DE102019107232A1 - Spindle motor and shaft or bearing bush for this spindle motor - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Spindelmotor mit einem feststehenden Motorbauteil, das eine Lagerbuchse (10) umfasst, und einem drehbaren Motorbauteil, das eine in der Lagerbuchse (10) drehbar gelagerte Welle (12) und eine damit verbundene Nabe (20) umfasst, die mittels einer Pressverbindung mit einem Wellenzapfen (12a) der Welle (12) verbunden ist und wobei die Welle eine sich an den Wellenzapfen (12a) anschließende Lagerfläche (22a) eines fluiddynamisches Radiallager (22) aufweist, wobei zumindest ein Teil der Lagerfläche (22a) der Welle (12) eine konische Aufweitung (28) aufweist, wobei der Durchmesser der Welle (12) im Bereich der konischen Aufweitung (28) in Richtung des Wellenzapfens (12a) zunimmt.The invention relates to a spindle motor with a stationary motor component, which comprises a bearing bush (10), and a rotatable motor component, which comprises a shaft (12) rotatably mounted in the bearing bush (10) and a hub (20) connected to it, which by means of a Press connection is connected to a shaft journal (12a) of the shaft (12) and wherein the shaft has a bearing surface (22a) of a fluid dynamic radial bearing (22) adjoining the shaft journal (12a), at least part of the bearing surface (22a) of the shaft (12) has a conical widening (28), the diameter of the shaft (12) increasing in the area of the conical widening (28) in the direction of the shaft journal (12a).
Description
Die Erfindung betrifft einen Spindelmotor und eine Welle oder eine Lagerbuchse für diesen Spindelmotor nach dem Oberbegriff der unabhängigen Patentansprüche.The invention relates to a spindle motor and a shaft or a bearing bush for this spindle motor according to the preamble of the independent claims.
Spindelmotoren sind in der Regel elektrische Gleichstrommaschinen, die für vielfältige Antriebszwecke, beispielsweise für Festplattenlaufwerke, Laser, optische Geräte oder andere Zwecke verwendet werden.Spindle motors are usually electrical DC machines that are used for a variety of drive purposes, such as hard disk drives, lasers, optical devices or other purposes.
Hierbei sind zwei grundlegende Bauformen üblich, zum einen Motoren mit einer drehenden Welle, die in einer Lagerbuchse drehgelagert ist und die Nabe des Spindelmotors trägt, sowie Spindelmotoren mit feststehender Welle, auf welcher eine sich drehende Lagerbuchse gelagert ist, wobei in dieser Bauform die Lagerbuchse mit der Nabe verbunden ist.Two basic designs are common here, on the one hand motors with a rotating shaft that is rotatably mounted in a bearing bush and carries the hub of the spindle motor, and spindle motors with a fixed shaft on which a rotating bearing bush is mounted, with the bearing bushing in this design the hub is connected.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf alle Arten von Spindelmotoren mit drehender Welle, welche eine in der Welle angeordnete axiale Gewindebohrung aufweisen. Diese Gewindebohrung dient zur Befestigung einer Halterung zur Befestigung einer Last auf der Nabe des Spindelmotors, wobei die Halterung mittels einer Schraube in der Gewindebohrung festgelegt wird.The present invention relates to all types of spindle motors with a rotating shaft which have an axial threaded bore arranged in the shaft. This threaded hole is used to fasten a holder for fastening a load on the hub of the spindle motor, the holder being fixed in the threaded hole by means of a screw.
Ein solcher Spindelmotor umfasst in der Regel ein feststehendes Motorbauteil, das eine Basisplatte und eine damit verbundene Lagerbuchse umfasst, und ein drehbares Motorbauteil, das die in der Lagerbuchse drehbar gelagerte Welle und die damit verbundene Nabe umfasst. Hierbei weist ein Ende der Welle vorzugsweise einen Wellenzapfen auf, der mittels einer Pressverbindung mit der Nabe verbunden ist.Such a spindle motor generally comprises a stationary motor component which comprises a base plate and a bearing bush connected thereto, and a rotatable motor component which comprises the shaft rotatably mounted in the bearing bush and the hub connected thereto. One end of the shaft preferably has a shaft journal that is connected to the hub by means of a press connection.
