DE102016013611A1

DE102016013611A1 - Fluiddynamisches konisches Lagersystem

Info

Publication number: DE102016013611A1
Application number: DE102016013611.1A
Authority: DE
Inventors: Igor Ross; Thomas Fuss; Martin Bauer
Original assignee: Minebea Co Ltd
Current assignee: MinebeaMitsumi Inc
Priority date: 2016-11-15
Filing date: 2016-11-15
Publication date: 2018-05-17

Abstract

Die Erfindung betrifft ein fluiddynamisches konisches Lagersystem mit einem ersten und einem zweiten fluiddynamischen konischen Lager, die entlang einer feststehenden Welle (12) angeordnet und durch einen Separatorspalt (34) voneinander getrennt sind. Jedes der beiden fluiddynamischen konischen Lager umfasst einen an der Welle (12) angeordneten Lagerkonus (14, 114) mit konischen Lagerflächen sowie ein konisches Gegenlager, das in einer Lagerbuchse (16a) angeordnet ist, die mit einem Rotorbauteil (16) verbunden ist. Das konische Lager und das konische Gegenlager sind durch einen mit einem Lagerfluid gefüllten Lagerspalt (20, 120) voneinander getrennt, der ein äußeres Ende aufweist, das durch einen äußeren Dichtungsspalt (22, 122) abgedichtet ist, Der Lagerspalt (20, 120) hat ein inneres Ende, das durch einen inneren Dichtungsspalt (28, 128) abgedichtet ist, wobei entlang des inneren Dichtungsspalts (28, 128) eine dynamische Pumpdichtung (30, 130) angeordnet ist, die Pumprillenstrukturen (30a, 130a) umfasst, Erfindungsgemäß enden die Pumprillenstrukturen (30a, 130a) der dynamischen Pumpdichtung (30, 130) in einem Abstand d zu dem Separatorspalt (34).

Description

Die Erfindung betrifft ein fluiddynamisches konisches Lagersystem nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Ein fluiddynamisches konisches Lagersystem ist beispielsweise in der DE 10 2011 016 888 A1 offenbart.
Das dort beschriebene fluiddynamische konische Lagersystem umfasst ein erstes fluiddynamisches konisches Lager und ein dem ersten fluiddynamischen konischen Lager entgegenwirkendes zweites fluiddynamisches konisches Lager, wobei die beiden fluiddynamischen konischen Lager entlang einer feststehenden Welle angeordnet und durch einen Separatorspalt voneinander getrennt sind.
Jedes der beiden konischen fluiddynamischen Lager besteht aus einem an der Welle angeordneten Lagerkonus mit konischen Lagerflächen sowie einem in einem Rotorbauteil angeordneten konischen Gegenlager. Die Lagerflächen sind durch einen mit einem Lagerfluid gefüllten Lagerspalt voneinander getrennt. Der Lagerspalt umfasst jeweils ein äußeres Ende und ein inneres Ende, wobei das äußere Ende durch einen äußeren Dichtungsspalt und das innere Ende durch einen inneren Dichtungsspalt abgedichtet sind, wobei entlang des inneren Dichtungsspalts eine dynamische Pumpdichtung angeordnet ist, die Pumprillenstrukturen umfasst. Diese Pumprillenstrukturen erstrecken sich bis zum Ende der inneren Dichtungsspalte, die an den Separatorspalt angrenzen.
Insbesondere ist vorgesehen, dass die Enden der Pumprillenstrukturen bis in den Separatorspalt durchbrechen bzw. bis in den Bereich einer konischen Kapillardichtung, die zwischen Separatorspalt und Dichtungsspalt angeordnet ist.
Es hat sich herausgestellt, dass bei einem starken axialen Schock auf das fluiddynamische Lager das Lagerfluid im Lagerspalt durch die Verschiebung zwischen dem feststehenden und dem beweglichen Lagerbauteil beschleunigt wird und insbesondere über die Pumprillenstrukturen der dynamischen Pumpdichtung in den Bereich des Separatorspalts austreten kann.
Falls Lagerfluid über die Pumprillenstrukturen der Pumpdichtung in den Separatorspalt austritt, ist dieses Lagerfluid für das entsprechende Lager verloren und kann die Lebensdauer des Lagers verringern, da dieses Lagerfluid aus dem vorgesehenen Fluidreservoir ersetzt werden muss.
Auch durch Druckunterschiede zwischen den Öffnungen des Lagerspalts bzw. der Dichtungsspalte, wie sie beispielsweise während der Produktion bei der Reinigung der Grundplatte mit dem montierten Rotorbauteil mittels Druckluft entstehen, kann Lagerfluid aus dem Bereich des Lagerspalts bzw. der Dichtungsspalte herausgedrückt werden.
