DE102016009370A1

DE102016009370A1 - Fluiddynamisches Lagersystem

Info

Publication number: DE102016009370A1
Application number: DE102016009370.6A
Authority: DE
Inventors: Alexander Fehn; Thomas Fuss
Original assignee: Minebea Co Ltd
Current assignee: MinebeaMitsumi Inc
Priority date: 2016-08-03
Filing date: 2016-08-03
Publication date: 2018-02-08

Abstract

Die Erfindung betrifft ein fluiddynamisches Lagersystem für einen Spindelmotor, welches umfasst: Eine feststehende Lagerkomponente mit einem ersten feststehenden Lagerbauteil (12), eine am ersten feststehenden Lagerbauteil (12) angeordnete feststehende Welle (14) und ein an der Welle angeordnetes zweites feststehendes Lagerbauteil (16), eine drehbare Lagerkomponente in Form eines einteiligen oder mehrteiligen Rotorbauteils (18), einen mit einem Lagerfluid gefüllten Lagerspalt (20), der sich zwischen aneinander angrenzenden Oberflächen der feststehenden und der drehbaren Lagerkomponente erstreckt und zwei offene Enden aufweist, und mindestens ein fluiddynamisches Radiallager (22), das entlang eines axial verlaufenden Abschnitts (20a) des Lagerspalts angeordnet ist, wobei ein fluiddynamisches konisches Lager (24) entlang eines konisch verlaufenden Abschnitts (20b) des Lagerspalts vorgesehen ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein fluiddynamisches Lagersystem, insbesondere ein fluiddynamisches Lagersystem zur Drehlagerung eines Spindelmotors, wie es beispielsweise zum Antrieb von Festplattenlaufwerken und Lüftern verwendet wird.
Stand der Technik
Fluiddynamische Lagersysteme zur Drehlagerung von Spindelmotoren der eingangs genannten Art sind in vielfältigen Bauformen bekannt.
Ein fluiddynamisches Lagersystem umfasst mindestens zwei Lagerbauteile, die relativ zueinander um eine Rotationachse drehbar sind, wobei zwischen den Lagerbauteilen ein mit einem Lagerfluid gefüllter Lagerspalt gebildet ist. Eine typische Bauart eines fluiddynamischen Lagersystems umfasst zwei fluiddynamische Radiallager, die in einem axialen Abstand zueinander entlang des Lagerspalts angeordnet sind, sowie mindestens ein fluiddynamisches Axiallager, das sich an die beiden fluiddynamischen Radiallager anschließt.
Die fluiddynamischen Radiallager und fluiddynamischen Axiallager weisen Lagerflächen auf, auf denen Lagerrillenstrukturen angeordnet sind. Wenn sich die Lagerbauteile relativ zueinander drehen, wird das im Lagerspalt befindliche Lagerfluid durch die Lagerrillenstrukturen verdrängt, so dass sich ein hydrodynamischer Druck im Lagerspalt einstellt, der das Lagersystem tragfähig macht, d. h. die Lagerflächen berühren sich nicht, sondern sind durch den Lagerspalt voneinander getrennt.
Eine andere Bauart eines fluiddynamischen Lagersystems umfasst zwei konische fluiddynamische Lager, die sowohl radiale als auch axiale Kräfte aufnehmen und mit denen sehr steife und stabile fluiddynamische Lagersysteme realisiert werden können.
In der modernen Unterhaltungselektronik werden immer kleinere und flachere Festplattenlaufwerke gefordert, so dass auch die fluiddynamischen Lager und Spindelmotoren zum Antrieb dieser Festplattenlaufwerke sehr flach, mit einer Bauhöhe von 7 mm oder weniger, hergestellt werden müssen. Entsprechend flache Spindelmotoren und fluiddynamische Lagersysteme sind bereits bekannt.
Eine bekannte Anordnung eines Spindelmotors mit fluiddynamischem Lagersystem umfasst beispielsweise eine feststehende Welle, die an einem Ende in einer Basisplatte bzw. einem feststehenden Lagerbauteil gehalten ist und auf welcher das Rotorbauteil drehbar gelagert ist. Das Problem bei Spindelmotoren mit sehr geringer Bauhöhe ist, dass die Befestigung der Welle in der Basisplatte bereits einen erheblichen Teil der Bauhöhe des Spindelmotors erfordert, so dass für das eigentliche fluiddynamische Lager nur noch eine sehr geringe Bauhöhe zur Verfügung steht. Zudem hat die Verbindung zwischen Welle und Basisplatte bzw. Lagerbauteil, die beispielsweise vorzugsweise als Pressverbindung ausgebildet ist, eine geringe mechanische Festigkeit und Steifigkeit. Außerdem ist aufgrund der zur Verfügung stehenden geringen axialen Länge des fluiddynamischen Lagers die erreichbare Steifigkeit des Lagersystems begrenzt. Des Weiteren umfasst die Welle eine Gewindebohrung zur Befestigung an einem Gehäuseteil. Diese Gewindebohrung schwächt die Welle und kann beim Eindrehen einer Schraube zu Verformungen der Welle führen.
Es ist bekannt, die Welle mit der Basisplatte bzw. dem feststehenden Lagerbauteil zu verschweißen, um die Lagersteifigkeit zu verbessern, was jedoch wiederum andere Probleme und Nachteile verursacht. Beispielsweise ist für eine Schweißverbindung zwischen Welle und Lagerbauteil bzw. Basisplatte ein relativ aufwendiger Prozess notwendig, und es ist schwierig, die Schweißverbindung ohne eine Verformung der miniaturisierten Bauteile durchzuführen.
Offenbarung der Erfindung
Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein fluiddynamisches Lagersystem, insbesondere für einen Spindelmotor, anzugeben, das bei einer geringen Bauhöhe von 7 mm oder weniger eine verbesserte Steifigkeit und mechanische Stabilität sowie eine einfachere Herstellung erlaubt.
Diese Aufgabe wird durch ein fluiddynamisches Lagersystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Das fluiddynamische Lagersystem umfasst eine feststehende Lagerkomponente mit einem ersten feststehenden Lagerbauteil, eine am ersten feststehenden Lagerbauteil angeordnete feststehende Welle und ein an der Welle angeordnetes zweites feststehendes Lagerbauteil. Des Weiteren ist eine drehbare Lagerkomponente in Form eines einteiligen oder mehrteiligen Rotorbauteils vorhanden, ein mit einem Lagerfluid gefüllter Lagerspalt, der sich zwischen einander angrenzenden Oberflächen der feststehenden und der drehbaren Lagerkomponente erstreckt, und mindestens ein fluiddynamisches Radiallager, das entlang eines axial verlaufenden Abschnitts des Lagerspalts angeordnet ist.
Erfindungsgemäß ist zusätzlich ein fluiddynamisches konisches Lager entlang eines konisch verlaufenden Abschnitts des Lagerspalts vorgesehen.
