DE102016007500A1 - Fluiddynamisches Lagersystem - Google Patents

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    • F16C33/743Sealings of sliding-contact bearings by means of a fluid retained in the sealing gap
    • F16C33/745Sealings of sliding-contact bearings by means of a fluid retained in the sealing gap by capillary action

Abstract

Die Erfindung betrifft ein fluiddynamisches Lagersystem, welches eine feststehende Lagerkomponente (12, 16, 18) und eine drehbare Lagerkomponente (14, 14a) aufweist, die relativ zur feststehenden Lagerkomponente um eine Rotationsachse (32) drehbar gelagert ist, einen Lagerspalt (20), der zwischen einander gegenüber liegenden Flächen der feststehenden und der drehbaren Lagerkomponenten ausgebildet ist und mit einem Lagerfluid gefüllt ist, mindestens ein fluiddynamisches Radiallager (22, 24) und mindestens ein fluiddynamisches Axiallager (28), die entlang von Abschnitten (20a, 20b) des Lagerspalts (20) angeordnet ist, mindestens einen Dichtungsspalt (36) zur Abdichtung eines offenen Endes des Lagerspalts (20), und mindestens eine dynamische Pumpdichtung (38) mit Pumprillenstrukturen (38a), die entlang eines Abschnitts des Dichtungsspalts angeordnet ist. Erfindungsgemäß erstrecken sich die Pumprillenstrukturen (38a) der dynamischen Pumpdichtung (38) entlang des Dichtungsspalts (36) bis in den Übergangsbereich (41) zwischen dem Dichtungsspalt (36) und dem Lagerspalt (20).

Description

  • Gebiet der Erfindung
  • Die Erfindung betrifft ein fluiddynamisches Lagersystem gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Derartige fluiddynamische Lagersysteme werden beispielsweise zur Drehlagerung von Spindelmotoren eingesetzt, die vorzugsweise zum Antrieb von Speicherplattenlaufwerken dienen.
  • Stand der Technik
  • Fluiddynamische Lager umfassen in der Regel mindestens zwei relativ zueinander drehbare Lagerbauteile. Während des Betriebs des Lagers sind einander zugeordnete Lagerflächen der Lagerbauteile durch einen mit einem Lagerfluid, z. B. mit Lageröl, gefüllten Lagerspalt getrennt. Auf den Lagerflächen sind Lagerstrukturen angeordnet, die in Form von Rillenmustern als Vertiefungen oder Erhebungen üblicherweise auf einzelne oder auf beide einander gegenüber liegende Lagerflächen aufgebracht sind.
  • Die Lagerstrukturen können als Lager- und/oder Pumpstrukturen ausgebildet sein, die bei relativer Drehung der Lagerbauteile zueinander innerhalb des Lagerspalts einen hydrodynamischen Druck erzeugen. Bei Radiallagern werden beispielsweise sinusförmige, parabelförmige oder fischgrätartige („herringbone”) Lagerstrukturen verwendet, die an einer Fläche parallel zur Rotationsachse der Lagerbauteile über den Umfang von mindestens einem Lagerbauteil verteilt angeordnet sind. Bei Axiallagern werden beispielsweise spiralförmige oder fischgrätartige Lagerstrukturen verwendet, die in einer Ebene senkrecht zur Rotationsachse angeordnet werden. Ferner werden für konische und für sphärische Lager spiralförmige oder fischgrätartige Lagerstrukturen verwendet, die auf einer konischen bzw. sphärischen Lagerfläche angeordnet sind.
  • Spindelmotoren mit fluiddynamischem Lagersystem können eine feststehende Welle und ein sich um die Welle drehendes Rotorbauteil umfassen. Bei Lagersystemen dieser Bauform weist der Lagerspalt zwei offene Enden auf, die durch entsprechende Dichtungseinreichtungen abgedichtet werden müssen, um ein Austreten des Lagerfluids aus dem Lagerspalt zu verhindern. Als Dichtungseinrichtungen werden in der Regel kapillare Dichtungsspalte und dynamische Pumpdichtungen eingesetzt, die entlang eines Dichtungsspalts angeordnet sind. Diese Dichtungen sind nur so lange wirksam, wie ausreichend Lagerfluid im Dichtungsspalt vorhanden ist.
