DE102019132914A1 - Fluid dynamic storage system - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein fluiddynamisches Lagersystem mit mindestens einem konischen Lager (14, 16), wobei das konische Lager (14, 16) eine sich entlang einer Drehachse (62) erstreckende Welle (12) umfasst, an welcher ein Lagerbauteil (18, 20) mit einer konischen Lagerfläche befestigt ist, und eine Lagerbuchse (22), welche eine konische Lagerfläche aufweist, die der konischen Lagerfläche des Lagerbauteils (18, 20) gegenüberliegt und von dieser durch einen mit einem Lagerfluid gefüllten Lagerspalt (26, 28) getrennt ist, wobei der Lagerspalt (26, 28) ein erstes offenes Ende aufweist, das durch einen teilweise Lagerfluid enthaltenden ersten kapillaren Dichtungsspalt (32, 34) abgedichtet ist, und ein zweites offenes Ende aufweist, das durch einen teilweise Lagerfluid enthaltenden zweiten kapillaren Dichtungsspalt (36, 38) abgedichtet ist, wobei der erste und der zweite kapillare Dichtungsspalt (32, 34; 36, 38) sich aufweitende konische Abschnitte aufweisen und das Lagerfluid in den konischen Abschnitten der beiden Dichtungsspalte Fluidmenisken (32a, 34a; 36a, 38a) bildet, wobei die maximalen Spaltbreiten der konischen Abschnitte des ersten und zweiten Dichtungsspalts (32, 34; 36, 38) etwa gleich groß sind.The invention relates to a fluid dynamic bearing system with at least one conical bearing (14, 16), the conical bearing (14, 16) comprising a shaft (12) extending along an axis of rotation (62) on which a bearing component (18, 20) is fastened with a conical bearing surface, and a bearing bush (22) which has a conical bearing surface which lies opposite the conical bearing surface of the bearing component (18, 20) and is separated from this by a bearing gap (26, 28) filled with a bearing fluid, wherein the bearing gap (26, 28) has a first open end which is sealed by a first capillary sealing gap (32, 34) partially containing bearing fluid, and a second open end which is sealed by a second capillary sealing gap (36, 36) partially containing bearing fluid. 38) is sealed, the first and the second capillary sealing gap (32, 34; 36, 38) having widening conical sections and the bearing fluid in the conical Chen sections of the two sealing gaps fluid menisci (32a, 34a; 36a, 38a), the maximum gap widths of the conical sections of the first and second sealing gaps (32, 34; 36, 38) being approximately the same.
Description
Die Erfindung betrifft ein fluiddynamisches Lagersystem nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, welches vorzugsweise zur Drehlagerung eines Spindelmotors eingesetzt werden kann. Ein solcher fluiddynamisch gelagerter Spindelmotor kann beispielsweise zum Antrieb eines Festplattenlaufwerks, Laserscanners oder Lüfters verwendet werden.The invention relates to a fluid dynamic bearing system according to the preamble of
Fluiddynamische Lagersysteme zur Drehlagerung von Spindelmotoren sind in unterschiedlichen Bauformen bekannt. Für hohe Lasten werden insbesondere fluiddynamische Lagersysteme mit einem oder mehreren konischen fluiddynamischen Lagern verwendet, da konische fluiddynamische Lager eine hohe Lagersteifigkeit aufweisen und daher für diesen Zweck gut geeignet sind.Fluid dynamic bearing systems for the rotary bearing of spindle motors are known in various designs. Fluid dynamic bearing systems with one or more conical fluid dynamic bearings are used in particular for high loads, since conical fluid dynamic bearings have a high bearing rigidity and are therefore well suited for this purpose.