Gemäß einer ersten Ausgestaltung der Erfindung ist das fluiddynamische konische Lager durch eine konische Lagerfläche des ersten feststehenden Lagerbauteils und eine zugeordnete konische Lagerfläche des Rotorbauteils gebildet. Das fluiddynamische Radiallager ist durch eine zylindrische Lagerfläche der Welle und eine zugeordnete zylindrische Lagerfläche des Rotorbauteils gebildet. Die Lagerflächen des fluiddynamischen konischen Lagers und des fluiddynamischen Radiallagers sind durch einen mit Lagerfluid gefüllten Lagerspalt mit entsprechenden konischen und zylindrischen Abschnitten voneinander getrennt.
Hierbei kann das erste feststehende Lagerbauteil einteilig mit der Welle ausgebildet sein. Das erste feststehende Lagerbauteil kann ebenso als separates Bauteil ausgebildet sein, wobei die Welle dann in einer Bohrung des ersten feststehenden Lagerbauteils befestigt ist.
Das erste feststehende Lagerbauteil bildet einen Kegelstumpf, der die konische Lagerfläche ausbildet.
Bei einer einteiligen Anordnung von Welle und erstem feststehenden Lagerbauteil kann ein zylindrischer Abschnitt der Welle in Verlängerung der Deckfläche des Kegelstumpfes des ersten Lagerbauteils ausgebildet sein.
Die Welle kann aber auch in einer Aufnahmebohrung der Deckfläche des Kegelstumpfes des ersten feststehenden Lagerbauteils befestigt sein, wobei der Durchmesser der Aufnahmebohrung dem Durchmesser der Deckfläche des Kegelstumpfes entspricht.
Die in dem ersten feststehenden Lagerbauteil befestigte Welle ragt nach der Verbindung der beiden Bauteile über die Deckfläche des Kegelstumpfes hinaus und bildet einen zylindrischen Wellenabschnitt.
Gemäß einer anderen Ausgestaltung der Erfindung kann das konische fluiddynamische Lager durch eine konische Lagerfläche des zweiten feststehenden Lagerbauteils und eine zugeordnete konische Lagerfläche des Rotorbauteils gebildet sein. Das fluiddynamische Radiallager ist durch eine zylindrische Lagerfläche der Welle und eine zugeordnete zylindrische Lagerfläche des Rotorbauteils gebildet. Die Lagerflächen des fluiddynamischen konischen Lagers und des fluiddynamischen Radiallagers sind durch einen mit Lagerfluid gefüllten Lagerspalt mit entsprechenden konischen und zylindrischen Abschnitten voneinander getrennt.
In dieser zweiten Ausgestaltung der Erfindung können die Welle und das zweite feststehende Lagerbauteil als ein gemeinsames Wellenbauteil ausgebildet sein, welches einen kegelstumpfförmigen Abschnitt und einen zylindrischen Abschnitt aufweist.
Der kegelstumpfförmige Abschnitt des Wellenbauteils bildet die konischen Lagerflächen, während der zylindrische Abschnitt des Wellenbauteils die Radiallagerflächen ausbildet. Das Rotorbauteil bildet entsprechende konische Lagerflächen und zylindrische Lagerflächen.
Es kann auch vorgesehen sein, dass das zweite feststehende Bauteil als separates Bauteil auf einer zylindrischen Welle befestigt ist.
Hierbei ist das zweite feststehende Bauteil als Kegelstumpf ausgebildet, der die konischen Lagerflächen bildet und von der Seite seiner kleineren Deckfläche auf ein Ende der Welle aufgepresst ist. Hierbei weist das zweite Lagerbauteil auf der Deckfläche eine entsprechende Bohrung zur Aufnahme der Welle auf. Das überstehende Teil der Welle bildet den zylindrischen Abschnitt des Wellenbauteils.
Die Welle kann eine Stufe in Form einer Durchmesserverringerung aufweisen, an welcher ein Rand der Deckfläche des zweiten feststehenden Lagerbauteils anschlägt und somit axial positioniert wird.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist in der drehbaren Lagerkomponente mindestens ein Rezirkulationskanal angeordnet, der einen Abschnitt des Lagerspalts jenseits des fluiddynamischen konischen Lagers mit einem Abschnitt des Lagerspalts jenseits des an das konische Lager angrenzenden fluiddynamischen Radiallagers direkt verbindet.
Da das fluiddynamische konische Lager axiale Kräfte des Lagers lediglich in eine Richtung aufnimmt, ist es notwendig, ein entsprechendes axiales Gegenlager vorzusehen.
Dieses Gegenlager kann als ein fluiddynamisches Axiallager ausgebildet sein, das entweder entlang eines radial verlaufenden Abschnitts des Lagerspalts zwischen entsprechenden Axiallagerflächen des ersten feststehenden Lagerbauteils oder des zweiten feststehenden Lagerbauteils und des Rotorbauteils ausgebildet ist.
Dieses fluiddynamische Axiallager liegt dem fluiddynamischen konischen Lager gegenüber und generiert eine axiale Kraft, die entgegengesetzt zu der durch das konische Lager erzeugten axialen Kraftkomponente gerichtet ist.
Eine andere Möglichkeit, eine axiale Gegenkraft zum fluiddynamischen konischen Lager zu erzeugen, ist die Verwendung einer magnetischen Vorspannung, beispielsweise durch einen ferromagnetischen Zugring, der durch den Rotormagneten des Spindelmotors entsprechend magnetisch angezogen wird und eine Gegenkraft zum konischen fluiddynamischen Lager erzeugt.
Andererseits kann eine magnetische Gegenkraft durch einen axialen Versatz des Rotormagneten in Bezug auf die Statoranordnung des Spindelmotors erzeugt werden.
Die beiden offenen Enden des Lagerspaltes sind vorzugsweise jeweils durch einen kapillaren Dichtungsspalt abgedichtet.
Entlang mindestens eines kapillaren Dichtungsspaltes kann eine dynamische Pumpdichtung angeordnet sein, welche die Dichtwirkung des entsprechenden kapillaren Dichtungsspaltes erhöht und verbessert und vor allem die Schockfestigkeit des Lagers erhöht. Die dynamische Pumpdichtung ist vorzugsweise auf der dem fluiddynamischen konischen Lager gegenüber liegenden Seite des Lagers angeordnet.
Vorzugsweise ist das beschriebene fluiddynamische Lagersystem Teil eines Spindelmotors, der beispielsweise zum Antrieb eines Festplattenlaufwerkes, Laserscanners oder eines Lüfters verwendet werden kann.
Die Vorteile der Erfindung liegen darin, dass ein fluiddynamisches Axiallager und ein fluiddynamisches Radiallager durch ein einziges fluiddynamisches konisches Lager ersetzt werden. Dadurch kann die Bauhöhe des Lagersystems reduziert werden.