  • Pumpdichtungen grenzen bevorzugt mit einem definierten Abstand oder unmittelbar an das offene Ende des Dichtungsspalts an und befinden sich im Übergangsbereich zwischen dem Lagerfluid und der Umgebungsluft. Die Pumprillenstrukturen der dynamischen Pumpdichtung pumpen das Lagerfluid von der Öffnung des Dichtungsspalts weg in Richtung des Lagerinneren. Dabei kann auch Umgebungsluft angesaugt und zusammen mit dem Lagerfluid in das Lagerinnere gepumpt werden. Es ist daher vorgesehen, dass in Pumprichtung gesehen nach der dynamischen Pumpdichtung eine sogenannte Ruhezone (quiet zone) für das Lagerfluid folgt, die frei von Pumprillenstrukturen ist. In der Ruhezone können sich Luftbläschen sammeln und wieder aus dem Lager entweichen, ohne dass sie weiter in das Lagerinnere transportiert werden und dort Schaden anrichten können. Des Weiteren können in der Nähe der lagerinneren Enden der Pumprillenstrukturen Unterdruckzonen auftreten. Die DE 10 2010 047 556 A1 offenbart ein fluiddynamisches Lagersystem, bei dem Druckschwankungen sowie Unterdruckzonen im Dichtungsspalt der Pumpdichtung reduziert werden, indem der Dichtungsspalt lokal aufgeweitet wird.
  • In einem Lager können eine oder mehrere Ruhezonen vorgesehen sein, die sich in der Regel in axiale Richtung erstrecken. Diese Ruhezonen können somit nicht als aktive Lagerbereiche genutzt werden und verkürzen die verfügbare Lagerlänge bzw. den verfügbaren Lagerabstand. Bei konischen fluiddynamischen Lagern wird durch diese Ruhezonen die verfügbare Länge der inneren Dichtungsspalte reduziert.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein fluiddynamisches Lager, insbesondere zur Drehlagerung eines Spindelmotors anzugeben, das einen möglichst großen Lagerabstand aufweist.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Lagersystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
  • Bevorzugte Ausgestaltungen und weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
  • Beschrieben ist ein fluiddynamisches Lagersystem, welches eine feststehende Lagerkomponente umfasst, eine drehbare Lagerkomponente, die relativ zur feststehenden Lagerkomponente um eine Rotationsachse drehbar gelagert ist, einen Lagerspalt, der zwischen einander gegenüber liegenden Flächen der feststehenden und der drehbaren Lagerkomponenten ausgebildet ist und mit einem Lagerfluid gefüllt ist, mindestens ein fluiddynamisches Radiallager und mindestens ein fluiddynamisches Axiallager, welche entlang von Abschnitten des Lagerspalts angeordnet sind, mindestens einen Dichtungsspalt zur Abdichtung eines offenen Endes des Lagerspalts, und mindestens eine dynamische Pumpdichtung mit Pumprillenstrukturen, die entlang eines Abschnitts des Dichtungsspalts angeordnet ist.
  • Erfindungsgemäß erstrecken sich die Pumprillenstrukturen der dynamischen Pumpdichtung entlang des Dichtungsspalts bis in den Übergangsbereich zwischen dem Dichtungsspalt und dem Lagerspalt. Vorzugsweise erstrecken sich die Pumprillenstrukturen über einen Großteil der Länge des Dichtungsspalts. Hierbei ist insbesondere die Länge des Dichtungsspalts mit gleich bleibender Spaltbreite gemeint.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung brechen die Pumprillenstrukturen in einen sich an den Dichtungsspalt anschließenden radial verlaufenden Abschnitt des Lagerspalts durch. Die Pumprillenstrukturen reichen ohne das Vorhandensein einer Ruhezone direkt bis in diesen radialen Abschnitt des Lagerspalts hinein.
