DE102022120302A1 - Fluiddynamisches Lagersystem und Spindelmotor mit einem solchen Lagersystem - Google Patents

Fluiddynamisches Lagersystem und Spindelmotor mit einem solchen Lagersystem Download PDF

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Atsushi Yanagawa
Andreas Kull
Thomas Fuss
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein fluiddynamisches Lagersystem mit einer Lagerbuchse (12) und einer in der Lagerbuchse (12) drehbar gelagerten Welle (14), wobei an der Welle (14) eine ringförmige Druckplatte (20, 120) angeordnet ist und wobei ein Lagerspalt (18) gebildet ist, der mit einem Lagerfluid gefüllt ist, und wobei zwischen Welle (14) und Lagerbuchse (12) zwei fluiddynamische Radiallager (24, 26) gebildet sind und wobei zwischen einer Stirnfläche der Druckplatte (20, 120) und einer Stirnfläche einer Abdeckplatte (22) mindestens ein fluiddynamisches Axiallager (30, 32) gebildet ist, wobei das fluiddynamische Axiallager (32) Rillenstrukturen (32a) aufweist, die auf der Druckplatte oder der Abdeckplatte (22) vorgesehen sind, wobei im Verbindungs- bzw. Übergangsbereich zwischen Welle (14) und Druckplatte (20, 120) mindestens eine axial verlaufende Aussparung (20a) oder Bohrung (120a) vorhanden ist, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Öffnung der Aussparung (20a) oder Bohrung (120a) der Druckplatte (20, 120) und die Rillenstruktur (32a) des Axiallagers (32) in radialer Richtung nicht überlappen.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein fluiddynamisches Lagersystem und einen Spindelmotor mit einem solchen Lagersystem nach dem Oberbegriff der unabhängigen Patentansprüche.
  • Die DE 10 2004 040 295 B4 offenbart in den 1A bis 4B ein gattungsbildendes fluiddynamisches Lagersystem mit einer in einer Lagerbuchse drehbar gelagerten Welle. An einem Ende der Welle ist eine ringförmige Druckplatte beispielsweise mittels Presspassung befestigt, die sich zusammen mit der Welle in einer dafür vorgesehen Aussparung der Lagerbuchse dreht. Zwischen den relativ zueinander drehbaren Lagerbauteilen ist ein Lagerspalt gebildet, der mit einem Lagerfluid gefüllt ist. Die einander zugewandten Oberflächen der Welle und der Lagerbuchse bilden zwei fluiddynamische Radiallager. Die beiden Stirnflächen der Druckplatte bilden mit den jeweils gegenüberliegenden Stirnflächen der Lagerbuchse und einer Abdeckplatte zwei fluiddynamische Axiallager, deren Lagerkräfte entgegengesetzt zueinander wirken. Die fluiddynamischen Radiallager und Axiallager weisen Rillenstrukturen auf, die bei Rotation des Lagersystems den erforderlichen hydrodynamischen Druck im Lagerspalt erzeugen.
  • Um eine Zirkulation des Lagerfluids im Bereich um die Druckplatte zu verbessern sind vorzugsweise am Innendurchmesser der Druckplatte axial verlaufende Aussparungen vorgesehen, die einen Austausch des Lagerfluids zwischen den beiden Stirnseiten der Druckplatte ermöglichen. Die Druckplatte kann auch einteilig mit der Welle ausgebildet sein, wobei in diesem Fall in der Druckplatte axiale Bohrungen anstelle von Aussparungen vorgehen sind, die eine Zirkulation des Lagerfluids gewährleisten.
  • Fluiddynamische Lagersystem ähnlicher Bauart sind auch in der US 2006 / 0 088 233 A und US 2003 / 0 016 891 A1 beschrieben.