Gemäß der ersten Ausgestaltung der Erfindung wird durch das kegelstumpfförmige erste feststehende Lagerbauteil und die Befestigung der Welle in einer Bohrung der Deckfläche des Kegelstumpfes eine große Fügelänge zwischen Welle und dem ersten feststehenden Bauteil erreicht. Auf Grund dieser zur Verfügung stehenden großen Fügelänge werden die Stabilität und die Steifigkeit des Lagersystems verbessert. Anstelle der Fügeverbindung kann beispielsweise auch eine Schraubverbindung eingesetzt werden, da eine ausreichend große Verbindungslänge vorhanden ist.
Die mechanische Verbindung zwischen der Welle und dem ersten feststehenden Bauteil wird sehr stabil und steif und gleichzeitig vergrößert sich die zur Verfügung stehende Lagerspanne zwischen dem Radiallager und dem konischen Lager, da die konischen Lagerflächen des konischen Lagers auf derselben axialen Höhe liegen wie die Fügeverbindung zwischen der Welle und dem ersten Lagerbauteil. Insbesondere ist es nicht mehr notwendig, die Welle mit dem ersten Lagerbauteil zu verschweißen, um die Festigkeit der Verbindung zu erhöhen.
Gemäß einer abgewandelten Ausgestaltung der Erfindung und als weiterer Vorteil können das erste feststehende Lagerbauteil und die Welle als ein gemeinsames Bauteil ausgebildet werden.
Die zweite Ausgestaltung der Erfindung (ab 4), bei der das zweite feststehende Lagerbauteil als kegelstumpfförmiges konisches Bauteil ausgebildet ist, hat den Vorteil, dass ebenfalls die Fügelänge zwischen dem zweiten feststehenden Bauteil und der Welle aufgrund der konischen Form des zweiten Lagerbauteils sehr groß sein kann.
Ein weiterer Vorteil ist, dass das zweite feststehende Lagerbauteil und die Welle als ein gemeinsames Bauteil ausgebildet werden können
Daher ist es auch hier nicht notwendig, einen Schweißprozess oder schwierigen Fügeprozess zwischen Welle und dem zweiten feststehenden Lagerbauteil durchzuführen.
Dadurch wird die Herstellung und Montage des fluiddynamischen Lagers insgesamt sehr einfach, da nur wenige Bauteile notwendig sind.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt einen Schnitt durch einen Spindelmotor mit einer ersten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen fluiddynamischen Lagers.
2 zeigt einen Schnitt durch einen Spindelmotor mit einer im Vergleich zu 1 abgewandelten Ausgestaltung des fluiddynamischen Lagers.
3 zeigt einen Schnitt durch einen Spindelmotor mit einer zweiten Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen fluiddynamischen Lagers.
4 zeigt einen Schnitt durch einen Spindelmotor mit einer dritten Ausgestaltung eines fluiddynamischen Lagers.
5 zeigt eine abgewandelte Ausgestaltung von 4.
Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung
1 zeigt einen Spindelmotor in einer ersten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen fluiddynamischen Lagers.
Der Spindelmotor umfasst eine feststehende Basisplatte 10, auf welcher das fluiddynamische Lager und die Motorkomponenten aufgebaut sind und welche Teil eines Gehäuses zur Aufnahme des Spindelmotors bzw. Festplattenlaufwerkes sein kann.
Die Basisplatte 10 weist eine Öffnung auf, in welche ein erstes feststehendes Lagerbauteil 12 eingesetzt ist.
Das erste Lagerbauteil 12 ist etwa topfförmig ausgebildet mit einer kegelstumpfförmigen Bodenfläche. Die Bodenfläche weist einen zylindrischen äußeren Rand auf, mit welchem das erste Lagerbauteil 12 in die Öffnung der Basisplatte 10 eingesetzt und beispielsweise mit der Basisplatte 10 verklebt ist.
Die Deckfläche des kegelstumpfförmigen Teils des ersten Lagerbauteils 12 weist eine Bohrung auf, in welche eine zylindrische Welle 14 eingepresst ist. Der Durchmesser der Bohrung entspricht dem Durchmesser der Deckfläche.
Ein Ende der Welle ragt über die Deckfläche des ersten Lagerbauteils 12 hinaus. Am freien Ende der Welle 14 ist ein feststehendes zweites Lagerbauteil 16 angeordnet, welches in dem gezeigten Ausführungsbeispiel einteilig mit der Welle 14 ausgebildet und einen axialen Abstand zum ersten Lagerbauteil 12 aufweist.
In dem dargestellten Beispiel ist das zweite Lagerbauteil 16 einteilig mit der Welle 14 ausgebildet und weist einen deutlich größeren Durchmesser auf als der zylindrische Abschnitt der Welle 14. Die Welle 14 weist eine Gewindebohrung 38 auf, mittels welcher die Welle mit einem nicht dargestellten Gehäusebauteil verschraubt werden kann.
Die genannten Bauteile 12, 14 und 16 bilden die feststehenden Lagerkomponenten des Lagersystems.
Die drehbare Lagerkomponente wird gebildet durch ein Rotorbauteil 18, welches eine zentrale Lagerbohrung aufweist, deren Durchmesser geringfügig größer ist als der Durchmesser des zylindrischen Abschnitts der Welle.
Der untere Abschnitt der Lagerbohrung weitet sich konusförmig auf, während das obere Ende der Lagerbohrung in einen ebenfalls zylindrischen Abschnitt mit größerem Durchmesser übergeht, welcher das zweite Lagerbauteil 16 aufnimmt.
Bevor die Welle 14 mit dem ersten Lagerbauteil 12 verbunden wird, wird das Rotorbauteil 18 auf die Welle gesteckt. Dann wird die Welle 14 derart an dem Lagerbauteil 12 befestigt, dass das Rotorbauteil 18 unter Ausbildung eines Lagerspalts 20 drehbar und mit entsprechendem Spiel zwischen den Bauteilen 12, 14 und 16 gehalten ist.
Der Lagerspalt 20 ist mit einem Lagerfluid, beispielsweise einem Lageröl, gefüllt. Der Lagerspalt 20 bildet einen zylindrischen axialen Abschnitt 20a zwischen der äußeren Umfangsfläche der zylindrischen Welle 14 und der inneren Umfangsfläche des zylindrischen Abschnitts der Lagerbohrung des Rotorbauteils 18.
Entlang dieses zylindrischen Abschnitts 20a des Lagerspaltes ist ein fluiddynamisches Radiallager 22 angeordnet. Das fluiddynamische Radiallager 22 umfasst Radiallagerstrukturen, die auf einer der beiden Lagerflächen oder beiden Lagerflächen angeordnet sind.