Durch die relativ tiefen Rillen der Pumprillenstrukturen und die dadurch geringere Oberflächenspannung zwischen Lagerfluid und Lagerbauteil wird ein Austreten, insbesondere in den Bereich des Separatorspalts, erleichtert.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein fluiddynamisches konisches Lager derart zu verbessern, dass dessen Schockfestigkeit und der Lagerwiderstand, d. h. die Resistenz gegen Druckunterschiede an den Öffnungen des Lagers, verbessert werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein fluiddynamisches konisches Lager mit den Merkmalen des Anspruchs 1 oder den Merkmalen des Anspruchs 2 gelöst.
In einer ersten Ausgestaltung der Erfindung gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 ist es vorgesehen, dass die entlang des inneren Dichtungsspalts angeordneten Pumprillenstrukturen der dynamischen Pumpdichtung in einem Abstand (d) zum Separatorspalt enden.
Somit reichen die Pumprillenstrukturen der Pumpdichtung nicht bis an das Ende des inneren Dichtungsspalts und brechen insbesondere nicht in den Separatorspalt durch bzw. sie brechen nicht durch eine am Ende des inneren Dichtungsspalts angeordnete konische Kapillardichtung durch.
Dadurch, dass die Pumprillenstrukturen nicht bis zum Separatorspalt reichen, wird dem in Richtung des Separatorspalts fließenden Lagerfluid ein größerer Widerstand entgegengesetzt, da am Ende des Dichtungsspalts zwischen dem Außenumfang der Welle und dem Innenumfang der Lagerbuchse ein relativ schmaler Abschnitt des Dichtungsspalt gebildet ist, der wesentlich schmaler ist als die Tiefe der Pumprillenstrukturen. Dadurch werden die Schockfestigkeit des Lagers und insbesondere auch der Lagerwiderstandsdruck, also der dem Lager zumutbare Differenzdruck an den Lageröffnungen, deutlich erhöht.
In einer zweiten Ausgestaltung der Erfindung gemäß dem unabhängigen Anspruch 2 ist es vorgesehen, dass zwischen dem der Pumpdichtung benachbarten Ende des Lagerkonus sowie der Pumpdichtung eine umlaufende Nut oder Auskehlung innerhalb der Welle oder der Lagerbuchse angeordnet ist
Durch diese Nut oder Auskehlung wird insbesondere die Vibrationsfestigkeit des Lagersystems verbessert. Durch Vibrationen wird das Lagerfluid im Lagerspalt und im Rezirkulationskanal in Bewegung versetzt. Durch die Nut oder Auskehlung wird die Strömungsgeschwindigkeit des Lagerfluids verringert.
Vorzugsweise ist ein Rezirkulationskanal vorgesehen, der den äußeren Dichtungsspalt mit dem inneren Dichtungsspalt direkt verbindet und der durchgehend mit Lagerfluid gefüllt ist. Das innere Ende des Rezirkulationskanals kann in die umlaufende Nut oder Auskehlung münden.
Der Rezirkulationskanal weist vorzugsweise einen schräg zur Drehachse oder radial verlaufenden Abschnitt und einen axial verlaufenden Abschnitt auf. Das innere Ende des axial verlaufenden Abschnitts des Rezirkulationskanals mündet vorzugsweise in die umlaufende Nut oder Auskehlung.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der Querschnitt der umlaufenden Nut oder Auskehlung größer als der Querschnitt des axial verlaufenden Abschnitts des Rezirkulationskanals.
Ferner ist vorzugsweise ein axialer Abstand zwischen der Nut oder Auskehlung und dem Beginn der dynamischen Pumpdichtung vorgesehen.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass der innere Dichtungsspalt eine konische Kapillardichtung umfasst, die zwischen dem Abstand (d) und dem Separatorspalt angeordnet ist.
Die konische Kapillardichtung ist vorzugsweise zwischen dem Abstand (d) des inneren Dichtungsspalts und dem Separatorspalt angeordnet, d. h. zwischen der dynamischen Pumpdichtung und der konischen Kapillardichtung ist der Abstand (d) vorgesehen.
Der innere Dichtungsspalt ist mit dem Lagerfluid gefüllt, während der Separatorspalt frei von Lagerfluid ist.
Um die Widerstandskraft gegen axialen Schock bzw. den Lagerdruckwiderstand weiter zu vergrößern, kann es in einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass zwischen dem Ende der Pumprillenstrukturen und dem Abstand (d) des inneren Dichtungsspalts eine Nut oder Rille angeordnet ist.
Diese Nut oder Rille kann entweder in der Oberfläche der Welle oder der gegenüberliegenden Oberfläche der Lagerbuchse oder in beiden Oberflächen angeordnet sein.
Diese Rille ist insbesondere hilfreich bei Vibrationen, die auf das Lager wirken und bei denen die Lagerbauteile wie eine Pumpe wirken, bei der das Lagerfluid, insbesondere in Richtung des Separatorspalts, gefördert wird.