Ein konisches fluiddynamisches Lager umfasst in der Regel eine sich entlang einer Drehachse erstreckende Welle, an welcher mindestens ein Lagerbauteil mit einer konischen Lagerfläche befestigt ist. Eine relativ zum Lagerbauteil drehbar gelagerte Lagerbuchse weist eine konische Lagerfläche auf, die der konischen Lagerfläche des Lagerbauteils gegenüberliegt und von dieser durch einen mit einem Lagerfluid gefüllten Lagerspalt getrennt ist. Vorzugsweise werden zwei solche konischen fluiddynamischen Lager miteinander kombiniert, wobei jedes konische Lager ein an der Welle angeordnetes konisches Lagerbauteil aufweist, deren konische Lagerflächen einander zugewandt sind.A conical fluid dynamic bearing generally comprises a shaft which extends along an axis of rotation and to which at least one bearing component with a conical bearing surface is attached. A bearing bush rotatably mounted relative to the bearing component has a conical bearing surface which lies opposite the conical bearing surface of the bearing component and is separated from it by a bearing gap filled with a bearing fluid. Two such conical fluid dynamic bearings are preferably combined with one another, each conical bearing having a conical bearing component arranged on the shaft, the conical bearing surfaces of which face one another.
Die
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein konisches fluiddynamisches Lagersystem anzugeben, das eine verbesserte Resistenz gegen sogenannte NOV-Einwirkung (non operating vibration) aufweist, d. h. eine bessere Resistenz gegen von außen einwirkende Vibrationen und Schock im Stillstand des Lagers.It is the object of the present invention to provide a conical fluid dynamic bearing system which has an improved resistance to so-called NOV (non-operating vibration) effects, ie. H. better resistance to external vibrations and shock when the bearing is at a standstill.
Diese Aufgabe wird durch ein fluiddynamisches Lagersystem mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.This object is achieved by a fluid dynamic bearing system with the features of
Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung und weitere vorteilhafte Merkmale sind in den Unteransprüchen angegeben.Preferred embodiments of the invention and further advantageous features are specified in the subclaims.
Das fluiddynamische Lagersystem weist mindestens ein konisches Lager auf, wobei das konische Lager eine sich entlang einer Drehachse erstreckende Welle umfasst, an welcher ein Lagerbauteil mit einer konischen Lagerfläche befestigt ist, und eine Lagerbuchse, welche eine konische Lagerfläche aufweist, die der konischen Lagerfläche des Lagerbauteils gegenüberliegt und von dieser durch einen mit einem Lagerfluid gefüllten Lagerspalt getrennt ist. Der Lagerspalt weist ein erstes offenes Ende auf, das durch einen teilweise Lagerfluid enthaltenden ersten kapillaren Dichtungsspalt abgedichtet ist, und weist ein zweites offenes Ende auf, das durch einen teilweise Lagerfluid enthaltenden zweiten kapillaren Dichtungsspalt abgedichtet ist, wobei der erste und der zweite kapillare Dichtungsspalt sich aufweitende konische Abschnitte aufweisen und das Lagerfluid in den konischen Abschnitten der beiden Dichtungsspalte Fluidmenisken bildet.The fluid dynamic bearing system has at least one conical bearing, the conical bearing comprising a shaft extending along an axis of rotation to which a bearing component with a conical bearing surface is attached, and a bearing bushing which has a conical bearing surface that corresponds to the conical bearing surface of the bearing component opposite and is separated from this by a bearing gap filled with a bearing fluid. The bearing gap has a first open end which is sealed by a first capillary sealing gap partially containing bearing fluid, and has a second open end which is sealed by a second capillary sealing gap partially containing bearing fluid, the first and second capillary sealing gaps being mutually exclusive have widening conical sections and the bearing fluid forms fluid menisci in the conical sections of the two sealing gaps.
Erfindungsgemäß sind die maximalen Spaltbreiten der konischen Abschnitte des ersten und zweiten Dichtungsspalts etwa gleich groß. Die Spaltbreiten unterscheiden sich beispielsweise höchstens um 10 %.According to the invention, the maximum gap widths of the conical sections of the first and second sealing gap are approximately the same size. The gap widths differ, for example, by a maximum of 10%.
