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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft einen Spindelmotor mit fluiddynamischem Lagersystem, insbesondere mit einem fluiddynamischen Lagersystem, das einen Lagerspalt mit zwei offenen Enden aufweist.
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Stand der Technik
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Die
DE 10 2014 007 155 A1 offenbart einen Spindelmotor mit fluiddynamischem Lagersystem und einem feststehenden Motorbauteil sowie einem relativ zum feststehenden Motorbauteil mittels des fluiddynamischen Lagersystems drehbar gelagerten Motorbauteil. Das fluiddynamische Lagersystem umfasst einen mit Lagerfluid gefüllten Lagerspalt, der die relativ zueinander drehbar gelagerten Motorbauteile voneinander trennt. Der Lagerspalt weist ein erstes und ein zweites offenes Ende auf, die beispielsweise durch entsprechende Dichtungsmittel, beispielsweise Dichtungsspalte, abgedichtet sind.
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Die beiden offenen Enden des Lagerspalts bzw. der Dichtungsspalte befinden sich relativ weit entfernt voneinander an verschiedenen Seiten des Spindelmotors. Während das eine offene Ende des Lagerspalts über eine relativ kurze Luftstrecke mit der Außenumgebung verbunden ist, ist das andere offene Ende des Lagerspalts in der Regel innerhalb des Spindelmotors angeordnet und daher durch eine relativ lange Luftstrecke mit der Außenumgebung verbunden. Sind auf dem Rotorbauteil des Spindelmotors zusätzlich Speicherplatten eines Festplattenlaufwerks montiert, kann dies die Luftstrecke merklich verlängern.
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Bei einem Durchmesser des Rotorbauteils des Motors von beispielsweise 20–25 mm kann die Länge der Luftstrecke durchaus 10–25 mm betragen.
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Das offene Ende des Lagerspalts bzw. der angrenzenden Dichtungsspalte müssen mit der Außenumgebung verbunden sein, damit ein Druckausgleich stattfinden kann.
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Eine Druckänderung in der Umgebung des Spindelmotors wirkt sich demnach auf die offenen Enden des Lagerspalts aus.
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Da die offenen Enden des Lagerspalts über verschieden lange Wege mit der Außenumgebung verbunden sind, tritt eine Druckänderung in der Außenumgebung zu unterschiedlichen Zeiten an den offenen Enden des Lagerspalts ein. Dadurch können für einen kurzen Zeitraum an den offenen Enden des Lagerspalts stark unterschiedliche Drücke herrschen. Aufgrund der schnellen Ausbreitungsgeschwindigkeit des Luftdrucks spielt der Zeitunterschied bei einer globalen Umgebungsdruckänderung jedoch eine geringere Rolle als der Differenzdruck, welcher aufgrund von länger einwirkenden, lokalen Druckunterschieden entsteht, die unter anderem in Montagevorrichtungen, z. B. durch Vakuum oder in Reinigungsanlagen, z. B. durch CO2-Strahlen auftreten können.
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Ist der Druckunterschied zu groß, kann es vorkommen, dass das Lagerfluid aus dem Lagerspalt herausgedrückt wird und zwar aus dem Ende, an dem ein geringerer Druck herrscht. Dadurch kann das Lager beschädigt oder zerstört werden.
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Besonders häufig ist der Fall, dass das erste offene Ende des Lagerspalts, das sich an der Oberseite des Spindelmotors befindet, mit Druck beaufschlagt wird, während das zweite offene Ende lediglich dem Umgebungsdruck unterliegt.
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Dies kommt z. B. bei der Heliumbefüllung von Festplattenlaufwerken oder insbesondere bei den Reinigungsprozessen des Spindelmotors mittels Druckluft oder CO2 vor.
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Wird beispielsweise die Oberseite des Spindelmotors mit CO2 unter Überdruck gereinigt, so liegt dort ein sehr viel höherer Druck an als auf der anderen Seite des Lagers bzw. des anderen Endes des Lagerspalts und es kann kein oder nur ein verzögerter Druckausgleich erfolgen.
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Wird ein solcher Überdruck auf den Spalt im Bereich der Abdeckung der Oberseite des Lagers aufgebracht und nicht gleichzeitig derselbe Überdruck am anderen offenen Ende des Lagerspalts erwirkt, so ist die Wahrscheinlichkeit groß, dass es zu einem Austreten von Lagerfluid aus dem Lagerspalt kommt.