Durch diese Rille zwischen dem Lagerspalt bzw. der Pumpdichtung und dem Separatorspalt wird das sich im Dichtungsspalt bewegende Fluid aufgefangen und in der Rille gehalten.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Enden der Pumprillenstrukturen in diese Nut oder Rille münden.
Jenseits dieser Nut oder Rille ist der Abstand (d) angeordnet, wonach der innere Dichtungsspalt vorzugsweise in der konischen Kapillardichtung endet.
Die Nut oder Rille ist also zusätzlich zum Abstand (d) angeordnet und verkürzt diesen vorzugsweise nicht.
Die Spaltbreite (g) des inneren Dichtungsspalts beträgt vorzugsweise weniger als 0,02 mm.
Erfindungsgemäß ist der Abstand (d) mindestens 3 Mal so groß wie die Spaltbreite (g) des inneren Dichtungsspalts. In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann der Abstand (d) größer oder gleich 0,1 mm sein.
Das erfindungsgemäße fluiddynamische konische Lagersystem ist insbesondere geeignet zur Drehlagerung eines Spindelmotors mit einem Stator, einem Rotor und einem elektromagnetischen Antriebssystem.
Mit einem solchen Spindelmotor kann beispielsweise ein Festplattenlaufwerk, ein Lüfter oder ein Laserscanner angetrieben werden.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Hieraus ergeben sich weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung.

1 zeigt einen Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Spindelmotors mit zwei konischen fluiddynamischen Lagern.
2 zeigt einen vergrößerten Schnitt durch ein erfindungsgemäßes konisches Lager.
3 zeigt einen vergrößerten Schnitt durch ein konisches Lager in einer abgewandelten Ausgestaltung der Erfindung.
4 zeigt einen vergrößerten Schnitt durch ein konisches Lager in einer abgewandelten Ausgestaltung der Erfindung.

Der Spindelmotor von 1 kann vorzugsweise zum Antrieb eines Festplattenlaufwerkes mit mehreren Speicherplatten eingesetzt werden.
Der Spindelmotor umfasst eine Basisplatte 10 mit einer Bohrung, in welcher eine Welle 12 aufgenommen ist. Die Welle 12 ist vorzugsweise mittels einer Presspassung in der Basisplatte 10 befestigt.
Das fluiddynamische Lagersystem ist als fluiddynamisches konisches Lagersystem mit zwei gegeneinander wirkenden fluiddynamischen konischen Lagern ausgebildet. An der Welle 12 sind in einem gegenseitigen axialen Abstand zwei Lagerkonusse 14, 114 angeordnet. Das obere freie Ende der Welle 12 weist eine Gewindebohrung auf und kann mittels einer in die Gewindebohrung eingedrehten Schraube mit einem feststehenden Bauteil (nicht dargestellt) verbunden sein, welches beispielsweise ein Gehäusebauteil des Festplattenlaufwerks sein kann. Die Basisplatte 10, die Welle 12 und die beiden Lagerkonusse 14, 114 bilden die feststehende Komponente des fluiddynamischen Lagersystems. Zusammen mit einer elektrischen Statoranordnung 36 bilden sie das feststehende Motorbauteil des Spindelmotors.
Jeder Lagerkonus 14, 114 besitzt eine konusförmige, schräg zur Drehachse 42 angeordnete Lagerfläche. Ein Rotorbauteil 16 ist um die Drehachse 42 relativ zu den Lagerkonussen 14, 114 drehbar angeordnet. Das Rotorbauteil 16 umfasst ein als Lagerbuchse 16a ausgebildetes inneres Teil, das konische und schräg zur Drehachse 42 angeordnete Lagerflächen aufweist, die den Lagerflächen der Lagerkonusse 14, 114 jeweils gegenüberliegen. Bei der Montage des Lagers wird beispielsweise der untere Lagerkonus 114 auf die Welle 12 montiert, dann wird das Rotorbauteil 16 über die Welle 12 gesteckt und schließlich der Lagerkonus 14 in einem festgelegten axialen Abstand zum unteren Lagerkonus 114 auf die Welle 12 montiert. Die Montage erfolgt so, dass die einander gegenüberliegenden Lagerflächen der Lagerkonusse 14, 114 und der Lagerbuchse 16a des Rotorbauteils 16 jeweils durch einen ringförmigen Lagerspalt 20, 120 definierter Breite voneinander getrennt sind. Die Lagerspalte 20, 120 haben eine Breite von wenigen Mikrometern und sind mit einem Lagerfluid, beispielsweise einem Lageröl, gefüllt.