Die Radiallagerstrukturen sind beispielsweise sinusförmig oder fischgrätenförmig ausgebildet und erzeugen bei einer Drehung des Rotorbauteils 18 um die Welle 14 und die Rotationsachse 40 einen hydrodynamischen Druck im zylindrischen Abschnitt 20a des Lagerspalts.
Zwischen der kegelstumpfförmigen Oberfläche des ersten Lagerbauteils 12 und einer gegenüber liegenden, konisch geformten Oberfläche des Rotorbauteils 18 erstreckt sich ein konischer Abschnitt 20b des Lagerspaltes.
Entlang des konischen Abschnitts 20b des Lagerspaltes ist ein fluiddynamisches konisches Lager 24 angeordnet.
Das fluiddynamische konische Lager 24 umfasst Lagerrillenstrukturen, die auf einer der beiden Lagerflächen oder beiden Lagerflächen angeordnet sind. Die Lagerrillenstrukturen des konischen Lagers 24 sind beispielsweise fischgrätenförmig ausgebildet.
Bei Drehung des Rotorbauteils 18 um die Rotationsachse 40 relativ zum feststehenden Bauteil 12 wird ein hydrodynamischer Druck im konischen Abschnitt 20b des Lagerspalts erzeugt. Die Breite des Lagerspalts 20 in den Abschnitten 20a und 20b beträgt einige Mikrometer bei einem Wellendurchmesser von beispielsweise wenigen Millimetern.
Das fluiddynamische Radiallager 22 nimmt Radialkräfte des Lagers auf, während das fluiddynamische konische Lager 24 sowohl radiale als auch axiale Kräfte aufnimmt.
Ein Vorteil des dargestellten fluiddynamischen Lagers mit einer Kombination eines konischen Lagers mit einem Radiallager ist, dass trotz einer geringen Bauhöhe des gesamten Lagers die Verbindung zwischen der Welle 14 und dem feststehenden Lagerbauteil 12 mechanisch sehr stabil ausgebildet ist, da die Verbindungslänge durch den kegelstumpfförmigen Teil des feststehenden Bauteils 12 im Vergleich zur Länge der Welle 14 sehr groß ist.
Gleichzeitig befindet sich das konische Lager 24 auf derselben axialen Höhe wie die Verbindung zwischen der Welle 14 und dem Bauteil 12, was ebenfalls Bauhöhe einspart.
Dennoch ist der Lagerabstand zwischen dem Radiallager und dem konischen Lager 24 im Vergleich zur Bauhöhe sehr groß, wodurch eine gute Lagersteifigkeit erzielt wird.
Oberhalb des zylindrischen Abschnitts 20a des Lagerspalts bildet der Lagerspalt einen ringförmigen radialen Abschnitt 20c zwischen einer Stirnfläche des Rotorbauteils 18 und einer unteren Stirnfläche des zweiten feststehenden Lagerbauteils 16. Eine ringförmige Rille 25 zum Ende des radialen Abschnitts 20c verbessert den Druckausgleich im Lagerfluid bei einem Schockfall eines nicht rotierenden Lagers.
Am Ende des radialen Abschnitts 20c knickt der Lagerspalt wiederum in axialer Richtung zum Lageräußeren ab und bildet einen kapillaren Dichtungsspalt 28.
Unterhalb des konischen Abschnitts 20b des Lagerspaltes wird ebenfalls ein sehr kurzer radialer Abschnitt 20d zwischen der unteren Stirnfläche des Rotorbauteils 18 und einer Bodenfläche des ersten Lagerbauteils 12 gebildet, wonach sich ein in axialer Richtung zum Rotorbauteil 18 verlaufender kapillarer Dichtungsspalt 26 anschließt.
Die kapillaren Dichtungsspalte 26, 28 dichten den Lagerspalt 20 an seinen offenen Enden gegenüber der Außenumgebung ab.
Der erste kapillare Dichtungsspalt 26 ist begrenzt durch eine äußere Umfangsfläche des Rotorbauteils 18 und eine innere Umfangsfläche des ersten Lagerbauteils 12.
Dieser erste Dichtungsspalt 26 ist etwa parallel zur Rotationsachse 40 angeordnet, im Vergleich zur Bauhöhe relativ lang und besitzt ein relativ großes Volumen. Die beiden den ersten Dichtungsspalt 26 begrenzenden Flächen können beide um wenige Grad nach innen in Richtung der Rotationsachse 40 geneigt sein.
Dieser erste Dichtungsspalt 26 dient als Ausgleichsreservoir und Vorratsvolumen, da während der Lebensdauer des Lagers immer wieder Lagerfluid verdunstet, welches durch den im Dichtungsspalt 26 befindlichen Vorrat ersetzt wird.
Der zweite Dichtungsspalt 28 ist im Vergleich zum ersten Dichtungsspalt 26 relativ kurz ausgebildet und verläuft ebenfalls parallel zur Drehachse 40. Der zweite Dichtungsspalt wird durch eine äußere Umfangsfläche des zweiten Lagerbauteils 16 und eine innere Umfangsfläche des Rotorbauteils 18 begrenzt.
Um die Dichtwirkung des kurzen zweiten Dichtungsspalts 28 zu verbessern, kann entlang des zweiten Dichtungsspalts 28 eine dynamische Pumpdichtung 30 angeordnet sein.
Diese dynamische Pumpdichtung 30 umfasst Pumprillenstrukturen, die bei Drehung des Lagers eine Pumpwirkung auf das im zweiten Dichtungsspalt 28 befindliche Lagerfluid ausüben. Diese Pumpwirkung ist in Richtung des Lagerspaltes 20 gerichtet.
Am Ende und oberhalb des zweiten Dichtungsspaltes 28 ist ein Freiraum 48 vorgesehen, der zum einen als Ausgleichsvolumen für das Lagerfluid dienen kann, aber insbesondere zum Einfüllen des Lagerfluids dient.
Dieser Freiraum 48 ist vorzugsweise durch eine Abdeckung 34 abgedeckt, um das Lager vor Schmutz zu schützen und zu verhindern, dass im Schockfall Lagerfluid aus dem Lager austritt. Die Abdeckung 34 ist an einem umlaufenden Rand des Rotorbauteils 18 befestigt, dreht sich mit dem Rotorbauteil 18 mit und bildet an ihrem inneren Rand zusammen mit dem Außenumfang des zweiten Lagerbauteils 16 eine schmale Spaltdichtung.
Die jeweiligen radialen Abschnitte 20c und 20d des Lagerspaltes 20 sind direkt durch einen Rezirkulationskanal 32 miteinander verbunden, welcher innerhalb des Rotorbauteils 18 schräg zur Rotationsachse 40 verläuft.
