist es besonders vorteilhaft, wenn die Lagerfläche der Lagerbuchse eine Härte aufweist, die im Bereich von 600 HV bis 1500 HV liegt.
  • Desweiteren kann es bevorzugt sein, dass das fluiddynamische Lager eine Lagerbuchse mit keramischer Lagerfläche umfasst.
  • Die Erfindung bezieht sich ebenfalls auf ein Verfahren zum Aufbringen von Oberflächenstrukturen auf die Oberfläche einer metallischen Welle mit den folgenden Schritten: Einführen der Welle in eine Öffnung einer Elektrode zur Durchführung eines elektrochemischen Abtragungsverfahrens, selbstständiges Positionieren und Zentrieren der Welle in der Elektrode, Einführen eines Elektrolyts in einem Elektrolytspalt zwischen der Welle und der Elektrode, Anlegen eines elektrischen Stromes zwischen Elektrode und Welle und Bildung der Oberflächenstrukturen durch Abtragen von Material von der Oberfläche der Welle durch elektrochemische Abtragung.
  • Bei diesem Verfahren werden insbesondere Lagerrillenstrukturen als Teil des fluiddynamischen Lagers auf der Welle aufgebracht.
  • Eine Vorrichtung zum Aufbringen von Oberflächenstrukturen auf die Oberfläche einer metallischen Welle ist ebenfalls Gegenstand der Erfindung. Diese Vorrichtung umfasst insbesondere eine Elektrode zur Durchführung eines elektrochemischen Abtragungsverfahrens, wobei die Elektrode eine Öffnung zur Aufnahme der Welle aufweist, eine Positioniervorrichtung zur Positionierung und Zentrierung der Welle in der Öffnung der Elektrode, eine Vorrichtung zum Einführen eines Elektrolyts in einen Elektrolytspalt zwischen der Welle und der Elektrode, sowie eine Gleichspannungsquelle zur Erzeugung eines elektrischen Stromes zwischen der Welle und der Elektrode.
  • Vorzugsweise weist die Positioniervorrichtung der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine Hohlspitze oder einen Zentriervorsprung zum Zentrieren der Welle auf. Der Vorsprung kann beispielsweise an einem Teil der Vorrichtung ausgeformt sein oder durch einen Dorn in der Vorrichtung oder auf andere Art und Weise realisiert sein.
  • Nachfolgend werden bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung anhand der Zeichnungen näher beschrieben. Hierbei ergeben sich weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 zeigt eine erste Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Welle, die in einer Lagerbuchse eines fluiddynamischen Lagersystems angeordnet ist.
  • 2 zeigt eine zweite Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Welle für ein fluiddynamisches Lagersystem.
  • 3 zeigt einen Schnitt durch eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen ECM-Elektrode.
  • 3A zeigt einen vergrößerten Schnitt durch die ECM-Elektrode im Bereich der Kathode.
  • 4 zeigt einen schematischen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur ECM-Bearbeitung einer Welle.
  • 5 zeigt eine alternative Methode zum Einspannen und Zentrieren der Welle.
  • Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung
  • 1 zeigt eine schematische Ansicht eines einfachen fluiddynamischen Lagers, bestehend aus einer Lagerbuchse 28, in welcher eine erfindungsgemäße Welle 10 drehbar gelagert ist.
  • Bei einem solchen Miniaturlager beträgt der Durchmesser der Welle 10 beispielsweise einige Millimeter und die Länge der Welle etwa 10 bis 15 Millimeter.
  • Die Welle 10 weist, im vorliegenden Fall, zwei Lagerflächen 12 und 18 auf, die in einem gegenseitigen axialen Abstand vorgesehen sind. Die Lagerflächen 12, 18 sind jeweils mit Oberflächenstrukturen 16, 20 versehen, welche als Lagerrillenstrukturen ausgebildet sind und beispielsweise parabel- oder sinusförmig ausgestaltet sind.
  • Diese Oberflächenstrukturen 16, 20 sind erfindungsgemäß mittels eines elektrochemischen Abtragungsverfahrens hergestellt worden und haben typischerweise eine von der Oberfläche der Welle gemessene Tiefe von einigen Mikrometern und eine Breite von einigen bis mehreren 10 Mikrometer.
  • Die Oberflächenstrukturen können sowohl asymmetrisch zu einer Apexlinie 24 angeordnet sein, wie beispielsweise die Oberflächenstrukturen 16 auf der Lagerfläche 12, sie können aber auch symmetrisch zu einer Apexlinie 26 angeordnet sein, wie beispielsweise die Oberflächenstrukturen 20 auf der Lagerfläche 18. Die Apexlinien verbinden die Scheitelpunkte der jeweiligen Oberflächenstrukturen 16 bzw. 20 und verlaufen in Drehrichtung, d. h. senkrecht zur Rotationsachse 22 der Welle 10.