Die Lagerspalte 20, 120 der beiden konischen Lager sind nicht miteinander verbunden, sondern weisen jeweils ein oberes und ein unteres offenes Ende auf, die mit der Außenumgebung des Lagers verbunden sind. Die jeweils außen liegenden Enden der Lagerspalte 20, 120 münden jeweils in Richtung des unteren bzw. oberen Endes der Welle 12, während die innen liegenden Enden der Lagerspalte 20, 120 innerhalb des Lagers in einen Separatorspalt 34 münden, der zwischen dem Außenumfang der Welle 12 und einem Innenumfang der Lagerbuchse 16a angeordnet ist. Der Separatorspalt 34 ist beispielsweise durch einen am Außenumfang der Welle 12 und/oder am Innenumfang der Lagerbuchse 16a vorgesehenen Freistich gebildet.
Die jeweiligen Enden der Lagerspalte 20, 120 sind durch Dichtungen, vorzugsweise Kapillardichtungen in Form von äußeren Dichtungsspalten 22, 122 und inneren Dichtungsspalten 28, 128 abgedichtet. Die Dichtungsspalte 22, 122 und 28, 128 sind zumindest teilweise mit Lagerfluid gefüllt.
Die Lagerflächen der Lagerkonusse 14, 114 und/oder die Lagerflächen der Lagerbuchse 16a besitzen in bekannter Weise Lagerrillenstrukturen 26, 126, die bei Rotation der Lagerbuchse 16a relativ zu den Lagerkonussen 14, 114 eine Pumpwirkung auf das im jeweiligen Lagerspalt 20, 120 befindliche Lagerfluid ausüben. Dadurch entsteht im Lagerspalt 20, 120 ein fluiddynamischer Druck, der das Lager tragfähig macht.
Beide konusförmigen Lager weisen beispielsweise fischgrätenartige Lagerrillenstrukturen 26, 126 auf, die längere Äste dort aufweisen, wo die äußeren Dichtungsspalte 22, 122 benachbart angeordnet sind, sowie kürzere Äste dort, wo die inneren Dichtungsspalte 28, 128 benachbart angeordnet sind. Aufgrund der stärkeren Pumpwirkung der längeren Äste der jeweiligen Lagerrillenstrukturen 26, 126 jedes konischen Lagers ergibt sich insgesamt eine in das Lagerinnere gerichtete Pumpwirkung auf das im Lagerspalt 20, 120 befindliche Lagerfluid. Aufgrund der konischen Ausgestaltung der Lagerkonusse 14, 114 wirken die konischen Lager zugleich als Radial- und als Axiallager. Die beiden konusförmigen Fluidlager wirken insofern gegeneinander, als dass diese das Lagerfluid in Richtung der jeweils zugeordneten inneren Dichtungspalte 28, 128 pumpen, so dass das Lagersystem insgesamt im Gleichgewicht ist.
Die jeweils äußeren Dichtungsspalte 22, 122 sind vorzugsweise als konische Kapillardichtungen ausgebildet und weisen ein relativ großes Volumen auf, so dass sie als Fluidreservoir für das Lagerfluid dienen, welches die Temperaturausdehnung des Lagerfluids ausgleicht und als Vorratsvolumen für das Lagerfluid dient. Die äußeren Dichtungsspalte 22, 122 werden jeweils begrenzt durch eine äußere Dichtungsfläche der Lagerkonusse 14, 114 sowie eine gegenüberliegende innere Dichtungsfläche der Lagerbuchse 16a. Die Öffnungen der äußeren Dichtungsspalte 22, 122 sind durch Abdeckungen 18, 118 abgedeckt, die mit dem Rotorbauteil 16 fest verbunden sind.
Die beiden inneren Dichtungsspalte 28, 128 weisen vorzugsweise Abschnitte auf, die als dynamische Pumpdichtungen 30, 130 ausgebildet sind. Die Pumpdichtungen 30, 130 umfassen Pumprillenstrukturen 30a, 130a, die auf der Oberfläche der Welle 12 und/oder der gegenüberliegenden Oberfläche der Lagerbuchse 16a angeordnet sind. Die Rillenstrukturen 30a, 130a üben auf das in den Dichtungsspalten 28, 128 befindliche Lagerfluid eine Pumpwirkung in Richtung des jeweiligen Lagerspalts 20, 120 der konischen Lager aus.
Um eine gute Zirkulation des Lagerfluids in den Lagerspalten 20, 120 sicherzustellen, sind in den Lagerkonussen 14, 114 so genannte Rezirkulationskanäle 24, 124 vorgesehen. Durch die Lagerrillen 26, 126 wird das in den Lagerspalten 20, 120 befindliche Lagerfluid ausgehend von den äußeren Dichtungsspalten 22, 122 in Richtung der inneren Dichtungsspalte 28, 128 und den Pumpdichtungen 30, 130 befördert. Die Pumpdichtungen 30, 130 pumpen das Lagerfluid zurück in das Lagerinnere, wo es über die Rezirkulationskanäle 24, 124 wieder zurück zu den äußeren Dichtungsspalten 22, 122 fließt. Ausgehend von den inneren Dichtungsspalten 28, 128 verlaufen die Rezirkulationskanäle 24 ,124 zunächst zwischen dem Außenumfang der Welle 12 und dem Innenumfang der Lagerkonusse 14, 114 und weiter als radial nach außen durch die Lagerkonusse 14, 114 verlaufende Bohrungen bis in den Übergangsbereich zwischen den Lagerspalten 20, 120 und den äußeren Dichtungsspalten 22, 122. In jedem Lagerkonus 14, 114 sind vorzugsweise mehrere Rezirkulationskanäle 24, 124 angeordnet.