Der erste und der zweite kapillare Dichtungsspalt sind über den Lagerspalt fluidleitend miteinander verbunden. Im Stillstand des Lagers stellen sich in den konischen Abschnitten der beiden Dichtungspalte definierte Füllstände des Lagerfluids ein, wobei sich durch in den Dichtungsspalten wirkende Kapillarkräfte an der Grenzfläche zwischen dem Lagerfluid und der Umgebungsluft konkave Fluidmenisken bilden. Damit sich in den Dichtungsspalten stabile Fluidmenisken bilden, sieht die Erfindung vor, dass die Spaltbreiten der konischen Abschnitte der beiden Dichtungsspalte im Wesentlichen gleich groß sind. Dadurch ist es möglich, dass sich in den Dichtungsspalten stabile Fluidmenisken mit derselben Breite bzw. derselben Querschnittfläche bilden können.The first and the second capillary sealing gap are connected to one another in a fluid-conducting manner via the bearing gap. When the bearing is at a standstill, the conical sections of the two sealing gaps have defined fill levels of the bearing fluid, with capillary forces acting in the sealing gaps forming concave fluid menisci at the interface between the bearing fluid and the ambient air. So that stable fluid menisci are formed in the sealing gaps, the invention provides that the gap widths of the conical sections of the two sealing gaps are essentially the same. This makes it possible for stable fluid menisci with the same width or the same cross-sectional area to form in the sealing gaps.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die maximale Spaltbreite des konischen Abschnitts des zweiten Dichtungsspalts zumindest 1,15-mal größer ist als die Spaltbreite des konischen Abschnitts des ersten Dichtungsspalts auf Höhe des sich bei Stillstand des Lagers bildenden Fluidmeniskus'. Mit anderen Worten wird es bevorzugt, wenn die Spaltbreite des zweiten Dichtungsspalts mindestens 1,15-mal größer ist als die sich im Stillstand des Lagers einstellende Breite des Fluidmeniskus' im ersten Dichtungsspalt. Somit kann der konische Abschnitt des zweiten Dichtungsspalts kürzer ausgebildet werden als der konische Abschnitt des ersten Dichtungsspalts.In a preferred embodiment of the invention, it is provided that the maximum gap width of the conical section of the second sealing gap is at least 1.15 times larger than the gap width of the conical section of the first sealing gap at the level of when the bearing is stationary forming fluid meniscus'. In other words, it is preferred if the gap width of the second sealing gap is at least 1.15 times greater than the width of the fluid meniscus in the first sealing gap that is established when the bearing is at a standstill. The conical section of the second sealing gap can thus be made shorter than the conical section of the first sealing gap.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist angrenzend an den zweiten Dichtungsspalt ein mit Luft oder Gas gefüllter Ringspalt angeordnet, der durch eine äußere Umfangsfläche der Welle und ein innere Umfangsfläche der Lagerbuchse begrenzt ist. Dieser Ringspalt ist durch einen Freistich in der Welle und einen Freistich in der Lagerbohrung der Lagerbuchse gebildet.In one embodiment of the invention, an annular gap filled with air or gas is arranged adjacent to the second sealing gap and is delimited by an outer circumferential surface of the shaft and an inner circumferential surface of the bearing bush. This annular gap is formed by an undercut in the shaft and an undercut in the bearing bore of the bearing bush.
Der konische Abschnitt des zweiten kapillaren Dichtungsspalts mündet in den Ringspalt, wobei die Spaltbreite des Ringspalts vorzugsweise der maximalen Spaltbreite des konischen Abschnitts des zweiten Dichtungsspalts entspricht oder auch größer sein kann.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung beträgt die maximale Spaltbreite der konischen Abschnitte des ersten und zweiten Dichtungsspalts zwischen 0,4 mm und 0,6 mm, besonders bevorzugt zwischen 0,43 mm und 0,6 mm.The conical section of the second capillary sealing gap opens into the annular gap, wherein the gap width of the annular gap preferably corresponds to the maximum gap width of the conical section of the second sealing gap or can be larger.