  • Ferner können die Oberflächenstrukturen 16, 20 durch umlaufende Rillen 14 begrenzt sein, die ebenfalls mittels des elektrochemischen Abtragungsverfahrens in die Oberfläche der Welle 10 eingebracht werden. Die Tiefe der umlaufenden Rillen 14 kann vorzugsweise mindestens gleich groß sein wie die Tiefe der Oberflächenstrukturen 16, 20; Die Breite der Rillen 14 kann ebenfalls einige bis mehrere 10 Mikrometer betragen.
  • 2 zeigt eine andere Ausgestaltung einer Welle 30 zur Verwendung in einem fluiddynamischen Lager.
  • Diese Welle 30 umfasst ebenfalls zwei Lagerflächen 32, 36, die in einem gegenseitigen Abstand entlang der Drehachse 22 angeordnet sind.
  • Die Lagerflächen der Welle 30 weisen Oberflächenstrukturen 34, 38 auf, welche aus Lagerrillenstrukturen bestehen.
  • Die Lagerrillenstrukturen 34, 38 sind als schräg zur Rotationsachse 22 verlaufende gekrümmte Rillen ausgebildet, welche jeweils versetzt zueinander angeordnete Äste aufweisen.
  • 3 zeigt einen Schnitt durch eine beispielhafte Ausführungsform einer ECM-Elektrode zur Durchführung des elektrochemischen Abtragungsverfahrens.
  • Die ECM-Elektrode 100 weist einen zylindrischen Elektrodenkörper 102 auf, der aus einem isolierenden, d. h. nicht elektrisch leitenden Material, wie z. B. Kunststoff oder Keramik besteht.
  • Der hintere Teil des Elektrodenkörpers 102 ist von einem Gehäuse 104 umfasst, das vornehmlich dem Schutz des Elektrodenkörpers 102 dient.
  • Am vorderen Teil des Elektrodenkörpers 102 ist eine Kathode 108 mit einem ersten Kathodenteil 110 und einem zweiten Kathodeteil 112 vorgesehen, welche zylindrisch ausgebildet sind und eine Öffnung 118 umschließen. Die Kathodenteile 110, 112 liegen vorzugsweise an der Kathode 108 an und sind mit dieser elektrisch verbunden. Der erste und der zweite Kathodenteil 110, 112 sind in axialer Richtung durch einen Isolator 114 voneinander getrennt.
  • Die ersten und zweiten Kathodenteile 110, 112 umfassen auf ihrer inneren Umfangsfläche sowohl elektrisch isolierende Bereiche 124, 130 als auch elektrisch leitende Bereiche 122, 128, die durch entsprechende Elektrodenringe 120, 126 ausgebildet werden. Die auf den Kathodenteile 110, 112 angeordneten Elektrodenringe 120, 126 sind mit diesen elektrisch verbunden und definieren mit dem Isolator 114 eine zylindrische Öffnung 118, in welche die zu bearbeitende Welle 10, 30 eingeführt werden kann.
  • Die elektrisch leitenden Bereiche 122, 128 der Elektrodenringe 120. 126 entsprechen in ihrer Formgebung den Oberflächenstrukturen, welche in die Welle 10, 30 eingebracht werden sollen. Die Öffnung 118 der ECM-Elektrode weist einen Durchmesser auf, der geringfügig größer ist als der Durchmesser der in die Öffnung einzuführenden Welle, so dass sich zwischen den Elektrodenringen 120. 126 ein Elektrolytspalt verbleibt, in den ein Elektrolyt eingebracht wird. Der Elektrolytspalt weist beispielsweise eine Breite von einigen 10 bis einigen 100 Mikrometern auf, je nach Größe der zu bearbeitenden Welle, deren Durchmesser typischerweise bei einigen Millimetern liegt. Das Verfahren kann aber auch bei größeren Wellen mit einem Durchmesser von bis zu einigen Zentimetern verwendet werden.
  • Im Inneren der Öffnung am hinteren Ende befindet sich eine elektrische Anode 106 mit einem Anschlag 106a, der als Anschlag für eine in die Öffnung 118 der Elektrode 100 einzuführende Welle dient und gleichzeitig einen elektrischen Kontakt zwischen der Anode 106 und der Welle 10 herstellt.