Das Rotorbauteil 16 wird über ein elektromagnetisches Antriebssystem drehend gegenüber den feststehenden Motorbauteilen angetrieben. Der Spindelmotor ist vorzugsweise ein elektronisch kommutierter Gleichstrommotor, dessen Antriebssystem eine ringförmige Statoranordnung 36 mit mehreren Phasenwicklungen umfasst, die an der Basisplatte 10 befestigt ist. Die Statoranordnung 36 ist innerhalb einer Aussparung des Rotorbauteils 16 angeordnet und liegt einem Rotormagneten 38 direkt gegenüber. Der Rotormagnet 38 ist zusammen mit einem magnetischen Rückschlussring 40 an einer inneren Umfangsfläche des Rotorbauteils 16 angeordnet und durch einen schmalen Luftspalt von der Statoranordnung 36 getrennt. Durch entsprechende Bestromung der Phasenwicklungen der Statoranordnung 36 wird ein elektromagnetisches Wechselfeld erzeugt, welches auf den Rotormagneten 38 wirkt und den Rotor 16 in Drehung versetzt. Das Rotorbauteil besteht vorzugsweise aus Aluminium oder Stahl. Sofern das Rotorbauteil aus Stahl gefertigt ist, kann auf den magnetischen Rückschlussring 40 verzichtet werden, da das Rotorbauteil 16 in diesem Fall selbst den magnetischen Rückschluss bildet.
Bei dem dargestellten Lagersystem mit zwei separaten konischen Lagern und jeweils Lagerspalten 20, 120 mit zwei offenen Enden ist es wichtig, dass die im Lagerinneren mündenden Öffnungen der Dichtungsspalte 28, 128 und 122 belüftet werden, so dass an der Grenze zwischen dem in den Dichtungsspalten befindlichen Lagerfluid und der umgebenden Luft Umgebungsdruck herrscht. Eine Belüftung des Lagerinneren erfolgt vorzugsweise durch eine in Längsrichtung der Welle angeordnete Bohrung 12a, die über eine Querbohrung 12b mit dem Separatorspalt 34 im Lagerinneren verbunden ist. Somit herrscht im Separatorspalt derselbe Druck wie an der Außenseite des Lagers im Bereich des äußeren Dichtungsspalts 22.
Der im Lagerinneren liegende äußere Dichtungsspalt 122 des unteren konischen Lagers wird entweder über eine weitere Querbohrung 12c in der Welle 12 belüftet oder aber über einen Spalt zwischen dem Rotorbauteil 16 und einem Rand der Basisplatte 10.
Am unteren Bereich des Außenumfangs des Rotorbauteils 16 ist eine Auflagefläche 44 vorgesehen, die als Auflage für eine oder vorzugsweise mehrere magnetische Speicherplatten 46 des Festplattenlaufwerks dient. Die einzelnen Speicherplatten 46 sind durch Abstandhalter 48 axial voneinander getrennt.
2 zeigt eine vergrößerte Darstellung des oberen fluiddynamischen konischen Lagers in einer gegenüber 1 leicht abgewandelten Ausgestaltung der Erfindung.
Man erkennt hier die Bauteile gemäß 1, wobei insbesondere der innere Dichtungsspalt 28 zu erkennen ist, der sich von einem Übergangsspalt 52, in welchem der Lagerspalt 20 und der Rezirkulationskanal 24 zusammentreffen, bis hin zum Separatorspalt 34 erstreckt.
Ausgehend vom Übergangsspalt 52 bildet der innere Dichtungsspalt 28 zunächst eine einfache Spaltdichtung mit einer Spaltbreite von beispielsweise 0,01 mm bis 0,02 mm. An diese Spaltdichtung schließt sich die dynamische Pumpdichtung 30 mit entsprechenden Pumprillenstrukturen 30a an. Die Rillentiefe der Pumprillenstrukturen beträgt beispielsweise ebenfalls 0,01 mm bis 0,02 mm.