In a preferred embodiment of the invention, the maximum gap width of the conical sections of the first and second sealing gap is between 0.4 mm and 0.6 mm, particularly preferably between 0.43 mm and 0.6 mm.
Um eine Benetzung des Ringspalts mit Lagerfluid zu vermeiden, ist es vorzugsweise vorgesehen, dass die den Ringspalt begrenzenden Oberflächen mit einer fluidabweisenden Beschichtung versehen sind. Vorzugsweise sind jedoch die direkt an den Ringspalt angrenzenden Bereiche des konischen Abschnitts des zweiten Dichtungsspalts nicht mit der fluidabweisenden Beschichtung versehen.In order to avoid wetting of the annular gap with bearing fluid, it is preferably provided that the surfaces delimiting the annular gap are provided with a fluid-repellent coating. Preferably, however, the areas of the conical section of the second sealing gap directly adjoining the annular gap are not provided with the fluid-repellent coating.
Zu diesem Zweck kann es in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung vorgesehen sein, dass auf den Oberflächen der Welle und der Lagerbuchse im Bereich des Ringspalts mindestens eine Rille eingebracht ist, die in einem Abstand vom konischen Abschnitt des zweiten Dichtungsspalts angeordnet ist. Die Rille dient als Barriere für das Lagerfluid, sodass aus dem zweiten Dichtungsspalt austretendes Lagerfluid nicht weiter in den Ringspalt vordringen kann. Hierbei können die Oberflächen der Rille im Ringspalt zumindest partiell mit einer fluidabweisenden Beschichtung versehen sein.For this purpose, it can be provided in a preferred embodiment of the invention that at least one groove is made on the surfaces of the shaft and the bearing bush in the area of the annular gap, which groove is arranged at a distance from the conical section of the second sealing gap. The groove serves as a barrier for the bearing fluid so that bearing fluid emerging from the second sealing gap cannot penetrate any further into the annular gap. Here, the surfaces of the groove in the annular gap can be at least partially provided with a fluid-repellent coating.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung umfasst das fluiddynamische Lagersystem zwei gegeneinander wirkende konische fluiddynamische Lager, die aneinander angrenzen, im Wesentlichen gleichartig aufgebaut und durch den Ringspalt voneinander getrennt sind.In a particularly preferred embodiment of the invention, the fluid dynamic bearing system comprises two conical fluid dynamic bearings which act against one another, adjoin one another, are essentially constructed in the same way and are separated from one another by the annular gap.
Das erfindungsgemäße fluiddynamische Lagersystem kann vorzugsweise zur Drehlagerung eines Spindelmotors verwendet werden. Ein solcher Spindelmotor ist zum Antrieb eines Festplattenlaufwerks, eines Laserscanners oder eines Lüfters geeignet.The fluid dynamic bearing system according to the invention can preferably be used for the rotary bearing of a spindle motor. Such a spindle motor is suitable for driving a hard disk drive, a laser scanner or a fan.
Nachfolgend wird eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Aus den Zeichnungen und ihrer Beschreibung ergeben sich weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung.
-
1 zeigt einen Schnitt durch einen Spindelmotor mit einem fluiddynamischen Lagersystem mit zwei konischen Lagern in einer ersten Ausgestaltung der Erfindung. -
2 zeigt einen Schnitt durch einen Spindelmotor mit einem fluiddynamischen Lagersystem mit zwei konischen Lagern in einer zweiten Ausgestaltung der Erfindung. -
3 zeigt eine vergrößerte Ansicht der Dichtungsbereiche des Lagersystems von1 .
-
1 shows a section through a spindle motor with a fluid dynamic bearing system with two conical bearings in a first embodiment of the invention. -
2 shows a section through a spindle motor with a fluid dynamic bearing system with two conical bearings in a second embodiment of the invention. -
3rd FIG. 13 shows an enlarged view of the sealing areas of the bearing system of FIG1 .