Dadurch ist eine Zirkulation des Lagerfluids im Lagersystem möglich. Die Lagerrillenstrukturen des Radiallagers 22 und/oder des konischen Lagers 24 sind derart ausgebildet, dass sie eine überwiegende Pumpwirkung auf das Lagerfluid in Richtung nach oben, also in Richtung des oberen radialen Abschnitts 20c des Lagerspalts 20, erzeugen, von wo aus das Lagerfluid dann in den Rezirkulationskanal 32 eintritt und nach unten fließt bis zum radialen Abschnitt 20d des Lagers, wo es wiederum in den konischen Abschnitt 20b und nachfolgenden axialen Abschnitt 20a eintritt und der Kreislauf von vorne beginnt.
Die Schrägstellung des Rezirkulationskanals 32 unterstützt diesen Fluss, da das im Rezirkulationskanal 32 befindliche Lagerfluid bei Drehung des Rotorbauteils 18 durch Zentrifugalwirkung eine nach unten gerichtete Kraft erfährt und daher im Zirkulationskanal 32 nach unten fließt.
Um die Verdunstung von Lagerfluid aus dem Bereich des unteren Dichtungsspaltes 26 zu reduzieren, ist vorzugsweise zwischen einem Außenumfang des Rotorbauteils 18 und einem Innenumfang eines Randes der Basisplatte 10 ein sehr dünner Luftspalt 36 ausgebildet, der den Fluiddampf zurückhält, so dass dieser nicht in den Motorraum eintritt.
Das Rotorbauteil 18 wird durch ein elektromagnetisches Antriebssystem drehend angetrieben.
Das Antriebssystem besteht aus einer Statoranordnung 42, die am Außenumfang des Randes 10a der Basisplatte angeordnet ist.
Radial außerhalb der Statoranordnung 42 ist im geringen Abstand ein ringförmiger Rotormagnet 44 an einer inneren Umfangsfläche des Rotorbauteils 18 angeordnet.
Unterhalb des Rotormagneten 44 befindet sich ein ferromagnetischer Zugring 46, der vom Rotormagneten 44 magnetisch angezogen wird und auf das Rotorbauteil 18 eine axiale Kraft in Richtung der Basisplatte 10 erzeugt, die der Axiallagerkraft, die durch das konische Lager 24 erzeugt wird, entgegenwirkt und das Lager in axialem Gleichgewicht hält.
Das fluiddynamische konische Lager 24 erzeugt u. a. eine axiale Kraftkomponente, die auf das Rotorbauteil 18 lediglich in Richtung nach oben wirkt, also in Richtung des zweiten Lagerbauteils 16.
Um ein Anschlagen des Rotorbauteils 18 an der Unterseite des zweiten Lagerbauteils 16 zu verhindern, so dass der radiale Abschnitt 20c des Lagerspalts 20 bestehen bleibt, wird durch den Zugring 46 eine axiale Gegenkraft zum fluiddynamischen konischen Lager 24 erzeugt.
Alternativ oder zusätzlich kann die magnetische Gegenkraft durch einen axialen Versatz zwischen der magnetischen Mitte des Rotormagneten 44 und der magnetischen Mitte der Statoranordnung 42 erzeugt werden. Insbesondere ist die magnetische Mitte des Rotormagneten 44 weiter entfernt von der Basisplatte als die magnetische Mitte der Statoranordnung 42. Dadurch ergibt sich eine axiale Kraft zwischen dem Rotormagneten 44 und der Statoranordnung 42, die als Gegenkraft zur axialen Kraft des konischen Lagers 24 dient.
Man erkennt, dass die Fügelänge zwischen der Welle 14 und dem ersten Lagerbauteil 12 sehr groß ist und nahezu die Hälfte der Gesamthöhe des Lagers beträgt. Dadurch ist die mechanische Verbindung zwischen dem ersten Lagerbauteil 12 und der Welle 14 sehr groß und besitzt eine hohe Steifigkeit.
Andererseits ist der verfügbare Lagerabstand vergleichsweise groß, da sich die Verbindung zwischen Welle und Lagerbauteil und das konische Lager auf derselben axialen Höhe befinden und nicht axial nacheinander folgend angeordnet sind, wie es in anderen Bauarten für fluiddynamische Lager notwendig oder vorgesehen ist.
Gemäß einer abgewandelten Ausgestaltung der Erfindung kann entlang des radialen Abschnitts 20c des Lagerspalts 20 ein fluiddynamisches Axiallager 54 angeordnet sein, welches eine axiale Gegenkraft zur axialen Lagerkraft des fluiddynamischen konischen Lagers 24 erzeugt. In diesem Fall kann auf die oben beschriebenen Möglichkeiten der magnetischen Vorspannung verzichtet werden. Andererseits kann die magnetische Vorspannung beibehalten werden und das fluiddynamische Axiallager 54 entlang des radialen Abschnitt 20c des Lagerspalts 20 als Notlager verwendet werden, das derart ausgestaltet ist, dass im Fall eines axialen Schocks eine Berührung der den radialen Anschnitt 20c des Lagerspalts bildenden Lagerflächen verhindert wird.
2 zeigt einen Spindelmotor mit einer gegenüber 1 abgewandelten Ausgestaltung des fluiddynamischen Lagers.
In 2 sind gleiche Bauteile mit denselben Bezugszeichen wie in 1 bezeichnet.
Ein erster Unterschied des Lagersystems von 2 gegenüber 1 ist, dass das erste Lagerbauteil 12 und die Welle 14 von 1 durch ein einteiliges gemeinsames Wellenbauteil 13 ersetzt sind.
Das Wellenbauteil 13 hat generell dieselbe Form wie die Einzelbauteile 12, 14 in 1. Es besitzt einen zylindrischen Abschnitt und einen kegelstumpfförmigen, konischen Abschnitt.
Ein weiterer Unterschied zwischen dem Lagersystem von 2 und dem Lagersystem von 1 ist, dass das zweite feststehende Lagerbauteil 16 als ein von dem Wellenbauteil 13 separates Bauteil ausgebildet ist. Beim Zusammenbau des Lagersystems wird das zweite Lagerbauteil 16 als letztes Bauteil hinzugefügt.
Das zweite Lagerbauteil 16 ist am freien Ende des Wellenbauteils 13 befestigt, vorzugsweise mittels einer Pressverbindung die zusätzlich mit Klebstoff abgedichtet wird.
Am freien Ende kann der zylindrische Abschnitt des Wellenbauteils 13 einen verringerten Durchmesser aufweisen und eine Stufe ausbilden, an welcher das auf das Wellenbauteil 13 aufgepresste zweite Lagerbauteil 16 anschlägt. Somit ist das zweite Lagerbauteil 16 sowohl radial als auch axial auf dem Wellenbauteil 13 positioniert.
Der weitere Aufbau und die Funktion des Lagers bzw. Spindelmotors, der in 2 dargestellt ist, entspricht der Beschreibung von 1.
Das Lagersystem von 2 hat gegenüber 1 eine geringfügig höhere mechanische Festigkeit, da das erste Lagerbauteil und die Welle ein gemeinsames monolithisches Wellenbauteil 13 ausbilden.