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Offenbarung der Erfindung
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Es ist die Aufgabe der Erfindung, einen Spindelmotor mit fluiddynamischem Lager zu verbessern, und zwar derart, dass ein schnellerer Druckausgleich zwischen den offenen Enden des Lagerspalts ermöglicht wird.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Spindelmotor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung und weitere vorteilhafte Merkmale sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Der Spindelmotor mit fluiddynamischem Lagersystem umfasst ein feststehendes Motorbauteil und ein relativ zu diesem mittels eines fluiddynamischen Lagersystems drehbar gelagertes Motorbauteil, wobei das fluiddynamische Lagersystem einen mit Lagerfluid gefüllten Lagerspalt mit einem ersten und einem zweiten offenen Ende aufweist und die kürzeste Verbindung zwischen dem ersten offenen Ende des Lagerspalts und der Außenumgebung durch eine Luftstrecke (a') und die kürzeste Verbindung zwischen den beiden offenen Enden des Lagerspalts und der Außenumgebung durch eine Luftstrecke (c') bestimmt sind.
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Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass im drehbaren Motorbauteil mindestens eine Bohrung oder mindestens ein Kanal derart angeordnet ist, dass die Länge der Luftstrecke (a) um mindestens die Hälfte auf eine Länge (a') verkürzt wird.
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Bei herkömmlichen Spindelmotoren gemäß dem Stand der Technik war die Luftstrecke (a) sehr viel länger als die Luftstrecke (b), so dass sich eine Druckveränderung der Außenumgebung unterschiedlich schnell zu den offenen Enden des Lagerspalts fortpflanzte, und dort kurzfristig Druckunterschiede auftraten, die zu einem Austreten des Lagerfluids führen konnten. Auch Differenzdrücke durch länger einwirkende, lokale Druckunterschiede konnten nicht ausgeglichen werden.
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Erfindungsgemäß wird nun die längere Luftstrecke (a) zwischen der Außenumgebung und dem im Lagerinneren liegenden offenen Ende des Lagerspalts deutlich verkürzt, indem im drehbaren Motorbauteil mindestens eine Bohrung oder mindestens ein Kanal angeordnet ist.
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Vorzugsweise sind im drehbaren Motorbauteil mehrere solcher Bohrungen oder Kanäle verteilt angeordnet.
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Durch die kürzere Wegstrecke der Luftstrecke (a') wird ein sehr viel schnellerer Druckausgleich zwischen der Außenumgebung und den zugeordneten offenen Enden des Lagerspalts, insbesondere des im Motorinneren liegenden offenen Ende des Lagerspalts, erreicht.
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Somit kommt es bei einer Druckveränderung der Außenumgebung des Spindelmotors oder bei einseitiger Druckerhöhung an einem Ende des Lagerspalts zu einem sehr viel schnelleren Druckausgleich an den offen Enden des Lagerspalts, und damit verringert sich die Gefahr deutlich, dass Lagerfluid durch den Druckunterschied an einem offenen Ende des Lagerspalts austritt.
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Durch diese zusätzliche Bohrung oder den Kanal wird ein direkter Druckausgleich zwischen den offenen Enden des Lagerspalts mit der Außenumgebung sowie vorzugsweise auch ein direkter Druckausgleich zwischen den Bereichen der offenen Enden des Lagerspalts ermöglicht.
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Ein außerhalb des Spindelmotors vorgesehener kurzzeitiger Überdruck kann durch die Bohrung bzw. den Kanal zu einem schnellen Druckausgleich im Lager führen.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die kürzeste Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten offenen Ende des Lagerspalts durch eine Luftstrecke (c) bestimmt, wobei die mindestens eine Bohrung oder der mindestens eine Kanal derart angeordnet ist, dass die Länge der Luftstrecke (c), also die kürzeste Verbindung zwischen den beiden offenen Enden des Lagerspalts, um mindestens die Hälfte auf eine Länge (c') verkürzt wird.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist das feststehende Motorbauteil eine in einem Lagerbauteil angeordnete Welle auf, die an einem freien Ende ein Stopperbauteil aufweist und das drehbare Motorbauteil einen Rotor bestehend aus einer Lagerbuchse und/oder einer Nabe.