In
Der Spindelmotor umfasst eine Basisplatte
Die drehbare Lager- bzw. Motorkomponente umfasst eine Lagerbuchse
Die beiden konischen fluiddynamischen Lager
Das erste konische fluiddynamische Lager
Der Lagerspalt
Die Lagerrillenstrukturen auf den Lagerflächen des ersten konischen fluiddynamischen Lagers
Die außenliegende Öffnung des Dichtungsspalts
Das zweite konische fluiddynamische Lager
Die Öffnungen des zweiten Lagerspalts
Im Stillstand des Lagersystems stellt sich in den konischen Abschnitten der äußeren Dichtungsspalte
Die Lagerrillenstrukturen auf den Lagerflächen des zweiten konischen fluiddynamischen Lagers
Die außenliegende Öffnung des unteren Dichtungsspalts
Um ein Fressen der konischen Lager
Die beiden konischen fluiddynamischen Lager
Im Motorraum ist eine Statoranordnung
Erfindungsgemäß ist die größte Spaltbreite
Besonders bevorzugt wird es, wenn die maximale Spaltbreite
Die den Dichtungsspalt
Der innere Dichtungsspalt
Die Dichtungsspalte
Im Unterschied zu
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 1010
- BasisplatteBase plate
- 1212th
- Wellewave
- 12a12a
- LängsbohrungLongitudinal bore
- 12b12b
- QuerbohrungCross hole
- 12c12c
- QuerbohrungCross hole
- 1414th
- konisches fluiddynamisches Lagerconical fluid dynamic bearing
- 1616
- konisches fluiddynamisches Lagerconical fluid dynamic bearing
- 1818th
- konisches Lagerbauteilconical bearing component
- 18a18a
- RezirkulationskanalRecirculation channel
- 2020th
- konisches Lagerbauteilconical bearing component
- 20a20a
- RezirkulationskanalRecirculation channel
- 2222nd
- LagerbuchseBearing bush
- 2424
- Nabehub
- 2626th
- LagerspaltBearing gap
- 2828
- LagerspaltBearing gap
- 3030th
- RingspaltAnnular gap
- 3232
- DichtungsspaltSealing gap
- 32a32a
- FluidmeniskusFluid meniscus
- 3434
- DichtungsspaltSealing gap
- 34a34a
- FluidmeniskusFluid meniscus
- 3636
- DichtungsspaltSealing gap
- 36a36a
- FluidmeniskusFluid meniscus
- 3838
- DichtungsspaltSealing gap
- 38a38a
- FluidmeniskusFluid meniscus
- 4040
- dynamische Pumpdichtungdynamic pump seal
- 4242
- dynamische Pumpdichtungdynamic pump seal
- 4444
- AbdeckkappeCover cap
- 4646
- Freiraumfree space
- 4848
- SpaltdichtungGap seal
- 5050
- AbdeckkappeCover cap
- 5252
- Freiraumfree space
- 5454
- SpaltdichtungGap seal
- 5656
- StatoranordnungStator assembly
- 5858
- RotormagnetRotor magnet
- 6060
- magnetischer Rückschlussmagnetic return
- 6262
- RotationsachseAxis of rotation
- 6464
- LeiterplatteCircuit board
- 6666
- WicklungsdrahtWinding wire
- 6868
- Freiraumfree space
- 7070
- Rillegroove
- 7272
- Rille groove
- SaSat
-
größte Breite des Dichtungsspalts 32largest width of the sealing
gap 32 - SiSi
-
größte Breite des Dichtungsspalts
36 largest width of the sealinggap 36 - SmSm
-
Spaltbreite des Dichtungsspalts auf Höhe des Fluidmeniskus' 32aGap width of the sealing gap at the level of the
fluid meniscus 32a
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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- 2019-12-04 DE DE102019132914.0A patent/DE102019132914A1/en active Pending
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Legal Events
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R163 | Identified publications notified |