In der Regel umfasst ein solcher Spindelmotor ein fluiddynamisches Lagersystem, welches beispielsweise zwei Radiallager aufweist, die entlang eines axial verlaufenden Lagerspalts zwischen Lagerflächen der Welle und Lagerflächen der Lagerbuchse angeordnet sind. Die axialen Kräfte werden durch ein oder mehrere Axiallager aufgenommen.As a rule, such a spindle motor comprises a fluid dynamic bearing system which, for example, has two radial bearings which are arranged along an axially running bearing gap between bearing surfaces of the shaft and bearing surfaces of the bearing bush. The axial forces are absorbed by one or more axial bearings.
Das erste fluiddynamische Radiallager weist Lagerflächen auf, die sich in axialer Richtung an den Wellenzapfen anschließen. In einem Abstand zu diesem ersten fluiddynamischen Radiallager ist das zweite fluiddynamische Radiallager mit entsprechenden Lagerflächen angeordnet.The first fluid dynamic radial bearing has bearing surfaces which adjoin the shaft journal in the axial direction. The second fluid dynamic radial bearing with corresponding bearing surfaces is arranged at a distance from this first fluid dynamic radial bearing.
Für den Einsatz in Festplattenlaufwerken oder beispielsweise Laserscannern werden an die Laufgenauigkeit der Spindelmotoren immer höhere Anforderungen gestellt. Daher müssen die Herstellung und Montage der Bauteile sehr genau erfolgen, um die spezifizierte Laufgenauigkeit der Spindelmotoren zu erreichen.For use in hard disk drives or, for example, laser scanners, the running accuracy of the spindle motors is becoming increasingly demanding. The components must therefore be manufactured and assembled very precisely in order to achieve the specified running accuracy of the spindle motors.
Hierbei besteht das Problem, dass die Welle mittels einer Pressverbindung mit der Nabe verbunden ist, wobei durch diese Pressverbindung sehr hohe Kräfte auf die Welle wirken. Durch die auf die Welle einwirkenden Kräfte wird die Welle radial nach innen verformt, insbesondere im Bereich der Pressverbindung sowie im Bereich der angrenzenden Lagerfläche des oberen fluiddynamischen Radiallagers.The problem here is that the shaft is connected to the hub by means of a press connection, with very high forces acting on the shaft through this press connection. As a result of the forces acting on the shaft, the shaft is deformed radially inward, in particular in the area of the press connection and in the area of the adjacent bearing surface of the upper fluid dynamic radial bearing.
Diese Verformung wird noch dadurch verstärkt, dass die Welle im Bereich des Wellenzapfens und des erstens Radiallagers eine axiale Gewindebohrung zur Befestigung der Halteschraube aufweist.This deformation is reinforced by the fact that the shaft has an axial threaded hole in the area of the shaft journal and the first radial bearing for fastening the retaining screw.
Auch durch das Eindrehen der Halteschraube in die axiale Bohrung der Welle werden Kräfte erzeugt, die jedoch radial nach außen auf die Welle wirken.Forces are also generated by screwing the retaining screw into the axial bore of the shaft, which, however, act radially outward on the shaft.
Die
Dadurch hat die Aufweitung der Welle durch Eindrehen der Halteschraube keinen negativen Einfluss auf die Geometrie der Radiallagerflächen bzw. die Spaltbreite des Lagerspalts in diesem Wellenabschnitt.The
As a result, the expansion of the shaft by screwing in the retaining screw has no negative influence on the geometry of the radial bearing surfaces or the gap width of the bearing gap in this shaft section.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, einen Spindelmotor mit einer für diesen Spindelmotor geeigneten Welle bzw. Lagerbuchse anzugeben, bei dem die Gefahr einer Verformung der Welle, insbesondere durch die Pressverbindung zwischen Welle und Nabe, größtenteils kompensierbar ist.It is the object of the invention to provide a spindle motor with a shaft or bearing bush suitable for this spindle motor, in which the risk of deformation of the shaft, in particular due to the press connection between shaft and hub, can be largely compensated for.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Spindelmotor und eine Welle oder eine Lagerbuchse mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst.According to the invention, this object is achieved by a spindle motor and a shaft or a bearing bush having the features of the independent claims.