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Das erste und zweite Ende des Lagerspalts sind durch erste und zweite Dichtungsspalte abgedichtet, die durch Oberflächen des drehbaren Motorbauteils und des feststehenden Motorbauteils begrenzt sind. Demnach grenzen die Dichtungsspalte an die Außenumgebung an. Sofern oben stehend oder im Nachfolgenden von „offenen Enden” des Lagerspalts gesprochen wird, sind damit die den entsprechenden Enden des Lagerspalts zugeordneten Dichtungsspalte gemeint.
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Erfindungsgemäß ist die Bohrung oder der Kanal entweder in der Lagerbuchse, der Nabe oder im Bereich einer Verbindungsfläche zwischen der Lagerbuchse und der Nabe angeordnet, falls der Rotor des Spindelmotors aus zwei Teilen besteht.
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Gemäß einer ersten bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung verbindet die Bohrung oder der Kanal eine Stirnfläche des Rotors direkt mit einem durch den Rotor gebildeten Statorraum, wobei ein offenes Ende des Lagerspalts ebenfalls mit dem Statorraum verbunden ist, beispielsweise über einen Luftspalt.
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In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung verbindet die Bohrung oder der Kanal eine an den ersten Dichtungsspalt angrenzende Oberfläche des Rotors direkt mit einer anderen, an den zweiten Dichtungsspalt angrenzenden Oberfläche des Rotors.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann noch vorgesehen sein, dass die Bohrung oder der Kanal eine Stirnfläche des Rotors mit einer an den zweiten Dichtungsspalt angrenzenden Oberfläche des Rotors verbindet.
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Eine direkte Verbindung der beiden offenen Enden des Lagerspalts bzw. der beiden Dichtungsspalte hat den Vorteil, dass ein Überdruck an einem Ende des Lagerspalts bzw. des Dichtungsspalts direkt an das andere Ende des Lagerspalts bzw. den anderen Dichtungsspalt weitergeleitet wird, so dass kein nennenswerter Differenzialdruck zwischen den offenen Enden des Lagerspalts bzw. den beiden Dichtungsspalten entstehen kann.
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Somit kann der Spindelmotor bei der Reinigung, insbesondere auch bei sehr hohen Druckbeanspruchungen widerstehen, ohne dass die Gefahr eines Austretens von Lagerfluid aus dem Lagerspalt gegeben ist.
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Vorzugsweise beträgt der Durchmesser der Bohrung oder des Kanals mindestens 0,2 mm.
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Die Bohrung oder der Kanal kann entweder parallel oder schräg zur Rotationachse verlaufen.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele näher beschrieben.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt einen Schnitt durch einen Spindelmotor gemäß einer ersten Ausgestaltung der Erfindung.
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2 zeigt einen Schnitt durch einen Spindelmotor gemäß einer zweiten Ausgestaltung der Erfindung.
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3 zeigt einen Schnitt durch einen Spindelmotor gemäß einer dritten Ausgestaltung der Erfindung.
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Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung
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1 zeigt einen Spindelmotor mit fluiddynamischem Lager gemäß einer ersten Ausgestaltung der Erfindung. Der Spindelmotor umfasst eine Basisplatte 10, die eine zentrale zylindrische Öffnung aufweist, in welcher ein topfförmiges Lagerbauteil 12 aufgenommen ist. Das Lagerbauteil 12 umfasst einen relativ dicken Boden mit einer zylindrischen Öffnung, in welcher ein Ende einer Welle 14 befestigt ist. An ihrem freien Ende der feststehenden Welle 14 ist ein ringförmiges Stopperbauteil 16 angeordnet, das vorzugsweise einteilig mit der Welle 14 ausgebildet ist. Die vorgenannten Bauteile 10, 12, 14 und 16 bilden das feststehende Motorbauteil, zu welchem auch die nachfolgend beschriebene Statoranordnung 42 gehört.