Das als axialer Anschlag, also Stopperbauteil wirkende zweite Lagerbauteil 16, ist als separates Bauteil ausgebildet, und daher ist die Verbindung zwischen dem Wellenbauteil 13 und dem zweiten Lagerbauteil 16 nicht so steif wie beispielsweise in 1. Dennoch ist die mechanische Stabilität der Verbindung zwischen dem Wellenbauteil 13 und dem zweiten Lagerbauteil 16 vorhanden, denn das Wellenbauteil 13 wird mit einem nicht dargestellten Gehäusebauteil verschraubt und dadurch wird das zweite Lagerbauteil 16 nach unten gegen die Stufe des Wellenbauteils 13 gedrückt und damit ausreichend stark befestigt.
Ein fluiddynamisches Axiallager 54 kann auch in 2 zwischen einer oberen Stirnfläche des Rotorbauteils 18 und einer gegenüber liegenden unteren Stirnfläche des feststehenden Lagerbauteils 16 ausgebildet sein.
3 zeigt einen Spindelmotor in einer anderen Ausgestaltung eines fluiddynamischen Lagers.
Der Spindelmotor weist gegenüber der 1 und 2 eine größere Bauhöhe auf, beispielsweise 7 mm anstelle von 5 mm. Grundsätzlich ist der Aufbau des Lagersystems und des Spindelmotors von 3 ähnlich dem Aufbau der Lagersysteme und Spindelmotoren der 1 und 2.
Der Spindelmotor umfasst eine Basisplatte 110 mit einer Öffnung, in welcher ein erstes feststehendes Lagerbauteil 112 aufgenommen ist.
Dieses erste Lagerbauteil 112 ist im Querschnitt etwa topfförmig mit einer massiven Bodenfläche und einem umlaufenden äußeren Rand ausgebildet.
Ein Ende des zylindrischen Abschnitts eines Wellenbauteils 115 ist in der Bohrung des ersten Lagerbauteils 112 befestigt, beispielsweise mittels einer Pressverbindung, die zusätzlich mit Klebstoff abgedichtet wird. Das Wellenbauteil 115 weist am anderen Ende einen konischen Abschnitt auf, dessen Durchmesser sich in Richtung des Endes vergrößert.
Zwischen dem Wellenbauteil 115 und dem Innenumfang des zylindrischen Abschnitts einer Lagerbohrung des Rotorbauteils 118 wird ein axial verlaufender zylindrischer Abschnitt 120a des Lagerspalts 120 gebildet, während zwischen dem Außenumfang des konischen Abschnitts des Wellenbauteils 115 und einer konischen Aussparung im Rotorbauteil 118 ein konisch verlaufender Abschnitt 120b des 120 Lagerspalts gebildet wird.
Entlang des axialen Abschnitts des Lagerspalts 120a ist ein fluiddynamisches Radiallager 122 vorgesehen, während entlang des konischen Abschnitts 120b des Lagerspalts 120 ein fluiddynamisches konisches Lager 124 vorgesehen ist.
Zwischen den beiden fluiddynamischen Lagern 122, 124 kann ein sogenannter Separatorspalt 121 angeordnet sein, d. h., der Lagerspalt weitet sich in diesem Bereich zwischen den fluiddynamischen Lagern 122, 124 deutlich auf, was insbesondere die Lagerreibung reduziert.
Der axiale Abschnitt 120a des Lagerspalts 120 grenzt an einen ersten, radial verlaufenden ringförmigen Abschnitt 120d des Lagerspalts, der einen relativ großen Spaltabstand aufweist und begrenzt wird durch eine untere Stirnfläche des Rotorbauteils 118 sowie die obere Bodenfläche des Lagerbauteils 112. Durch den größeren Spaltabstand des Abschnitts 120d wird wiederum die Lagerreibung reduziert.
Der radiale Abschnitt 120d des Lagerspalts 120 wird abgedichtet durch einen ersten kapillaren Dichtungsspalt 126, der axial nach oben in Richtung des anderen Endes des Lagerspalts verläuft und anteilig mit Lagerfluid befüllt ist.
Dieser Dichtungsspalt 126 dient zur Abdichtung des Lagerspalts 120 und gleichzeitig als Ausgleichsvolumen und Fluidreservoir.
Angrenzend an den konischen Abschnitt 120b des Lagerspalts verläuft ein kurzer, radial verlaufender Abschnitt 120c des Lagerspalts 120, bevor dieser in einen zweiten kapillaren Dichtungsspalt 128 übergeht, entlang welchem vorzugsweise eine dynamische Pumpdichtung 130 angeordnet ist.
Am oberen Ende des zweiten Dichtungsspalts 128 ist ein Freiraum 148 vorgesehen, der insbesondere zum Einfüllen des Lagerfluids in den Lagerspalt verwendet wird.
Der Freiraum 148 ist abgedeckt von einer Abdeckung 134, die einen Schutz vor Verschmutzung und Austreten von Lagerfluid bietet.
Auch in dieser Ausgestaltung der Erfindung ist ein Rezirkulationskanal 132 vorgesehen, der im Rotorbauteil 118 schräg zur Drehachse 140 verläuft und der das äußere Ende des radial verlaufenden Abschnitts 120d des Lagerspaltes mit dem Übergangsbereich zwischen dem konischen Abschnitt 120b und dem radial verlaufenden Abschnitt 120c des Lagerspalts 120 direkt miteinander verbindet.
Das im Lagerspalt befindliche Lagerfluid wird durch die Lagerrillenstrukturen der fluiddynamischen Lager 122, 124 in eine bevorzugte Richtung gepumpt.
Ausgehend vom fluiddynamischen Radiallager 122 fließt das Lagerfluid durch den axial verlaufenden Lagerspalt 120a in Richtung des konisch verlaufenden Lagerspalts 120b und wird von dort durch den Rezirkulationskanal 132 in den unteren radial verlaufenden Abschnitt 120d transportiert, wo es wieder zurück zum Radiallager 122 fließt und der Kreislauf von vorne beginnt.
Um zu verhindern, dass das Lagerfluid, das im Dichtungsspalt 126 verdunstet, aus dem Lager austritt, ist zwischen einer äußeren Umfangsfläche des Rotorbauteils 118 und einer inneren Umfangsfläche des Randes 110a der Basisplatte ein schmaler Luftspalt 136 vorgesehen, der ein Entweichen von Lagerfluid verringert.
Im Wellenbauteil 115 ist eine Gewindebohrung angeordnet, mit welcher ein Gehäusebauteil 152 über eine Schraube 150 mit dem Wellenbauteil 115 verschraubt werden kann, sodass das Wellenbauteil 115 an beiden Enden stabil gehalten und befestigt ist. Die Gewindebohrung, die im Bereich des konischen Abschnitts des Wellenbauteils 115 vorgesehen ist, wird die Stabilität des Wellenbauteils 115 nicht wesentlich beeinträchtigen, da eine ausreichende Wandstärke in radialer Richtung im Bereich der Gewindebohrung verbleibt.