Die dynamische Pumpdichtung 30 bzw. deren Pumprillenstrukturen 30a reichen erfindungsgemäß nicht bis an das Ende des Dichtungsspalts 28, welches als kapillarer Dichtungsspalt 32 ausgebildet ist. Stattdessen ist zwischen dem Ende der Rillenstrukturen 30a der dynamischen Pumpdichtung 30 und dem kapillaren Dichtungsspalt 32 ein axialer Abstand (d) vorgesehen, der wiederum als einfache Spaltdichtung ohne Rillenstrukturen ausgebildet ist. Die Spaltbreite des inneren Dichtungsspalts im Bereich des Abstands (d) beträgt vorzugsweise weniger als 0,02 mm.
Dieser Abstand d bzw. der enge Spaltverlauf entlang des Abstands (d) setzt dem im inneren Dichtungsspalt 28 fließenden Lagerfluid einen erhöhten Widerstand entgegen, so dass die Schockfestigkeit und die Druckwiderstandskraft des Lagers erheblich verbessert werden.
Im Bereich zwischen dem Ende der dynamischen Pumpdichtung 30 und dem Abstand (d) kann in einer anderen Ausführungsform der Erfindung noch eine zusätzliche Rille 50 vorhanden sein, die beispielsweise am Innenumfang der Lagerbuchse 16a und/oder dem Außenumfang der Welle 12 vorgesehen ist. Diese Rille 50 reduziert die Strömungsgeschwindigkeit des Lagerfluids im inneren Dichtungsspalt 28 und wirkt als Auffangvolumen, das die Rückhaltung des Lagerfluids im inneren Dichtungsspalt 28 fördert.
In dieser Ausgestaltung der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass die Enden der Pumprillenstrukturen 30a der dynamischen Pumpdichtung 30 in die Rille 50 durchbrechen, d. h. direkt dort münden. Ebenso kann es vorgesehen sein, dass die entgegengesetzten Enden der Pumprillenstrukturen 30a der dynamischen Pumpdichtung 30 in den Übergangsspalt 52 münden.
Am Ende des Abstands (d) bildet der innere Dichtungsspalt 28 eine konische Kapillardichtung 32 und geht in den Separatorspalt 34 über.
In 3 ist eine andere Ausgestaltung der Erfindung dargestellt, die im Wesentlichen der Ausgestaltung von 2 entspricht, wobei jedoch die Rille 50 nicht vorhanden ist, sondern zwischen dem inneren Ende der dynamischen Pumpdichtung 30 und der Kapillardichtung 32 lediglich der Abstand (d) vorgesehen ist.
Ein weiterer Unterschied zur Ausgestaltung von 2 ist, dass der Übergangsspalt 52, an dem sich der Lagerspalt 20 und der Rezirkulationskanal 24 treffen, nun deutlich größer, d. h. in Form einer Nut oder Auskehlung 54, ausgebildet ist.
Diese Nut oder Auskehlung 54 ist vorzugsweise in der Lagerbuchse 16a vorgesehen und ist umlaufend ausgebildet, d. h. als ringförmige Auskehlung 54 der Lagerbuchse 16a. Die Nut oder Auskehlung 54 kann ebenso ganz oder teilweise in der Welle vorgesehen sein.
Das innere Ende des Rezirkulationskanals 24 sowie der Lagerspalt 20 enden in dieser Nut oder Auskehlung 54.
Durch diese Nut oder Auskehlung 54 wird insbesondere die Vibrationsfestigkeit des Lagersystems verbessert. Durch Vibrationen bewegt sich das Lagerfluid im Lagerspalt 20 und im Rezirkulationskanal 24. Diese Nut oder Auskehlung 54 verringert die Strömungsgeschwindigkeit des Lagerfluids. Das Lagerfluid wird in der Nut oder Auskehlung 54 aufgefangen und beruhigt, so dass die Vibrationsfestigkeit des Lagers zunimmt.
Länge der Nut oder Auskehlung 54 in axialer Richtung ist beispielsweise 0,3 - 0,5 mm und die Breite der Nut oder Auskehlung 54 in radialer Richtung ist beispielsweise 0,15 bis 0,25 mm.
Der Abstand zwischen der Nut oder Auskehlung 54 und dem Beginn der dynamischen Pumpdichtung beträgt bevorzugt etwa 0,1 - 0,3 mm.
In 4 ist ein andere Ausgestaltung der Erfindung dargestellt, die im Wesentlichen der Ausgestaltung von 2 entspricht, wobei jedoch keine Rille 50 vorhanden ist und zwischen dem inneren Ende der dynamischen Pumpdichtung 30 und der Kapillardichtung 32 auch kein Abstand (d) vorgesehen ist sondern die Pumprillenstrukturen 30a direkt in die Kapillardichtung 32 münden.
Bevorzugt ist ein axialer Abstand zwischen der Nut oder Auskehlung 54 und dem Beginn der dynamischen Pumpdichtung (30) angeordnet.