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Das drehbare Motorbauteil umfasst einen aus einem oder zwei Bauteilen bestehenden Rotor 20. Der Rotor kann aus einer Lagerbuchse 20a und einer Nabe 20b zusammengesetzt sein. In 1 ist die mögliche zweiteilige Ausbildung des Rotors 20 durch die gestrichelten Trennlinien 21 dargestellt. Der als Lagerbuchse 20a ausgebildete Teil des Rotors 20 ist in einem durch die Welle 14 und die beiden Bauteile 12, 16 gebildeten Zwischenraum relativ zu diesen Bauteilen drehbar um eine Drehachse 48 gelagert. Das Stopperbauteil 16 ist in einer ringförmigen Aussparung des Rotors 20 angeordnet und limitiert eine Bewegung des Rotors 20 in axialer Richtung und verhindert somit insbesondere eine Demontage des Lagers im Schockfall. Der Spindelmotor kann beispielsweise zum Antrieb eines Festplattenlaufwerks eingesetzt werden, wobei dann auf der Nabe 20b des Rotors 20 eine oder mehrere Speicherplatten (nicht dargestellt) befestigt sind.
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Das fluiddynamische Lagersystem ist durch aneinander angrenzende Flächen des Rotors 20 und des Lagerbauteils 12, der Welle 14 und des Stopperbauteils 16 gebildet. Die entsprechenden Oberflächen des Rotors 20 sind durch einen beidseitig offenen Lagerspalt 18 von den angrenzenden Oberflächen des Lagerbauteils 12, der Welle 14 und des Stopperbauteils 16 getrennt. Der Lagerspalt 18 ist mit einem Lagerfluid, beispielsweise einem Lageröl, gefüllt.
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Der als Lagerbuchse 20a ausgebildete Teil des Rotors 20 hat eine zylindrische Lagerbohrung, an deren Innenumfang zwei in einem Abstand voneinander angeordnete zylindrische Radiallagerflächen ausbildet sind. Die Radiallagerflächen umschließen die stehende Welle 14 in einem Abstand von wenigen Mikrometern unter Bildung eines axial verlaufenden Abschnitts des Lagerspalts 18. Die Radiallagerflächen der Lagerbuchse 20a sind mit geeigneten Radiallagerrillen versehen, so dass sie mit jeweils gegenüber liegenden Lagerflächen der Welle 14 zwei fluiddynamische Radiallager 22, 24 ausbilden. Zwischen den beiden Radiallagern 22, 24 weist der Lagerspalt 18 eine größere Spaltbreite auf und bildet den sogenannten Separatorspalt 36. Der breitere Separatorspalt 36 reduziert die Lagerreibung in diesem Abschnitt des Lagerspalts. Sobald das Lagersystem in Drehung versetzt wird, baut sich aufgrund von auf das Lagerfluid wirkenden Beschleunigungskräften, die von den Lagerrillenstrukturen generiert werden, im Lagerspalt ein hydrodynamischer Druck auf, der die Lager tragfähig macht.
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An das untere Radiallager 24 schließt sich ein radial verlaufender Abschnitt des Lagerspalts 18 an, der durch radial verlaufende Lagerflächen der Lagerbuchse 20a und entsprechend gegenüber liegende Lagerflächen des Lagerbauteiles 12 begrenzt wird. Diese kreisringförmigen Lagerflächen bilden ein fluiddynamisches Axiallager 34. Das fluiddynamische Axiallager 34 ist beispielsweise durch spiralförmige Axiallagerrillen gekennzeichnet, die entweder auf der Stirnseite der Lagerbuchse 20a, der inneren Bodenfläche des Lagerbauteils 12 oder auf beiden Bauteilen angebracht sind. In einer anderen Ausgestaltung des Axiallagers kann dieses fischgrätartige (herringbone) Axiallagerrillen aufweisen. Die Axiallagerrillen des Axiallagers 34 sind so ausgebildet, dass sie auf das im radial verlaufenden Abschnitt des Lagerspalts 18 befindliche Lagerfluid eine Pumpwirkung überwiegend radial nach innen in Richtung des unteren Radiallagers 24 erzeugen. Dadurch nimmt der Fluiddruck im radial verlaufenden Abschnitt des Lagerspalts 18 von außen nach innen kontinuierlich zu.