  • Der Dichtungsspalt weitet sich in Richtung Lageräußeres an seinem offenen Ende auf. Vorzugsweise erstrecken sich die Pumprillenstrukturen nicht bis in den Bereich der Aufweitung des Dichtungsspalts. Dies verhindert ein Ausfließen des Lagerfluids bei axialer Schockeinwirkung des Lagers im Stillstand. Es kann dennoch vorgesehen sein, dass sich die Pumprillenstrukturen bis in den Bereich der Aufweitung des Dichtungsspalts hinein erstrecken.
  • Die dynamische Pumpdichtung ist durch vorzugsweise spiralförmige Rillenstrukturen gekennzeichnet, welche auf mindestens einer der den Dichtungsspalt bildenden Oberflächen der feststehenden Lagerkomponente oder der drehbaren Lagerkomponente angeordnet sind.
  • Die feststehende Lagerkomponente kann ein erstes Lagerbauteil, eine in dem ersten Lagerbauteil aufgenommene Welle und ein an der Welle angeordnetes zweites, ringförmiges Lagerbauteil aufweisen, wobei die beiden Lagerbauteile in einem gegenseitigen Abstand an der Welle angeordnet sind. Die Welle und das zweite ringförmige Lagerbauteil können dabei ein- oder zweiteilig ausgebildet sein. Das Bauteil der drehbaren Lagerkomponente umfasst eine Nabe mit einer Lagerbuchse, die zwischen den beiden Lagerbauteilen um die Welle drehbar angeordnet ist. Die Lagerbuchse kann als Teil der Nabe ausgebildet sein oder als ein separates, mit der Nabe verbundenes Bauteil.
  • Die Pumprillenstrukturen sind entweder auf einer den Dichtungsspalt begrenzenden zylindrischen äußeren Umfangsfläche des zweiten Lagerbauteils oder auf einer den Dichtungsspalt begrenzenden zylindrischen inneren Umfangfläche der Lagerbuchse angeordnet.
  • Vorzugsweise sind entlang des Lagerspaltes mindestens zwei Radiallager angeordnet, die durch einander angrenzende und durch den Lagerspalt voneinander beabstandete Oberflächen der Welle und der Lagerbuchse gebildet werden. Es ist mindestens ein Axiallager vorgesehen, das durch eine Bodenfläche des ersten Lagerbauteils und eine Stirnfläche der Lagerbuchse gebildet wird. Das beschriebene fluiddynamische Lagersystem ist geeignet zur Drehlagerung eines Spindelmotors, welcher einen Stator und einen Rotor aufweist, wobei der Rotor von einem elektromagnetischen Antriebssystem angetrieben wird. Derartige fluidgelagerte Spindelmotoren werden bevorzugt zum Antrieb von Festplattenlaufwerken, Lüftern oder Laserscannern verwendet. Insbeondere in Festplattenlaufwerken und Laserscannern sind Spindelmotoren mit großer Laufruhe und Laufgenauigkeit gefordert.
  • Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Dabei ergeben sich aus den Zeichnungen und ihrer Beschreibung weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 zeigt einen Schnitt durch einen Spindelmotor mit einem erfindungsgemäßen Lagersystem
  • 2 zeigt einen vergrößerten Schnitt durch die Welle des Lagersystems von 1 mit eingebrachten Pumprillenstrukturen
  • 3 zeigt einen vergrößerten Schnitt durch eine Lagerbuchse mit eingebrachten Pumprillenstrukturen gemäß einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung
  • Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung
  • Die 1 zeigt einen Schnitt durch einen Spindelmotor mit einem fluiddynamischen Lagersystem gemäß der Erfindung.