Ein weiterer Unterschied zur Ausgestaltung von 2 ist, dass der Übergangsspalt 52, an dem sich der Lagerspalt 20 und der Rezirkulationskanal 24 treffen, nun deutlich größer, d. h. in Form einer Nut oder Auskehlung 54, ausgebildet ist.
Die bereits in 3 aufgeführten Erfindungsgegenstände und die weitere Beschreibung der Nut oder Auskehlung 54 können ebenso analog auf die 4 übertragen werden.
In 1 ist dargestellt, dass zwischen der Oberseite der Basisplatte 10 und der Unterseite der Auflagefläche 44 des Rotorbauteils 16 ein Luftspalt 56 verbleibt, durch welchen ein Luftaustausch zwischen dem Inneren des Spindelmotors, also dem Bereich des Statorraumes, und der Außenumgebung stattfinden kann.
Im Statorraum können Partikel oder Fasern generiert werden, die den Statorraum über diesen Luftspalt 56 verlassen können und in den Bereich der Speicherplatten 46 und der Leseelektronik geraten können.
Aus dem Motorraum austretende Partikel oder Fasen können die Leseelektronik bzw. insbesondere den Schreib-Lese-Kopf zum Auslesen der Speicherplatten 46 beschädigen oder zerstören.
Es ist daher erfindungsgemäß vorgesehen, dass am radialen äußeren Ende des Luftspalts 56 eine Aussparung 58 in Form einer Vertiefung in der Basisplatte 10 eingebracht ist.
Durch diese Vertiefung 58 wird die Breite des Luftspalts 56 lokal vergrößert und die Strömungsgeschwindigkeit der Luft im Luftspalt 56 verringert, so dass sich vorzugsweise Partikel, die aus dem Inneren des Statorraums austreten können, in dieser Aussparung 58 sammeln.
Da die Partikel vorzugsweise in der Aussparung 58 verbleiben, treten diese nicht weiter in den Reinraum des Festplattenlaufwerks aus und können dort keinen Schaden anrichten.
Bezugszeichenliste

10: Basisplatte
12: Welle
12 a,b,c: Bohrungen
14,114: Lagerkonus
16: Rotorbauteil
16a: Lagerbuchse
18, 118: Abdeckung
20, 120: Lagerspalt
22, 122: äußerer Dichtungsspalt
24, 124: Rezirkulationskanal
24a, 124a: Abschnitt des Rezirkulationskanals
24b, 124b: Abschnitt des Rezirkulationskanals
26, 126: Lagerrillen
28, 128: innerer Dichtungsspalt
30, 130: Pumpdichtung
30a, 130a: Pumprillenstrukturen
32, 132: konische Kapillardichtung
34: Separatorspalt
36: Statoranordnung
38: Rotormagnet
40: Rückschlussring
42: Drehachse
44: Auflagefläche
46: Speicherplatte
48: Abstandshalter
50: Rille
52: Übergangsspalt
54: Nut, Auskehlung
56: Luftspalt
58: Aussparung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102011016888 A1 [0002]

Claims

Fluiddynamisches konisches Lagersystem mit einem ersten fluiddynamischen konischen Lager und einem dem ersten fluiddynamischen konischen Lager entgegenwirkenden zweiten fluiddynamischen konischen Lager, wobei die beiden fluiddynamischen konischen Lager entlang einer feststehenden Welle (12) angeordnet und durch einen Separatorspalt (34) voneinander getrennt sind, wobei jedes der beiden fluiddynamischen konischen Lager einen an der Welle (12) angeordneten Lagerkonus (14, 114) mit konischen Lagerflächen sowie ein konisches Gegenlager umfasst, das in einer Lagerbuchse (16a) angeordnet ist, die mit einem Rotorbauteil (16) verbunden ist, wobei das konische Lager und das konische Gegenlager durch einen mit einem Lagerfluid gefüllten Lagerspalt (20, 120) voneinander getrennt sind, wobei der Lagerspalt (20, 120) ein äußeres Ende aufweist, das durch einen äußeren Dichtungsspalt (22, 122) abgedichtet ist, und wobei der Lagerspalt (20, 120) ein inneres Ende aufweist, das durch einen inneren Dichtungsspalt (28, 128) abgedichtet ist, wobei entlang des inneren Dichtungsspalts (28, 128) eine dynamische Pumpdichtung (30, 130) angeordnet ist, die Pumprillenstrukturen (30a, 130a) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die entlang des inneren Dichtungsspalts (28, 128) angeordneten Pumprillenstrukturen (30a, 130a) der dynamischen Pumpdichtung (30, 130) in einem Abstand (d) zum Separatorspalt (34) enden.