  • Durch Berührung mit der Anode 106 wird die eingeführte Welle 10 selbst zur Anode, wobei die zu bearbeitenden Lagerflächen der Welle 10 von den Elektrodenringen 110, 112 der Kathode umgeben sind.
  • Der gesamte Abschnitt der Elektrode, in welchem sich die Kathodenanordnung befindet, ist größtenteils von einer Kappe 116 umschlossen, die aus einem isolierenden Werkstoff, beispielsweise Kunststoff, besteht und die Kathodenanordnung elektrisch und mechanisch schützt.
  • Die Anode 106 ist im isolierenden Elektrodenkörper 102 gehalten. Das freie Ende der Anode 106, im Bereich des Anschlages 106a, ist in einem Hohlraum 134 in Form einer Kammer angeordnet, die mit einem Einlass für ein Elektrolyt 132 verbunden ist. Der Elektrolyt, beispielsweise eine Kochsalzlösung, wird über den Einlass 132 eingebracht und verteilt sich in dem Hohlraum 134, bevor er über den Elektrolytspalt zwischen der eingeführten Welle 10 und dem Innendurchmesser der Kathodeanordnung in Richtung der Öffnung 118 ausfließt.
  • Die Anode 106 und die Kathodenanordnung, die aus den Bauteilen 108, 110, 112, 124 und 130 besteht, werden elektrisch kontaktiert und mit einer Gleichspannungsquelle verbunden. Die Verbindung der Kathodenordnung mit der Gleichspannungsquelle erfolgt im Beispiel über einen Zugang 135 zur elektrischen Kontaktierung.
  • 3a zeigt eine vergrößerte Ansicht des Elektrodenkopfes im Bereich der Kathode. Man erkennt insbesondere die auf den beiden Kathodenteilen 110, 112 angeordneten Elektrodenringe 120, 126 mit den elektrisch leitenden Bereichen 122, 128, die mit den darunter liegenden Kathodenteilen 110, 112 elektrisch verbunden sind, sowie die elektrisch isolierenden Bereiche 124, 130, welche die entsprechenden Umfangsflächen der Elektrodenringe 110, 112 von den Kathodenteilen 110, 112 isolieren.
  • 4 zeigt schematisch eine Vorrichtung zur Durchführung des ECM-Verfahrens zur Oberflächenstrukturierung einer Welle.
  • Im oberen Teil der Zeichnung erkennt man die ECM-Elektrode 100 mit dem Elektrodenkörper 102 und der Kathodeanordnung 108 mit der Abdeckung 116. Die Abdeckung hat in diesem Beispiel eine gegenüber 3 etwas andere Formgebung, was beispielsweise vorteilhaft zur genauen Positionierung und Ausrichtung der Elektrode 100 sein kann. Der untere Teil der Vorrichtung umfasst eine Grundplatte 204, auf der eine Zentriervorrichtung 202 angeordnet ist. Die Zentriervorrichtung 202 umfasst eine Führung 200 mit einer Bohrung, in welche die zu bearbeitende Welle 10 eingesteckt werden kann.
  • Die zu bearbeitende Welle 10 hat an beiden Enden jeweils eine Fase, die zur Zentrierung der Welle 10 in der Vorrichtung dient. Die zu bearbeitende Welle 10 wird zunächst in eine Führung 200 hineingesteckt, und gelangt mit ihrem abgefasten unteren Ende in eine Hohlspitze 202a der Zentriervorrichtung 202 und wird dadurch relativ zur Führung 200 zentriert.
  • Die ECM-Elektrode 100 befindet sich zu diesem Zeitpunkt nicht in der dargestellten Position, sondern wurde in Richtung des Pfeils 206 nach oben gefahren.
  • Nach dem Einstecken der Welle 10 in die Führung 200 wird die ECM-Elektrode nun entgegen der Pfeilrichtung 206 wieder nach untern gefahren, so dass der obere Teil der Welle 10 in die vorgesehene Öffnung 118 der Elektrode 100 eindringt.
  • Zur Ausrichtung der Welle 10 innerhalb der Öffnung der Elektrode dient die Anode 106, die an ihrem Anschlag 106a eine Hohlspitze 106b aufweist. Dadurch wird das obere Ende der Welle 10 beim Anschlag auf der Anode 106 in der Hohlspitze 106b zentriert.
  • Die Elektrode wird soweit entgegen der Pfeilrichtung 206 nach unten gefahren, bis die Welle fest zwischen der Zentriervorrichtung 202 und der Anode 106 geklemmt und zentriert ist. Die Welle ist nun fest in der Öffnung 106 der Elektrode eingespannt und relativ zur ECM-Elektrode 108 zentriert.