  • Der Spindelmotor umfasst eine Basisplatte 10, die eine im Wesentlichen zentrale zylindrische Öffnung aufweist, in welcher ein erstes Lagerbauteil 16 aufgenommen ist. Das erste Lagerbauteil 16 ist annähernd topfförmig ausgebildet und umfasst eine Bodenfläche mit einer zentralen Bohrung, in welcher eine Welle 12 befestigt ist. Der Rand des ersten Lagerbauteils 16 erstreckt sich in Richtung des freien Endes der Welle 12. Am Ende der Welle 12 ist ein zweites, ringförmiges Lagerbauteil 18 angeordnet, das vorzugsweise einteilig mit der Welle 12 ausgebildet ist. Die genannten Bauteile 10, 12, 16 und 18 bilden die feststehende Komponente des Lagersystems und des Spindelmotors.
  • Die drehbare Komponente des Lagersystems bzw. Spindelmotors umfasst eine Nabe 14, die einen etwa topfförmigen Querschnitt aufweist. In der Mitte der Nabe 14 ist eine Lagerbuchse 14a einteilig angeformt. Die Lagerbuchse 14a ist in einem durch die Welle 12 und die beiden Lagerbauteile 16, 18 gebildeten Zwischenraum relativ zu diesen Bauteilen um die Drehachse 32 drehbar um die Welle 12 angeordnet.
  • Das zweite Lagerbauteil 18 hat einen im Vergleich zur Welle 12 vergrößerten Durchmesser und ist in einer ringförmigen Aussparung der Nabe 14 angeordnet. Oberflächen der Lagerbuchse 14a sind von angrenzenden Oberflächen der Welle 12 und der beiden Lagerbauteile 16, 18 durch einen beidseitig offenen Lagerspalt 20 voneinander getrennt. Der Lagerspalt 20 ist mit einem Lagerfluid, beispielsweise einem Lageröl, gefüllt.
  • Die Lagerbuchse 14a hat eine zylindrische Bohrung, an deren Innenumfang zwei fluiddynamische Radiallager 22, 24 mit zylindrischen Lagerflächen ausbildet sind, welche durch einen dazwischen angeordneten Separatorspalt 26 in axialer Richtung voneinander getrennt sind. Die Lagerflächen umschließen die stehende Welle 12 in einem Abstand von wenigen Mikrometern unter Bildung eines axial verlaufenden Abschnitts 20b des Lagerspalts 20 und sind mit geeigneten Lagerrillen versehen, so dass sie mit den jeweils gegenüber liegenden Lagerflächen der Welle 12 die beiden fluiddynamischen Radiallager 22 und 24 ausbilden.
  • An das untere Radiallager 24 schließt sich ein erster radial verlaufender Abschnitt 20a des Lagerspalts 20 an, der durch radial verlaufende Lagerflächen der Lagerbuchse 14a und entsprechend gegenüber liegende Lagerflächen des ersten Lagerbauteiles 16 gebildet wird. Diese Lagerflächen bilden ein fluiddynamisches Axiallager 28 mit Lagerflächen in Form von zur Drehachse 32 senkrechten Kreisringen. Das fluiddynamische Axiallager 28 ist durch beispielsweise spiralförmige Lagerrillen gekennzeichnet, die entweder auf der Stirnfläche der Lagerbuchse 14a, der Bodenfläche des ersten Lagerbauteils 16 oder beiden Teilen angebracht werden können. Die Lagerrillen des Axiallagers 28 erstrecken sich vorzugsweise über die ganze Stirnfläche der Lagerbuchse 14a, also vom inneren Rand bis zum äußeren Rand bzw. bis in eine am äußeren Umfang des ersten Lagerbauteils 16 oder der Lagerbuchse 14a eingebrachte Vertiefung. Dadurch ergibt sich eine definierte Druckverteilung im gesamten Axiallagerspalt, und Unterdruckzonen werden vermieden, da der Fluiddruck von einer radial äußeren zu einer radial inneren Position des Axiallagers kontinuierlich zunimmt.