Fluiddynamisches konisches Lagersystem mit einem ersten fluiddynamischen konischen Lager und einem dem ersten fluiddynamischen konischen Lager entgegenwirkenden zweiten fluiddynamischen konischen Lager, wobei die beiden fluiddynamischen konischen Lager entlang einer feststehenden Welle (12) angeordnet und durch einen Separatorspalt (34) voneinander getrennt sind, wobei jedes der beiden fluiddynamischen konischen Lager einen an der Welle (12) angeordneten Lagerkonus (14, 114) mit konischen Lagerflächen sowie ein konisches Gegenlager umfasst, das in einer Lagerbuchse (16a) angeordnet ist, die mit einem Rotorbauteil (16) verbunden ist, wobei das konische Lager und das konische Gegenlager durch einen mit einem Lagerfluid gefüllten Lagerspalt (20, 120) voneinander getrennt sind, wobei der Lagerspalt (20, 120) ein äußeres Ende aufweist, das durch einen äußeren Dichtungsspalt (22, 122) abgedichtet ist, und wobei der Lagerspalt (20, 120) ein inneres Ende aufweist, das durch einen inneren Dichtungsspalt (28, 128) abgedichtet ist, wobei entlang des inneren Dichtungsspalts (28, 128) eine dynamische Pumpdichtung (30, 130) angeordnet ist, die Pumprillenstrukturen (30a, 130a) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem der Pumpdichtung (30, 130) benachbarten Ende des Lagerkonus (14, 114) sowie der Pumpdichtung (30, 130) eine umlaufende Nut oder Auskehlung (54) innerhalb der Welle (12) oder der Lagerbuchse (16a) angeordnet ist.
Fluiddynamisches konisches Lagersystem nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Rezirkulationskanal (24) den äußeren Dichtungsspalt (22, 122) mit dem inneren Dichtungsspalt (28, 128) verbindet und durchgehend mit Lagerfluid gefüllt ist.
Fluiddynamisches konisches Lagersystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das innere Ende des Rezirkulationskanals (24) in die umlaufende Nut oder Auskehlung (54) mündet.
Fluiddynamisches konisches Lagersystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Rezirkulationskanal (24, 124) einen schräg zur Drehachse (42) oder radial verlaufenden Abschnitt (24a) und einen axial verlaufenden Abschnitt (24b) aufweist.
Fluiddynamisches konisches Lagersystem nach den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass das innere Ende des axial verlaufenden Abschnitts (24b) des Rezirkulationskanals (24) in die umlaufende Nut oder Auskehlung (54) mündet.
Fluiddynamisches konisches Lagersystem nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt der umlaufenden Nut oder Auskehlung (54) größer ist als der Querschnitt des axial verlaufenden Abschnitts (24b) des Rezirkulationskanals (24).
Fluiddynamisches konisches Lagersystem nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein axialer Abstand zwischen der Nut oder Auskehlung (54) und dem Beginn der dynamischen Pumpdichtung (30) vorgesehen ist.
Fluiddynamisches konisches Lagersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Separatorspalt (34) frei von Lagerfluid ist.
Fluiddynamisches konisches Lagersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der dynamischen Pumpdichtung (30, 130) und dem inneren Dichtungsspalt (28, 128) eine Nut oder Rille (50) angeordnet ist.
Fluiddynamisches konisches Lagersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10., dadurch gekennzeichnet, dass die Enden der Pumprillenstrukturen (30a, 130a) in die Nut oder Rille (50) münden.
Fluiddynamisches konisches Lagersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 11. dadurch gekennzeichnet, dass für die Spaltbreite (g) des inneren Dichtungsspalts (28, 128) gilt: (g) kleiner gleich 0,02 mm.
Fluiddynamisches konisches Lagersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die entlang des inneren Dichtungsspalts (28, 128) angeordneten Pumprillenstrukturen (30a, 130a) der dynamischen Pumpdichtung (30, 130) in einem Abstand (d) zum Separatorspalt (34) enden.
Fluiddynamisches konisches Lagersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (d) mindestens 3 Mal so groß ist wie die Spaltbreite des inneren Dichtungsspalts (28, 128).
Fluiddynamisches konisches Lagersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, der Abstand (d) größer gleich 0,1 mm ist.
Fluiddynamisches konisches Lagersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der innere Dichtungsspalt (28, 128) eine konische Kapillardichtung (32, 132) umfasst, die zwischen dem Abstand (d) und dem Separatorspalt (34) angeordnet ist.
Elektromotor mit einem Stator, einem Rotor, einem elektromagnetischen Antriebssystem und einem fluiddynamischen konischen Lagersystem gemäß den Merkmalen der Ansprüche 1 bis 16 zur Drehlagerung des Rotors relativ zum Stator.
Festplattenlaufwerk mit einem Elektromotor gemäß Anspruch 17, mit mindestens einer durch den Elektromotor angetriebenen Speicherplatte und Mittel zum Schreiben und/oder Lesen von Daten auf und von der Speicherplatte.
Lüfter oder Laserscanner mit einem Elektromotor gemäß Anspruch 17.