  • Zwischen dem Außenumfang der Welle 10 und dem Innenumfang der Anode 108 verbleibt ein gleichmäßig breiter Elektrolytspalt, in welchen ein Elektrolyt eingebracht wird, der dem Elektrolyteinlass 132 in Pfeilrichtung 208 zugeführt wird. Der Elektrolyt gelangt vom Elektrolyteinlass 132 in den Hohlraum 134 und fließt von dort nach unten in den Elektrolytspalt zwischen der Welle 10 und der Kathodenanordnung und verlässt die Vorrichtung seitlich in Pfeilrichtung 210.
  • Der austretende Elektrolyt wird aufgefangen und dem Elektrolytkreislauf wieder zugeführt.
  • 5 zeigt einen Ausschnitt der Vorrichtung von 4 mit einer alternativen Möglichkeit der Positionierung und Zentrierung der Welle 310.
  • Hierbei weist die Welle 310 an beiden Enden eine Zentriersenkung 310a, 310b auf. Im Beispiel der 5 hat die obere Zentriersenkung 310a eine Kegelform und die untere Zentriersenkung 310b eine Kegelstumpfform. An der Anode 306 der ECM-Vorrichtung ist ein Zentriervorsprung 306a vorgesehen als auch an der Zentriervorrichtung 304, die ebenfalls einen Zentriervorsprung 302a aufweist.
  • Durch Einspannen der Welle 310 zwischen der Anode 306 und der Zentriervorrichtung 302 wird die Welle mit Hilfe der Zentriervorsprünge 302a und 306a und der an der Welle 310 vorgesehenen Zentriersenkungen 310a, 310b relativ zur ECM-Elektrode 100 zentriert.
  • Die Herstellung der Elektrodenringe 120 und 126 kann beispielsweise durch spanende Maschinierung erfolgen, wobei es hier hilfreich sein kann, jeweils entsprechend Elektrodenhalbringe zu maschinieren, die dann in die Bohrungen der Kathodenteile 110, 112 eingepasst werden. Die Strukturen auf den Elektrodenringen 120 und 126 können beispielsweise auch mittels ECM-elektrochemischer Abtragung oder Lagerbearbeitung erzeugt werden.
  • Eine andere vorteilhafte Maßnahme kann darin bestehen, den Elektrolyt im Bereich des Isolators 114, d. h. zwischen den beiden Elektrodenringen 120 und 126 zuzuführen, um somit einen verbesserten Fluss des Elektrolyts und eine verbesserte Verteilung des Elektrolyts im Elektrolytspalt zu erreichen.
  • Da sich Stahl, insbesondere Wellenstahl, hervorragend für die ECM-Bearbeitung eignet, können erfindungsgemäß sehr feine und sehr genaue Rillenlagerstrukturen auf der Oberfläche der Welle 10, 30, 310 erzeugt werden, die sehr viel feiner sind, als beispielsweise auf der Oberfläche der Lagerbuchse, wie es bisher vorgesehen war.
  • Ferner besteht bei auf der Welle vorgesehenen Rillenlagerstrukturen die Möglichkeit, eine glatte Lagerbuchse mit glatter Lagerbohrung aus Keramikmaterial oder besonders hartem oder hart beschichteten Material zu verwenden.
  • Bezugszeichenliste
  • 10
    Welle
    12
    Lagerfläche
    14
    Rille
    16
    Oberflächenstrukturen
    18
    Lagerfläche
    20
    Oberflächenstrukturen
    22
    Drehachse
    24
    Apexlinie
    26
    Apexlinie
    28
    Lagerbuchse
    30
    Welle
    32
    Lagerfläche
    34
    Oberflächenstrukturen
    36
    Lagerfläche
    38
    Oberflächenstrukturen
    100
    ECM-Elektrode
    102
    Elektrodenkörper
    104
    Gehäuse
    106
    Anode
    106a
    Anschlag
    106b
    Hohlspitze
    108
    Kathode
    110
    erster Kathodenteil
    112
    zweiter Kathodenteil
    114
    Isolator
    116
    Kappe
    118
    Öffnung
    120
    Elektrodenring
    122
    elektrisch leitender Bereich
    124
    isolierender Bereich
    126
    Elektrodenring
    128
    elektrisch leitender Bereich
    130
    isolierender Bereich
    132
    Einlass für Elektrolyt
    134
    Hohlraum
    135
    Zugang zur elektrischen Kontaktierung der Kathodenanordnung
    200
    Führung
    202
    Zentriervorrichtung
    202a
    Hohlspitze
    204
    Grundplatte
    206
    Richtung
    208
    Pfeilrichtung
    210
    Pfeilrichtung
    212
    Gleichspannungsquelle
    302
    Zentriervorrichtung
    302a
    Zentriervorsprung
    306
    Anode
    306a
    Zentriervorsprung
    310
    Welle
    310a
    Zentriersenkung
    310b
    Zentriersenkung

Claims (12)

  1. Fluiddynamisches Lager, welches wenigstens eine Lagerbuchse (28) und eine in einer Lagerbohrung der Lagerbuchse (28) drehgelagerte metallische Welle (10; 30, 310) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (10; 30, 310) eine Härte von 40 bis 60 HRC aufweist und mit Oberflächenstrukturen (16, 20; 34, 38) versehen ist, die mittels eines elektrochemischen Abtragungsverfahrens aufgebracht sind.