  • An den radialen Abschnitt 20a des Lagerspalts 20 im Bereich des Axiallagers 28 schließt sich ein anteilig mit Lagerfluid gefüllter erster Dichtungsspalt 34 an, der durch eine äußere Umfangsfläche der Lagerbuchse 14a und eine innere Umgangsfläche des ersten Lagerbauteils 16 begrenzt wird und das Ende des Fluidlagersystems an dieser Seite abdichtet. Der Dichtungsspalt 36 umfasst einen gegenüber dem Lagerspalt 20 verbreiterten radial verlaufenden Abschnitt, der in einen sich konisch öffnenden nahezu axial verlaufenden Abschnitt übergeht. Neben der Funktion als kapillare Dichtung dient der Dichtungsspalt 36 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 36 bildenden Umfangsflächen der Lagerbuchse 14a und des Lagerbauteils 16 können im Verlauf in Richtung zur Lageröffnung jeweils leicht in Richtung zur Drehachse 32 nach innen geneigt sein. Dadurch wird das Lagerfluid bei einer Drehung des Lagers aufgrund der auf das Lagerfluid wirkenden Fliehkräfte in das Lagerinnere in Richtung des ersten radialen Abschnitts 20a des Lagerspalts 20 gedrückt.
  • An der anderen Seite des Fluidlagersystems ist die Nabe 14 bzw. die Lagerbuchse 14a im Anschluss an das obere Radiallager 22 so gestaltet, dass sie eine radial verlaufende Fläche ausbildet, die mit einer entsprechend gegenüber liegenden ringfömigen Stirnfläche des zweiten Lagerbauteils 18 einen zweiten radial verlaufenden Abschnitt 20c des Lagerspalts 20 bildet. An den radial verlaufenden Abschnitt 20c des Lagerspalts 20 schließt sich ein axial verlaufender zweiter Dichtungsspalt 36 an, der in die Kapillardichtung 33 übergeht, welche das Fluidlagersystem an diesem Ende abschließt. Der zweite Dichtungsspalt 36 hat größtenteils eine gleich bleibende Spaltbreite, während die Kapillardichtung 33 sich am äußeren Ende mit vorzugsweise konischem Querschnitt aufweitet. Der zweite Dichtungsspalt 36 und die Kapillardichtung 33 werden durch eine innere Umfangsfläche der Nabe 14 und eine äußere Umfangsfläche des zweiten Lagerbauteils 18 begrenzt. Es kann eine ringförmige Abdeckung 42 zur Abdeckung des Dichtungsbereichs vorhanden sein.
  • Entlang des zweiten Dichtungsspalts 36 ist eine dynamische Pumpdichtung 38 angeordnet. Die Pumpdichtung 38 ist durch Pumprillenstrukturen 38a gekennzeichnet, die auf der äußeren Umgangsfläche des zweiten Lagerbauteils 18 angeordnet sind und schräg zur Drehrichtung der Nabe 14 verlaufen. Wenn die Nabe 14 realtiv zum zweiten Lagerbauteil 18 rotiert, erzeugen die Pumprillenstrukturen 38a eine Pumpwirkung auf das im zweiten Dichtungsspalt 36 befindliche Lagerfluid und pumpen dieses in das Lagerinnere in Richtung des zweiten radial verlaufenden Abschnitts 20c des Lagerspalts 20.
  • Im Stillstand des Lagers steht das Lagerfluid im zweiten Dichtungsspalt 36 beispielsweise bei einem oberen Fluidpegel und bildet am aufgeweiteten Ende des Dichtungsspalts der Kapillardichtung 33 einen Fluidmeniskus aus. Wird das Lager in Betrieb genommen, so wird die Pumpdichtung 38 aktiv und die Rillenstrukturen 38a pumpen das im Dichtungsspalt 36 befindliche Lagerfluid in Richtung des radial verlaufenden Abschnitts 20c des Lagerspalts 20. Folglich sinkt das Niveau des Lagerfluids im Dichtungsspalt 36.