Bevorzugte Ausgestaltungen und weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.Preferred configurations and further advantageous features of the invention are specified in the dependent claims.
Erfindungsgemäß wird ein Spindelmotor vorgeschlagen, bei dem ein Teil der Lagerfläche des ersten Radiallagers, welche an den Wellenzapfen angrenzt, eine konische Aufweitung aufweist, derart, dass der Durchmesser der Welle im Bereich der konischen Aufweitung in Richtung des Wellenzapfens zunimmt.According to the invention, a spindle motor is proposed in which part of the bearing surface of the first radial bearing, which adjoins the shaft journal, has a conical widening such that the diameter of the shaft in the area of conical expansion in the direction of the shaft journal increases.
Diese konische Aufweitung der Lagerfläche beträgt beispielsweise einen oder mehrere Mikrometer und wird derart gewählt, dass die Einschnürung oder Verformung der Lagerfläche durch die Pressverbindung zwischen Welle und Nabe in ihrem Betrag möglichst kompensiert wird.This conical widening of the bearing surface is, for example, one or more micrometers and is selected such that the amount of the constriction or deformation of the bearing surface due to the press connection between the shaft and the hub is compensated as far as possible.
Dabei ist die Aufweitung der Welle im Bereich der Lagerfläche, die durch die Befestigungsschraube in der zentralen Bohrung der Welle hervorgerufen wird, ebenfalls zu berücksichtigen.The expansion of the shaft in the area of the bearing surface, which is caused by the fastening screw in the central bore of the shaft, must also be taken into account.
Diese Aufweitung ist jedoch im Vergleich mit der Einschnürung durch die Pressverbindung relativ klein, sodass die Einschnürung durch die Befestigungsschraube nur wenig verringert wird.However, this widening is relatively small in comparison with the constriction caused by the press connection, so that the constriction caused by the fastening screw is only slightly reduced.
Die größte Kompensation der durch die Pressverbindung hervorgerufenen Einschnürung der Welle ist daher durch die konische Aufweitung der Welle zu erreichen.The greatest compensation for the constriction of the shaft caused by the press connection can therefore be achieved by the conical expansion of the shaft.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung erstreckt sich die konische Aufweitung über mindestens die Hälfte der dem Wellenzapfen am nächsten liegenden Lagerfläche des ersten Radiallagers, da insbesondere in diesem Bereich der Lagerfläche eine deutliche Einschnürung der Welle durch den Einfluss der Pressverbindung hervorgerufen wird.In a preferred embodiment of the invention, the conical widening extends over at least half of the bearing surface of the first radial bearing closest to the shaft journal, since in this area of the bearing surface in particular a significant constriction of the shaft is caused by the influence of the press connection.
Es wird ebenfalls eine Welle für ein fluiddynamisches Lagersystem beansprucht, welche einen Wellenzapfen und eine sich an den Wellenzapfen anschließende erste Lagerfläche eines fluiddynamischen Radiallagers aufweist, wobei zumindest ein Teil dieser Lagerfläche der Welle eine konische Aufweitung aufweist, derart, dass der Durchmesser der Welle im Bereich dieser konischen Aufweitung in Richtung des Wellenzapfens zunimmt.A shaft for a fluid dynamic bearing system is also claimed which has a shaft journal and a first bearing surface of a fluid dynamic radial bearing adjoining the shaft journal, at least part of this bearing surface of the shaft having a conical widening such that the diameter of the shaft in the area this conical widening increases in the direction of the shaft journal.
Natürlich ist es im Sinne der Erfindung auch möglich, bei einem Spindelmotor nicht die Welle
D. h. in diesem Fall ist der Durchmesser der Lagerbohrung der Lagerbuchse
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Hierbei ergeben sich weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung.
-
1 zeigt eine Ansicht einer Welle eines Spindelmotors mit aufgepresster Nabe und einer in die axiale Gewindebohrung eingedrehten Befestigungsschraube. -
2 zeigt einen vergrößerten Schnitt von1 im Bereich der Welle mit schematischer Darstellung der Lagerbuchse. -
3 zeigt ein Diagramm der Deformation der Welle durch äußere Einflüsse. -
4 zeigt eine Ansicht der erfindungsgemäßen Welle. -
5 zeigt ein vergrößertes Detail der erfindungsgemäßen Welle von4 .