Gemäß dieser Ausgestaltung der Erfindung ist das erste feststehende Lagerbauteil 112 separat zum Wellenbauteil 115 ausgebildet. Das Wellenbauteil 115 ist gebildet aus der Welle und dem zweiten Lagerbauteil.
Für den Antrieb des Rotorbauteils 118 ist ein elektromagnetisches Antriebssystem, bestehend aus einer Statoranordnung 142 und einem Rotormagneten 144, vorgesehen.
Die axiale Vorspannung des Lagers, d. h. eine axiale Gegenkraft zu der von dem konischen Lager 124 erzeugten axialen Kraft, wird aufgebracht durch einen axialen Versatz zwischen der magnetischen Mitte des Rotormagneten 144 und der magnetischen Mitte der Statoranordnung 142. Insbesondere ist die magnetische Mitte des Rotormagneten 144 näher positioniert an der Basisplatte 110 als die magnetische Mitte der Statoranordnung 142. Dadurch ergibt sich eine axiale Kraft zwischen dem Rotormagneten 144 und der Statoranordnung 142, die als Gegenkraft zur axialen Kraft des konischen Lagers 124 dient.
Gemäß einer abgewandelten Ausgestaltung der Erfindung kann entlang des radialen Abschnitts 120d des Lagerspalts 120 ein fluiddynamisches Axiallager 154 angeordnet sein, welches eine axiale Gegenkraft zur axialen Lagerkraft des fluiddynamischen konischen Lagers 124 erzeugt. In diesem Fall kann auf die oben beschriebene Möglichkeiten der magnetischen Vorspannung verzichtet werden.
Andererseits kann die magnetische Vorspannung beibehalten werden und das fluiddynamische Axiallager 154 entlang des radialen Abschnitt 120d des Lagerspalts 120 als reines Notlager verwendet werden, das derart ausgestaltet ist, dass im Fall eines axialen Schocks eine Berührung zwischen den Lagerflächen, welche den radialen Abschnitt 120d des Lagerspalts ausbilden, verhindert wird.
4 zeigt eine weitere Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen fluiddynamischen Lagersystems für einen Spindelmotor, das auf einer Basisplatte 210 aufgebaut ist.
In einer Öffnung der Basisplatte 210 ist ein hülsenförmiges feststehendes erstes Lagerbauteil 212 angeordnet, dessen Bodenfläche eine Öffnung aufweist, in welche ein verbreiterter Endabschnitt 214a einer ansonsten zylindrischen Welle 214 gehalten ist.
Der Endabschnitt 214a der Welle 214 ist in die Öffnung des Lagerbauteils 212 eingesetzt und beispielsweise mit dem Lagerbauteil 212 verschweißt. Durch die Schweißverbindung wird eine stabile und steife Verbindung zwischen der Welle 214 und dem ersten Lagerbauteil 212 erreicht.
Am Ende des zylindrischen Abschnitts der Welle 214 ist ein zweites feststehendes Lagerbauteil 216 angeordnet, das beispielsweise auf das Ende der Welle 214 aufgepresst ist und an einer Stufe der Welle 214 anschlägt.
Der Außenumfang der Welle 214 bildet mit einer zylindrischen Lagerbohrung des Rotorbauteils 218 einen axial verlaufenden Abschnitt 220a des Lagerspalts 220 aus, entlang dessen ein fluiddynamisches Radiallager 222 angeordnet ist.
Das konisch geformte zweite Lagerbauteil 216 bildet mit den konischen Flächen des Rotorbauteils 218 ein fluiddynamisches konisches Lager 224 aus.
Die beiden fluiddynamischen Lager 222 und 224 sind durch einen verbreiterten Abschnitt des Lagerspaltes, dem sogenannten Separatorspalt 221, voneinander getrennt.
Der Lagerspalt 220 ist zum Ende eines radial verlaufenden Abschnitts 220d durch einen ersten kapillaren Dichtungsspalt 226 abgedichtet und zum Ende des konisch verlaufenden Abschnitts 220b durch einen zweiten kapillaren Dichtungsspalt 228.
In der Welle 214 ist eine Gewindebohrung angeordnet, mit welcher ein Gehäusebauteil 252 über eine Schraube 250 mit der Welle 214 verschraubt werden kann. Gleichzeitig wird das zweite Lagerbauteil 216 durch das Gehäusebauteil auf die Welle 214 gedrückt.
Für den Antrieb des Rotorbauteils 218 ist ein elektromagnetisches Antriebssystem, bestehend aus einer Statoranordnung 242 und einem Rotormagneten 244, vorgesehen.
Die axiale Vorspannung des Lagers, d. h. eine axiale Gegenkraft zu der von dem konischen Lager 224 erzeugten axialen Kraft, wird aufgebracht durch einen axialen Versatz zwischen der magnetischen Mitte des Rotormagneten 244 und der magnetischen Mitte der Statoranordnung 242. Insbesondere ist die magnetische Mitte der Statoranordnung 242 weiter entfernt von der Basisplatte 210 als die magnetische Mitte des Rotormagneten 244. Dadurch ergibt sich eine axiale Kraft zwischen dem Rotormagneten 244 und der Statoranordnung 242, die als Gegenkraft zur axialen Kraft des konischen Lagers 224 dient.
Es ist ein Rezirkulationskanal 232 vorgesehen, der im Rotorbauteil 218 schräg zur Drehachse 240 verläuft und der das äußere Ende des radial verlaufenden Abschnitts 220d des Lagerspaltes mit dem konischen Abschnitt 220b des Lagerspalts 220 direkt miteinander verbindet.
5 zeigt eine abgewandelte Ausgestaltung des Spindelmotors von 4.
Zur Erzeugung einer axialen Kraftkomponente kann alternativ oder zusätzlich zu der in 4 beschriebenen magnetischen Vorspannung ein fluiddynamisches Axiallager 254 vorgesehen sein. Das fluiddynamische Axiallager kann im Bereich des radial verlaufenden Abschnitts 220d des Lagerspalts 220 vorgesehen sein, und zwar zwischen einer oberen Fläche des verbreiteten Flansches 214a der Welle 214 und einer unteren Stirnfläche des Rotorbauteils 218.
Insbesondere können die Oberflächen des fluiddynamischen konischen Lagers in allen Ausgestaltungen der Erfindung ein sogenanntes „crowning” aufweisen, d. h. mindestens eine Lagerfläche kann leicht gewölbt und leicht ballig ausgebildet sein, sodass Fertigungstoleranzen der Lagerrillenstruktur besser durch das Lager und die Lagerflächen ausgeglichen werden und der Lagerspalt in Größe und Lage besser beeinflusst werden kann.