  • Die Pumprillenstrukturen 38a sind auf einem zylindrischen Abschnitt der äußeren Umfangsfläche 18a des Lagerbauteils 18 angeordnet und erstrecken sich über einen Großteil der Länge des zweiten Dichtungsspalts 36. Die Pumprillenstrukturen 38a brechen durch die untere Stirnfläche des Lagerbauteils 18 durch. Im Übergangsbereich 41 zwischen der Umfangsfläche 18a und der unteren Stirnfläche des Lagerbauteils 18 ist eine Fase oder ein Radius vorgesehen.
  • Am radial äußeren Ende des radialen Abschnitts 20c des Lagerspalts kann eine Rille 40 in die Oberfläche der Nabe 14 eingearbeitet sein. Diese Rille 40 dient als Ausgleichsvolumen für das Lagerfluid im Falle eines Schocks im Ruhezustand, also bei nicht rotierendem Lager, und verhindert das Entstehen von Unterdruckzonen im Lagerfluid durch auftretende Pumpeffekte.
  • Um eine kontinuierliche Durchspülung des Lagersystems mit Lagerfluid sicherzustellen, ist ein Rezirkulationskanal 30 als axial oder schräg verlaufende Bohrung in der Lagerbuchse 14a ausgebildet. Der Rezirkulationskanal 30 verläuft vorzugsweise in einem spitzen Winkel in Bezug auf die Rotationsachse 32 des Lagersystems. Der Rezirkulationskanal 30 verbindet die beiden radialen Abschnitte 20a, 20c des Lagerspalts 20 zwischen den Lagerbereichen und den Dichtungsbereichen direkt miteinander. Er mündet vorzugsweise im Bereich der Rille 40 im zweiten radialen Abschnitt 20c des Lagerspalts und ferner radial außerhalb des Axiallagers 28, dort wo sich der erste radiale Abschnitt 20a des Lagerspalts 20 verbreitert und in den ersten Dichtungsspalt 34 übergeht. Aufgrund der definierten Pumpwirkung der Lagerrillenstrukturen des Axiallagers 28 und der Radiallager 22, 24 strömt das Lagerfluid ausgehend vom Axiallager 28 über das untere Radiallager 24 zum oberen Radiallager 22 und von dort über den Rezirkulationskanal 30 zurück in den äußeren Bereich des Axiallagers 28, wo der Kreislauf von neuem beginnt. Unterstützt wird die Zirkulation durch die Fliehkraft, die aufgrund der Rotation der Nabe 14 auf das im schrägen Rezirkulationskanal 30 befindliche Lagerfluid wirkt. Die Fliehkraft fördert das Lagerfluid nach unten in Richtung des Axiallagers 28, so dass sich ein stabiler Fluidkreislauf einstellt.
  • Aufgrund der Fliehkraft, die innerhalb der Rezirkulationsbohrung 30 auf das Lagerfluid wirkt, und der spiralrillenförmigen Pumpstrukturen des Axiallagers 28, die das Lagerfluid radial nach innen fördern, ist es ausreichend, wenn nur das untere Radiallager 24 asymmetrische Lagerstrukturen aufweist, die das Lagerfluid überwiegend nach oben pumpen, d. h. die unteren Äste der Radiallagerstrukturen 24a sind geringfügig länger als die oberen Äste der Lagerstrukturen 24a. Die Lagerstrukturen 22a des oberen Radiallagers 22 können dagegen weitgehend symmetrisch ausgebildet sein.
  • Das elektromagnetische Antriebssystem des Spindelmotors umfasst eine an der Basisplatte 10 angeordnete Statoranordnung 44 und einen die Statoranordnung in einem Abstand umgebenden ringförmigen Permanentmagneten 46, der an einer inneren Umfangsfläche der Nabe 14 angeordnet ist.