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An den radialen Abschnitt des Lagerspalts 18 im Bereich des Axiallagers 34 schließt sich ein anteilig mit Lagerfluid gefüllter erster Dichtungsspalt 26 an. Der Dichtungsspalt 26 dichtet das offene Ende des Lagerspalts 18 an dieser Seite ab. Der erste Dichtungsspalt 26 umfasst einen gegenüber dem Lagerspalt 18 verbreiterten und kurzen radial verlaufenden Abschnitt, der in einen sich konisch öffnenden nahezu axial verlaufenden Abschnitt übergeht, der von einer äußeren Umfangsfläche der Lagerbuchse 20a und einer inneren Umfangsfläche des Lagerbauteils 12 begrenzt wird. Neben der Funktion als kapillare Dichtung dient der Dichtungsspalt 26 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 26 bildenden Flächen an der Lagerbuchse 20a und dem Lagerbauteils 12 können jeweils relativ zur Drehachse 48 nach innen geneigt sein. Dadurch wird das im ersten Dichtungsspalt 26 befindliche Lagerfluid bei einer Drehung des Lagers aufgrund der Fliehkraft radial nach innen in Richtung des Lagerspalts 18 gedrückt. Der radial außerhalb des Axiallagers 34 verlaufende radiale Abschnitt des ersten Dichtungsspalts 26 weist im Bereich der Einmündung eines Rezirkulationskanals 32 eine wesentlich größere Spaltbreite im Vergleich zum Lagerspalt 18 auf. Dieser verbreitete Spalt kann durch eine ringförmige Aussparung oder Stufe am Lagerbauteil 12 und/oder der Lagerbuchse 20a gebildet werden. Durch diesen Abschnitt mit vergrößerter Spaltbreite wird die Gesamtreibung des Lagers reduziert und eine bessere Ausleitung von im Lagerfluid gelösten Luftbläschen aus dem Lagerspalt 18 in den ersten Dichtungsspalt 26 erreicht.
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Auf der anderen Seite des Fluidlagersystems ist die Lagerbuchse 20a im Anschluss an das obere Radiallager 22 so gestaltet, dass es eine radial verlaufende Stirnfläche ausbildet, die mit einer entsprechend gegenüber liegenden Fläche des Stopperbauteils 16 einen radial verlaufenden Spalt bildet. An den radial verlaufenden Spalt schließt sich ein axial verlaufender zweiter Dichtungsspalt 28 an, der das obere offene Ende des Lagerspalts 18 abdichtet. Der zweite Dichtungsspalt 28 wird durch eine innere Umfangsfläche der Lagerbuchse 20a und eine äußere Umfangsfläche des ringförmigen Stopperbauteils 16 begrenzt und weitet sich am äußeren Ende mit vorzugsweise konischem Querschnitt auf. Entlang eines Abschnitts des zweiten Dichtungsspalts 28 ist vorzugsweise eine dynamische Pumpdichtung 30 angeordnet, die durch Pumprillenstrukturen gekennzeichnet ist, welche das im Dichtungsspalt 28 befindliche Lagerfluid in Richtung des Lagerinneren pumpen.
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Der zweite Dichtungsspalt 28 ist vorzugsweise durch eine Abdeckung 50 abgedeckt. Die Abdeckung 50 ist beispielsweise als Stanzteil in Form eines profilierten Blechrings ausgebildet, der einen äußeren Rand aufweist, der auf einen Rand der Lagerbuchse 20a aufgesteckt und zumeist dort festgeklebt ist. Die Abdeckung 50 erstreckt sich radial nach innen in Richtung der Welle 14 und bildet an der Welle 14 einen engen Luftspalt 56, der den durch die Abdeckung 50 gebildeten Hohlraum oberhalb des zweiten Dichtungsspalts 28 mit der Außenumgebung verbindet und einen Druckausgleich gewährleistet.
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Das Lagersystem weist einen Rezirkulationskanal 32 in der Lagerbuchse 20a des Rotors 20 auf. Der Rezirkulationskanal 32 ist Teil des Fluidkreislaufs des Lagersystems und verbindet den radial verlaufenden Spalt zwischen dem oberen Radiallager 22 und dem zweiten Dichtungsspalt 28 direkt mit dem radial verlaufenden Abschnitt des ersten Dichtungsspalts 26 radial außerhalb des Axiallagers 34. Der Rezirkulationskanal 32 dient insbesondere dem fluiden Druckausgleich zwischen den voneinander entfernten Enden des Lagerspalts 18 und ermöglicht eine Zirkulation des Lagerfluids im Lagerspalt 18.