  2. Fluiddynamisches Lager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenstrukturen (16, 20; 34, 38) Lagerrillenstrukturen des fluiddynamischen Lagers umfassen.
  3. Fluiddynamisches Lager einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (10; 30, 310) eine Härte von 54 bis 56 HRC aufweist.
  4. Fluiddynamisches Lager nach einem der vorangehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (10; 30, 310) eine Nickelbeschichtung oder DLC(diamond-like carbon)-Beschichtung aufweist.
  5. Fluiddynamisches Lager nach einem der vorangehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass das fluiddynamische Lager eine Lagerbuchse (28) mit keramischer Lagerfläche umfasst.
  6. Fluiddynamisches Lager nach einem der vorangehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass das fluiddynamische Lager eine metallische Lagerbuchse (28) mit beschichteten Lagerflächen umfasst, wobei die Beschichtung eine größere Härte als das darunterliegende Metall der Lagerbuchse aufweist.
  7. Fluiddynamisches Lager nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung der Lagerbuchse (28) wenigstens eines der folgenden Materialien enthält: Nickel, DLC(diamond-like carbon) oder Titannitrat.
  8. Fluiddynamisches Lager nach einem der vorangehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerfläche der Lagerbuchse (28) eine Härte aufweist, die im Bereich von 600 HV bis 1500 HV liegt.
  9. Verfahren zum Einbringen von Oberflächenstrukturen (16, 20; 34, 38) auf die Oberfläche einer metallischen Welle (10; 30, 310), mit folgenden Schritten: Einführen eines Endes der Welle (10; 30, 310) in eine Positioniervorrichtung, Aufnehmen der Welle (10, 30, 210) in einer Öffnung (118) einer Elektrode (100) zur Durchführung eines elektrochemischen Abtragungsverfahrens, Selbständiges Positionieren und Zentrieren der Welle (10, 30, 310) in der Elektrode (100), Einführen eines Elektrolyts in einen Elektrolytspalt zwischen der Welle (10, 30, 310) und der Elektrode (100), Anlegen eines elektrischen Stroms zwischen Elektrode (100) und Welle (10, 30, 310), und Erzeugung der Oberflächenstrukturen (16, 20; 34, 38) durch Abtragen von Material von der Oberfläche der Welle (10, 30, 310) durch elektrochemische Abtragung.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass als Oberflächenstrukturen (16, 20; 34, 38) Lagerrillenstrukturen als Teil eines fluiddynamischen Lagers auf der Welle aufgebracht werden.
  11. Vorrichtung zum Einbringen von Oberflächenstrukturen (16, 20; 34, 38) auf die Oberfläche einer metallischen Welle (10, 30, 310), umfassend eine Elektrode (100) zur Durchführung eines elektrochemischen Abtragungsverfahrens, wobei die Elektrode (100) eine Öffnung (118) zur Aufnahme der Welle (10, 30, 310) aufweist, eine Positioniervorrichtung (202, 302) zur Positionierung und Zentrierung der Welle (10, 30, 310) in der Öffnung (118) der Elektrode (100), eine Vorrichtung zum Einführen eines Elektrolyts in einen Elektrolytspalt zwischen der Welle (10, 30, 310) und der Elektrode (100), und eine Gleichspannungsquelle (212) zur Erzeugung eines elektrischen Stroms zwischen der Welle (10, 30, 310) und der Elektrode (100).
  12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Positioniervorrichtung (202, 302) eine Hohlspitze (202a) oder einen Zentriervorsprung (306a) zum zentrieren der Welle (10, 30, 310) aufweist.
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