  • Da der Spindelmotor nur ein einziges fluiddynamisches Axiallager 28 aufweist, das eine Kraft in Richtung des zweiten Lagerbauteils 18 erzeugt, muss eine entsprechende Gegenkraft oder Vorspannkraft am beweglichen Lagerteil vorgesehen werden, die das Lagersystem axial im Gleichgewicht hält. Hierfür kann an der Basisplatte 10 ein ferromagnetischer Ring 48 angeordnet sein, der dem Rotormagneten 46 axial gegenüber liegt und von diesem magnetisch angezogen wird. Diese magnetische Anziehungskraft wirkt entgegen der Kraft des fluiddynamischen Axiallagers 28 und hält das Lager axial stabil. Alternativ oder zusätzlich zu dieser Lösung können die Statoranordnung 44 und der Rotormagnet 46 axial zueinander versetzt angeordnet werden, und zwar so, dass die magnetische Mitte des Rotormagneten 46 axial weiter entfernt von der Basisplatte 10 angeordnet wird als die magnetische Mitte der Statoranordnung 44. Dadurch wird durch das Magnetsystem des Motors eine axiale Kraft aufgebaut, die entgegengesetzt zum Axiallager 28 wirkt.
  • 2 zeigt eine vergrößerte Ansicht der Welle 12 aus 1. Man erkennt das am oberen Ende der Welle angeordnete zweite Lagerbauteil 18. Die zylindrische äußere Umfangsfläche 18a des zweiten Lagerbauteils 18 ist mit Pumprillenstrukturen 38a versehen, die schräg zur Umfangsrichtung angeordnet sind. Die Pumprillenstrukturen 38a verlaufen vom oberen Ende einer zylindrischen Umfangsfläche des Lagerbauteils 18 durchgehend bis zur unteren Kante, wo sie in die untere Stirnfläche des Lagerbauteils 18 durchbrechen.
  • 3 zeigt eine andere Ausgestaltung der Erfindung und insbesondere einen Teilschnitt der Nabe 14 mit Lagerbuchse 14a. In dieser Ausgestaltung sind alle für die Radiallager 22, 24, das Axiallager 28 sowie die Pumpdichtung 38 notwendigen Lagerrillen- bzw. Pumprillenstrukturen an der Nabe 14 bzw. Lagerbuchse 14a angeordnet, was die Herstellung des Lagers und insbesondere der Welle 12 und der Lagerbauteile 16, 18 vereinfacht. Insbesondere die Pumprillenstrukturen 38a sind auf der zylindrischen inneren Umfangsfläche der Nabe 14 angeordnet, die die äußere Begrenzung des Dichtungsspalts 36 bildet.
  • Bezugszeichenliste
  • 10
    Basisplatte
    12
    Welle
    14
    Nabe
    14a
    Lagerbuchse
    16
    erstes Lagerbauteil
    18
    zweites Lagerbauteil
    18a
    zylindrische Umfangsfläche
    20
    Lagerspalt
    20a
    radialer Abschnitt
    20b
    axialer Abschnitt
    20c
    radialer Abschnitt
    22
    Radiallager
    22a
    Radiallagerrillen
    24
    Radiallager
    24a
    Radiallagerrillen
    26
    Separatorspalt
    28
    Axiallager
    30
    Rezirkulationskanal
    32
    Drehachse
    33
    Kapillardichtung
    34
    erster Dichtungsspalt
    36
    zweiter Dichtungsspalt
    38
    Pumpdichtung
    38a
    Pumprillenstrukturen
    40
    Rille
    41
    Übergangsbereich
    42
    Abdeckung
    44
    Statoranordnung
    46
    Rotormagnet
    48
    ferromagnetischer Ring
  • 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 102010047556 A1 [0005]

Claims (16)

  1. Fluiddynamisches Lagersystem, welches aufweist: eine feststehende Lagerkomponente (12, 16, 18), eine drehbare Lagerkomponente (14, 14a), die relativ zur feststehenden Lagerkomponente um eine Rotationsachse (32) drehbar gelagert ist, einen Lagerspalt (20), der zwischen einander gegenüber liegenden Flächen der feststehenden und der drehbaren Lagerkomponenten ausgebildet und mit einem Lagerfluid gefüllt ist, mindestens ein fluiddynamisches Radiallager (22, 24) und mindestens ein fluiddynamisches Axiallager (28), die entlang von Abschnitten (20a, 20b) des Lagerspalts (20) angeordnet sind, mindestens einen Dichtungsspalt (36) zur Abdichtung eines offenen Endes des Lagerspalts (20), mindestens eine dynamische Pumpdichtung (38) mit Pumprillenstrukturen (38a), die entlang eines Abschnitts des Dichtungsspalts (36) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Pumprillenstrukturen (38a) der dynamischen Pumpdichtung (38) entlang des Dichtungsspalts (36) bis in einen Übergangsbereich (41) zwischen dem Dichtungsspalt (36) und einem radial verlaufenden Abschnitt (20c) des Lagerspalts (20) erstrecken.