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Das elektromagnetische Antriebssystem des Spindelmotors umfasst eine an der Basisplatte 10 angeordnete Statoranordnung 42 und einen die Statoranordnung 42 in einem radialen Abstand umgebenden, ringförmigen Rotormagneten 44, der an einer inneren Umfangsfläche der Nabe 20b des Rotors 20 angeordnet ist und dort an einer ringförmigen Stufe aufliegt oder an einen Distanzring 43 anliegt, der bevorzugt aus einem nichtmagnetischen Werkstoff, z. B. Aluminium besteht. Der Distanzring 43 ist ebenfalls an der inneren Umfangsfläche der Nabe 20b des Rotors 20 angeordnet und liegt an einer Abdeckfolie 45 auf, welche die Gewindebohrungen 47 im Rotor 20 überdeckt und an der inneren Stirnfläche der Nabe 20b angeordnet ist. Die Abdeckfolie 45, die aus einem Kunststoffwerkstoff, z. B aus einer metallisierten Polyesterfolie, besteht und mit einer Klebeschicht zum Verkleben und Befestigen auf der Kontaktseite mit der Nabe 20b versehen ist, dichtet die Gewindebohrungen 47 im Rotor 20 luftdicht ab und verhindert so, dass Partikel oder Verunreinigungen in den Statorraum 52 eindringen können, die besonders bei der Montage der Speicherplatten auf den Rotor durch das Eindrehen der Befestigungsschrauben in die Gewindebohrungen auftreten können.
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Die Statoranordnung 42 ist an einer äußeren Umfangsfläche eines Randes 10a der Basisplatte angeordnet und in einem Statorraum 52 aufgenommen, der in Form eines Hohlraums im Rotor 20 ausgebildet ist.
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Da der Spindelmotor vorzugsweise nur ein einziges fluiddynamisches Axiallager 34 aufweist, das eine axiale Kraft auf den Rotor 20 in Richtung des ringförmigen Stopperbauteils 16 erzeugt, muss eine entsprechende Gegenkraft oder Vorspannkraft des beweglichen Motorbauteils vorgesehen werden, die das Lagersystem axial im Gleichgewicht hält. Hierfür kann die Basisplatte 10 einen ferromagnetischen Ring 38 aufweisen, der unterhalb des Rotormagneten 44 angeordnet ist und diesem axial gegenüber liegt und von diesem magnetisch angezogen wird. Diese magnetische Anziehungskraft wirkt entgegen der Kraft des Axiallagers 34 und hält das Lager axial stabil. Alternativ oder zusätzlich zu dieser Lösung können die Statoranordnung 42 und der Rotormagnet 44 axial zueinander versetzt angeordnet werden, und zwar so, dass die magnetische Mitte des Rotormagneten 44 axial weiter entfernt von der Basisplatte 10 angeordnet wird als die magnetische Mitte der Statoranordnung 42. Dadurch wird durch das Magnetsystem des Motors eine axiale Kraft aufgebaut, die entgegengesetzt zum Axiallager 34 wirkt.
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Zwischen einer inneren Umfangsfläche des Randes 10a der Basisplatte 10 und einer äußeren Umfangsfläche der Nabe 20b des Rotors 20 ist ein schmaler ringförmiger Luftspalt 46 angeordnet, der den ersten Dichtungsspalt 26 direkt mit dem Statorraum 52 verbindet. Der Luftspalt 46 ist schmal gehalten, damit ein Entweichen von verdampftem Lagerfluid aus dem Bereich des ersten Dichtungsspalts 26 minimiert wird. Der Luftspalt 46 mündet in den Statorraum 52, welcher wiederum über einen ringförmigen Luftspalt 54 mit der Außenumgebung des Spindelmotors verbunden ist. Der Luftspalt 54 verläuft zwischen einer oberen Stirnfläche der Basisplatte 10 und einer unteren Stirnfläche des Rotors 20. Der erste Dichtungsspalt 26 ist somit über den Luftspalt 46, den Statorraum 52 und den weiteren Luftspalt 54 mit der Außenumgebung verbunden, so dass ein Druckausgleich zwischen dem ersten Dichtungsspalt 26 und der Außenumgebung stattfinden kann. Die oben beschriebene Verbindung zwischen dem ersten Dichtungsspalt 26 und der Außenumgebung ist in der Zeichnung durch eine Luftstrecke (a) schematisch dargestellt.