-
1 shows a view of a shaft of a spindle motor with a pressed-on hub and a fastening screw screwed into the axial threaded bore. -
2 shows an enlarged section of1 in the area of the shaft with a schematic representation of the bearing bush. -
3 shows a diagram of the deformation of the shaft due to external influences. -
4th shows a view of the shaft according to the invention. -
5 FIG. 8 shows an enlarged detail of the shaft according to the invention from FIG4th .
Auf einer Stirnseite der Welle
Die Welle
Man erkennt ferner die axiale Gewindebohrung
In diese Gewindebohrung
Die Welle
Die Lagerbuchse
An dem in der Lagerbuchse
Entlang des axialen Verlaufs des Lagerspalts
Im Bereich des Wellenzapfens
Auf Grund dieser Pressverbindung im Bereich des Wellenzapfens
Auf Grund dessen, dass sich die Lagerfläche
Der Lagerspalt ist in der Regel einige Mikrometer breit, sodass bereits eine Verbreiterung des Lagerspalts um 0,5 bis 1 Mikrometer deutliche Auswirkungen auf die Lagereigenschaften des Radiallagers hat.The bearing gap is usually a few micrometers wide, so that a widening of the bearing gap by 0.5 to 1 micrometer has a significant impact on the bearing properties of the radial bearing.
Die Welle
Dadurch wirken die einzelnen Bereiche des Radiallagers
Die Verformung ist dargestellt bezogen auf eine Nulllinie, wobei auf der Ordinate jeweils die radiale Verformung der Welle
Die Kurven
Auf der Abszisse ist die axiale Länge der Welle
Die Lagerflächen
Man erkennt, dass gemäß den Kurven
Hierbei beträgt die maximale Einschnürung der Welle jeweils etwa einen Mikrometer, wodurch sich im Bereich der Pressverbindung insgesamt eine maximale Durchmesserverringerung der Welle von zwei Mikrometern ergibt.
Rechts von der Apexlinie
To the right of the apex line
Durch Eindrehen der Befestigungsschraube
Durch Einschrauben der Befestigungsschraube
Bei einer Spaltbreite des Lagerspalts
Die in
Erfindungsgemäß ist es gemäß den
In
Der Durchmesser D der Welle
Gemäß den Beispielen aus
Der Wellendurchmesser D beträgt beispielsweise 3,5 Millimeter, wobei der Durchmesser der Gewindebohrung
Durch diese Aufweitung des Durchmessers D der Welle
Somit ändert sich die Spaltbreite des Lagerspalts
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 1010
- LagerbuchseBearing bush
- 1212
- Wellewave
- 12a12a
- WellenzapfenShaft journal
- 12b12b
- GewindebohrungThreaded hole
- 12c12c
- StopperringStop ring
- 1414th
- Schraubescrew
- 1616
- Abdeckungcover
- 1818th
- LagerspaltBearing gap
- 2020th
- Nabehub
- 2222nd
- fluiddynamisches Radiallagerfluid dynamic radial bearing
- 22a22a
- Lagerflächestorage area
- 22'22 '
- Lagerbereichstorage area
- 2424
- fluiddynamisches Radiallagerfluid dynamic radial bearing
- 24a24a
- Lagerflächestorage area
- 24'24 '
- Lagerbereichstorage area
- 2626th
- ApexlinieApex line
- 2828
- konische Aufweitungconical expansion
- 3030th
- KurveCurve
- 3232
- KurveCurve
- 3434
- KurveCurve
- 3636
- KurveCurve
- DD.
- Außendurchmesser WelleOuter diameter shaft
- dd
- Betrag der Verformung des WellendurchmessersAmount of deformation of the shaft diameter
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
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Claims (12)
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DE102019107232.8A DE102019107232A1 (en) | 2019-03-21 | 2019-03-21 | Spindle motor and shaft or bearing bush for this spindle motor |
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2019
- 2019-03-21 DE DE102019107232.8A patent/DE102019107232A1/en active Pending
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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