  2. Fluiddynamisches Lagersystem nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumprillenstrukturen (38a) einen definierten Abstand zum offenen Ende des Dichtungsspalts (36) aufweisen und in den Übergangsbereich (41) münden.
  3. Fluiddynamisches Lagersystem nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Pumprillenstrukturen (38a) über die gesamte Länge des Dichtungsspalts (36) erstrecken.
  4. Fluiddynamisches Lagersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtungsspalt (36) zum offenen Ende des Lagerspalts (20) hin in eine konische Kapillardichtung (33) mündet.
  5. Fluiddynamisches Lagersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Übergangsbereich (41) gebildet ist durch eine Fase oder einen Radius an der axial unteren Kante der zylindrischen Umfangsfläche (18a) des zweiten Lagerbauteils (18).
  6. Fluiddynamisches Lagersystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Übergangsbereich (41) zusätzlich gebildet ist durch eine Rille (40), die im zweiten radialen Abschnitt (20c) des Lagerspalts (20) in die Oberfläche der Nabe (14) eingebracht ist.
  7. Fluiddynamisches Lagersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die feststehende Lagerkomponente ein erstes Lagerbauteil (16), eine in dem ersten Lagerbauteil (16) aufgenommene Welle (12) und ein an der Welle (12) angeordnetes zweites Lagerbauteil (18) aufweist, wobei die Lagerbauteile (16, 18) in einem gegenseitigen Abstand an der Welle (12) angeordnet sind.
  8. Fluiddynamisches Lagersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die drehbare Lagerkomponente eine Nabe (14) mit einer Lagerbuchse (14a) umfasst, die zwischen den beiden feststehenden Lagerbauteilen (16, 18) auf der Welle (12) drehbar angeordnet ist.
  9. Fluiddynamisches Lagersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumprillenstrukturen (38a) auf einer den Dichtungsspalt (36) begrenzenden zylindrischen äußeren Umfangsfläche (18a) des zweiten Lagerbauteils (18) angeordnet sind.
  10. Fluiddynamisches Lagersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, das die Pumprillenstrukturen (38a) auf einer den Dichtungsspalt (36) begrenzenden zylindrischen inneren Umfangfläche der Nabe (14) angeordnet sind.
  11. Fluiddynamisches Lagersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass es mindestens zwei Radiallager (22, 24) umfasst, die gebildet werden durch aneinander angrenzende und durch den axial verlaufenden Abschnitt (20b) des Lagerspalts (20) voneinander beabstandete Oberflächen der Welle (12) und der Lagerbuchse (14a).
  12. Fluiddynamisches Lagersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Axiallager (28) durch eine Bodenfläche des ersten Lagerbauteils (16) und eine Stirnfläche der Lagerbuchse (14a) gebildet wird.
  13. Spindelmotor mit einem Stator und einem Rotor und einem fluiddynamischen Lagersystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12 zur Drehlagerung des Rotors, der von einem elektromagnetischen Antriebssystem angetrieben wird.
  14. Festplattenlaufwerk mit einem Spindelmotor gemäß Anspruch 13.
  15. Lüfter mit einem Spindelmotor gemäß Anspruch 13.
  16. Laserscanner mit einem Spindelmotor gemäß Anspruch 13.
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