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In gleicher Weise ist der zweite Dichtungsspalt 28 über den ringförmigen Luftspalt 56, der zwischen der Abdeckung 50 und dem Stopperbauteil 16 verläuft, mit der Außenumgebung verbunden, was in 1 durch die Luftstrecke (b) schematisch dargestellt ist.
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Man erkennt, dass die Luftstrecke (a) sehr viel länger ist als die Luftstrecke (b), da der erste Dichtungsspalt 26 über den Statorraum 52 und die beiden Luftspalte 46 und 54 mit der Außenumgebung verbunden ist, während der Dichtungsspalt 28 lediglich über einen kurzen Luftspalt 56 mit der Außenumgebung verbunden ist.
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Wenn sich der Druck in der Außenumgebung schnell ändert, dauert es daher länger, bis sich dieser Druck bis zum ersten Dichtungsspalt 26 fortpflanzt, da die Luftstrecke (a) sehr lang ist, während über die Luftstrecke (b) sehr schnell ein Druckausgleich mit dem zweiten Dichtungsspalt 28 stattfindet.
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Durch diese Verzögerung des Druckausgleichs kann es vorkommen, dass zumindest kurzzeitig ein großer Druckunterschied zwischen dem ersten Dichtungsspalt 26 und dem zweiten Dichtungsspalt 28 besteht, so dass das Lagerfluid durch diesen Druckunterschied aus den Dichtungsspalten bzw. Lagerspalten herausgedrückt werden kann. Dadurch kann das Lager beschädigt werden.
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Erfindungsgemäß ist es daher vorgesehen, eine Bohrung 58 im Rotor 20, vorzugsweise in der Nabe 20b des Rotors, anzuordnen, welche die obere Stirnfläche des Rotors direkt mit der unteren Stirnfläche des Rotors 20 verbindet und im Bereich des Statorraums 52 mündet.
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Durch diese Bohrung 58 bzw. vorzugsweise mehrere Bohrungen 58, die über den Umfang des Rotors 20 verteilt sind, z. B. zwei Bohrungen mit 180° Teilung oder 4 Bohrungen mit 90° Teilung, kann die Luftstrecke (a) deutlich verkürzt werden.
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Es ergibt sich eine alternative und wesentlich verkürzte Luftstrecke (a') zwischen der Außenumgebung und dem ersten Dichtungsspalt 26. Die Luftstrecke (a') verläuft von der oberen Stirnfläche des Rotors 20 durch die Bohrung 58, einen Teil des Statorraums und weiter über den Luftspalt 46 bis hin zum ersten Dichtungsspalt 26.
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Die Luftstrecke (a') ist deutlich kürzer als die Luftstrecke (a), vorzugsweise mindestens um die Hälfte kürzer.
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Ohne die Bohrung 58 ist die kürzeste Verbindung zwischen dem ersten Dichtungsspalt 26 und dem zweiten Dichtungsspalt 28 durch die Luftstrecke (c) gegeben, wie es in 1 dargestellt ist.
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Durch die Bohrung 58 wird diese kürzeste Verbindung zwischen den beiden Dichtungsspalten 26, 28 ebenfalls um mindestens die Hälfte reduziert, wie es schematisch durch die Luftstrecke (c') dargestellt ist. Eine Druckänderung im Umgebungsbereich des einen Dichtungsspalts kann somit sehr viel schneller an den anderen Dichtungsspalt weitergeleitet werden, ohne den Umweg über die lange Luftstrecke (c).
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In 1 kann anstelle der Bohrung 58 beispielsweise auch mindestens ein Kanal 64 im Verbindungsbereich einer schematisch dargestellten Trennlinie 21 zwischen der Lagerbuchse 20a und der Nabe 20b vorgesehen sein. Die Trennline 21 kann entweder parallel oder schräg zur Rotationachse verlaufen. In 1 können anstelle der Bohrung 58 und anstelle der Sacklochbohrungen 49 im Rotor 20 eine oder mehrere Durchgangsbohrungen vorgesehen sein. Die Abdeckfolie 45 ist dann in einer luftduchlässigen Ausführung, z. B. aus einer feinmaschigen Netzstruktur vorzusehen, die das Eindringen von Partikeln in den Statorraum verhindert, jedoch den Druckausgleich zwischen den Dichtungsspalten ermöglicht.