Bezugszeichenliste

10, 110, 210: Basisplatte
10a, 110a, 210a: Rand der Basisplatte
12, 112, 212: erstes Lagerbauteil
13: Wellenbauteil
14, 214: Welle
214a: Endabschnitt der Welle
115: Wellenbauteil
16, 116, 216: zweites Lagerbauteil
18, 118, 218: Rotorbauteil
20, 120, 220: Lagerspalt
20a, 120a, 220a: axialer Abschnitt (Lagerspalt)
20b, 120b, 220b: konischer Abschnitt (Lagerspalt)
20c, 120c, 220c: radialer Abschnitt (Lagerspalt)
20d, 120d, 220d: radialer Abschnitt (Lagerspalt)
22, 122, 222: fluiddynamisches Radiallager
24, 124, 224: fluiddynamisches konisches Lager
25: Rille
26, 126, 226: Dichtungsspalt
28, 128, 228: Dichtungsspalt
30, 130: Pumpdichtung
32, 132, 232: Rezirkulationskanal
34, 134, 234: Abdeckung
36, 136, 236: Luftspalt
38, 138, 238: Gewindebohrung
40, 140, 240: Drehachse
42, 142, 242: Statoranordnung
44, 144, 244: Rotormagnet
46: Zugring
48, 148, 248: Freiraum
54, 154, 254: fluiddynamisches Axiallager
150, 250: Schraube
152, 252: Gehäuseteil

Claims

Fluiddynamisches Lagersystem für einen Spindelmotor, welches umfasst: eine feststehende Lagerkomponente mit einem ersten feststehenden Lagerbauteil (12, 13, 112, 212), eine am ersten feststehenden Lagerbauteil (12, 112, 212) angeordnete feststehende Welle (14, 115, 214), ein an der Welle angeordnetes zweites feststehendes Lagerbauteil (16, 116, 216), eine drehbare Lagerkomponente in Form eines einteiligen oder mehrteiligen Rotorbauteils (18, 118, 218), einen mit einem Lagerfluid gefüllten Lagerspalt (20, 120, 220), der sich zwischen aneinander angrenzenden Oberflächen der feststehenden und der drehbaren Lagerkomponente erstreckt und zwei offene Enden aufweist, und mindestens ein fluiddynamisches Radiallager (22, 122, 222), das entlang eines axial verlaufenden Abschnitts (20a, 120a, 220a) des Lagerspalts angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein fluiddynamisches konisches Lager (24, 124, 224) entlang eines konisch verlaufenden Abschnitts (20b, 120b, 220b) des Lagerspalts (20, 120, 220) vorgesehen ist.
Fluiddynamisches Lagersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das fluiddynamische konische Lager (24) durch eine konische Lagerfläche des ersten feststehenden Lagerbauteils (12) und eine zugeordnete konische Lagerfläche des Rotorbauteils (18) gebildet ist.
Fluiddynamisches Lagersystem nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste feststehende Lagerbauteil (12) und die Welle (14) einteilig ausgebildet sind und ein Wellenbauteil (13) formen.
Fluiddynamisches Lagersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das fluiddynamische konische Lager (124, 224) durch eine konische Lagerfläche des zweiten feststehenden Lagerbauteils (116, 216) und eine zugeordnete konische Lagerfläche des Rotorbauteils (118, 218) gebildet ist.
Fluiddynamisches Lagersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite feststehende Lagerbauteil (116) und die Welle einteilig ausgebildet sind und ein Wellenbauteil (115) formen.
Fluiddynamisches Lagersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Rotorbauteil (18, 118, 218) mindestens ein Rezirkulationskanal (32, 132, 232) angeordnet ist, der einen Abschnitt (20d, 120b, 120c, 220b) des Lagerspalts radial außerhalb des fluiddynamischen konischen Lagers (24, 124, 224) mit einem radial verlaufenden Abschnitt (20c, 120d, 220d) des Lagerspalts radial außerhalb des an das konische Lager angrenzenden fluiddynamischen Radiallagers (22, 122, 222) direkt verbindet.
Fluiddynamisches Lagersystem nach dem vorangehenden Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass radial außerhalb beider Enden des Rezirkulationskanals (32, 132, 232) jeweils ein kapillarer Dichtungsspalt (26, 28, 126, 128, 226, 228) angeordnet ist.
Fluiddynamisches Lagersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein fluiddynamisches Axiallager (154, 254) entlang des radial verlaufenden Abschnitts (120d, 220d) des Lagerspalts zwischen Axiallagerflächen des ersten feststehenden Lagerbauteils (112) oder Endabschnitts (214a) der Welle und des Rotorbauteils (118, 218) angeordnet ist.
Fluiddynamisches Lagersystem nach einen der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein fluiddynamisches Axiallager (54) entlang eines radial verlaufenden Abschnitts (20c) des Lagerspalts zwischen Axiallagerflächen des zweiten feststehenden Lagerbauteils (16) und des Rotorbauteils (18) angeordnet ist.
Fluiddynamisches Lagersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden offenen Enden des Lagerspalts (20, 120, 220) jeweils durch den kapillaren Dichtungsspalt (26, 126, 226, 28, 128, 228) abgedichtet sind.
Fluiddynamisches Lagersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass entlang mindestens eines kapillaren Dichtungsspalts (28, 128) eine dynamische Pumpdichtung (30, 130) angeordnet ist.
Fluiddynamisches Lagersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein magnetisches Axiallager vorgesehen ist, das dem konischen Lager (24, 124, 224) entgegenwirkt.
Fluiddynamisches Lagersystem nach dem vorangehenden Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das magnetische Axiallager gebildet ist durch einen axial unterhalb des Rotormagneten (44) angeordneten ferromagnetischen Zugring (46), der vom Rotormagneten (44) magnetisch angezogen wird.
Fluiddynamisches Lagersystem nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das magnetische Axiallager gebildet ist durch einen axialen Versatz zwischen der magnetischen Mitte des Rotormagneten (144, 244) und der magnetischen Mitte der Statoranordnung (142, 242), wobei die magnetische Mitte des Rotormagneten (144, 244) gegenüber der magnetischen Mitte der Statoranordnung (142, 242) in Richtung zur Basisplatte (110, 210) axial versetzt angeordnet ist.
Spindelmotor mit einem Stator und einem Rotor, der mittels des fluiddynamischen Lagers gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14 relativ zum Stator drehgelagert ist und ein elektromagnetisches Antriebssystem (42, 142, 242, 44, 144, 244) zum Antrieb des Rotors umfasst.
Festplattenlaufwerk mit einem Spindelmotor gemäß Anspruch 15.
Lüfter mit einem Spindelmotor gemäß Anspruch 15.
Laserscanner mit einem Spindelmotor gemäß Anspruch 15.