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2 zeigt einen Spindelmotor, der in seinem Aufbau identisch ist zum Spindelmotor von 1, wobei jedoch die Bohrung 58 im Rotor 20 nicht vorhanden ist.
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Stattdessen ist eine Bohrung 60 vorgesehen, die eine an dem ersten Dichtungsspalt 26 angrenzende Oberfläche des Rotors 20 direkt mit einer anderen, an den zweiten Dichtungsspalt 28 angrenzenden Oberfläche des Rotors 20 verbindet.
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Die Bohrung 60 mündet einerseits direkt oberhalb des ersten Dichtungsspalts 26 und andererseits in einen Hohlraum oberhalb des zweiten Dichtungsspalts 28, der von der Abdeckung 50 abgedeckt wird.
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Durch diese Bohrung 60 wird einerseits die Luftstrecke (a) auf mindestens die Hälfte auf eine Luftstrecke (a') verkürzt, und auch die Luftstrecke (c) wird auf mindestens die Hälfte auf eine Luftstrecke (c') verkürzt.
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Die Ausgestaltung von 2 hat gegenüber der Ausgestaltung von 1 noch den Vorteil, dass ein lokaler Überdruck beispielsweise im Bereich des zweiten Dichtungsspalts 28, der beispielsweise durch eine Druckluftreinigung oder CO2-Reinigung entstehen kann, dessen Reinigungsstrahl auf den Bereich der Abdeckung 50 gerichtet ist, über den Luftspalt 56 durch die Bohrung 60 unmittelbar in den Bereich des ersten Dichtungsspalts 26 weitergeleitet wird, so dass sich umgehend ein Druckausgleich zwischen den beiden Dichtungsspalten 26, 28 ergibt.
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3 zeigt einen Spindelmotor, der identisch zu den Spindelmotoren von 1 und 2 aufgebaut ist, wobei jedoch anstelle der Bohrungen 58 bzw. 60 nun eine Bohrung 62 im Rotor 20 vorgesehen ist.
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Ferner ist die Abdeckung 50' im Durchmesser etwas größer ausgebildet als die Abdeckung 50 in 1 und 2, wobei die Bohrung 62 in den vergrößerten Hohlraum unterhalb der Abdeckung 50' im Bereich des zweiten Dichtungsspalts 28 mündet und andererseits wiederum in den Hohlraum oberhalb des ersten Dichtungsspalts 26 mündet, so dass eine direkte Verbindung zwischen den Öffnungen des ersten und zweiten Dichtungsspalts 26, 28 gegeben ist.
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Diese direkte Verbindung durch die Bohrung 62 verkürzt die Luftstrecken (a) und (c) erheblich auf die Länge der Luftstrecken (a') und (c'), die in dieser Ausgestaltung etwa gleich lang ausgebildet sind.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Basisplatte
- 12
- Lagerbauteil
- 14
- Welle
- 16
- Stopperbauteil
- 18
- Lagerspalt
- 20
- Rotor
- 20a
- Lagerbuchse
- 20b
- Nabe
- 21
- Trennlinie
- 22
- Radiallager
- 24
- Radiallager
- 26
- erster Dichtungsspalt
- 28
- zweiter Dichtungsspalt
- 30
- Pumpdichtung
- 32
- Rezirkulationskanal
- 34
- Axiallager
- 36
- Separatorspalt
- 38
- ferromagnetischer Ring
- 42
- Statoranordnung
- 43
- Distanzring
- 44
- Rotormagnet
- 45
- Abdeckfolie
- 46
- Luftspalt
- 47
- Gewindebohrung
- 48
- Drehachse
- 49
- Sacklochbohrung
- 50
- Abdeckung
- 50'
- Abdeckung
- 52
- Statorraum
- 54
- Luftspalt
- 56
- Luftspalt
- 58
- Bohrung
- 60
- Bohrung
- 62
- Bohrung
- 64
- Kanal
- a
- Luftstrecke
- a'
- Luftstrecke verkürzt
- b
- Luftstrecke
- c
- Luftstrecke
- c'
- Luftstrecke verkürzt
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102014007155 A1 [0002]