  • Die Aussparungen oder Bohrungen in der Druckplatte können zu einigen Problemen führen. Hat die Anzahl der Aussparungen oder Bohrungen einen gemeinsamen Teiler mit der Anzahl der Lagerrillen der fluiddynamischen Axiallager, z. B. 3 Aussparungen versus 12 Lagerrillen, so kommt es zu Resonanzen, sobald sich die Öffnungen der Aussparungen oder Bohrungen der rotierenden Druckplatte über die Lagerrillen hinwegbewegen. Die Resonanzen machen sich als akustische Geräusche bemerkbar. Da die Anzahl der Lagerrillen nicht ohne Weiteres geändert werden kann, ohne die Lagereigenschaften zu ändern, hat man sich dadurch beholfen, die Anzahl der Aussparungen auf beispielsweise 5 zu erhöhen, um Resonanzen zu vermeiden. Allerdings schwächt eine größere Anzahl von Aussparungen die Pressverbindung zwischen der Welle und der Druckplatte, und es ergeben sich geringere Auspresskräfte. Es ist die Aufgabe der Erfindung, bei einem fluiddynamischen Lagersystem der eingangs genannten Bauart die Anzahl der Aussparungen oder Bohrungen in der Druckplatte möglichst gering zu halten und akustische Schwingungen des Lagersystems zu vermeiden.
  • Diese Aufgabe wird durch ein fluiddynamisches Lagersystem mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 oder des Patentanspruchs 7 gelöst. Ein Spindelmotor mit den erfindungsgemäßen Merkmalen ist im nebengeordneten Patentanspruch 13 angegeben.
  • Bevorzugte Ausgestaltungen und weitere Merkmale der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
  • Es wird ein fluiddynamisches Lagersystem mit einer Lagerbuchse und einer in der Lagerbuchse drehbar gelagerten Welle beansprucht, wobei an einem Ende der Welle eine ringförmige Druckplatte angeordnet ist, die zusammen mit der Welle in einer dafür vorgesehen Aussparung der Lagerbuchse drehbar ist, und wobei zwischen diesen relativ zueinander drehbaren Lagerbauteilen ein Lagerspalt gebildet ist, der mit einem Lagerfluid gefüllt ist, und wobei die einander zugewandten Oberflächen der Welle und der Lagerbuchse zwei fluiddynamische Radiallager ausbilden und wobei mindestens eine Stirnfläche der Druckplatte mit einer gegenüberliegenden Stirnfläche einer Abdeckplatte mindestens ein fluiddynamisches Axiallager ausbildet, das Rillenstrukturen aufweist, die auf der Stirnfläche der Druckplatte oder der Stirnfläche der Abdeckplatte oder beiden Bauteilen vorgesehen sind, wobei im Verbindungs- bzw. Übergangsbereich zwischen der Welle und der Druckplatte mindestens eine axial verlaufende Aussparung oder Bohrung vorhanden ist.
  • Gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass sich die Öffnung der Aussparung oder Bohrung und die Rillenstruktur des Axiallagers in radialer Richtung nicht überlappen.
  • Es wird demnach vorgeschlagen, ausgehend von der Drehachse des Lagersystems die Rillenstruktur auf einem größeren Radius anzuordnen als die Öffnung der Aussparung oder Bohrung, so dass sich die Öffnung und die Rillenstruktur nicht radial überlappen. Dadurch wird der Fluss des Lagerfluids aus der Öffnung oder in die Öffnung der Aussparung bzw. Bohrung durch die Rillenstruktur des Axiallagers nicht behindert. Insbesondere wird vermieden, dass bei Rotation des Lagersystems sich die Öffnung der Aussparung bzw. Bohrung über die einzelnen Rillen der Rillenstruktur bewegt und es zu harmonischen Resonanzen kommt.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung liegt die Öffnung der Aussparung oder Bohrung einer ringförmigen Rille gegenüber, die in der Stirnfläche der Lagerbuchse oder der Stirnfläche der Abdeckplatte vorhanden ist. Die Rille erleichtert das Einströmen/Ausströmen von Lagerfluid in die Öffnung der Aussparung oder Bohrung.
  • Vorzugsweise ist diese ringförmige Rille mit den Rillen der Rillenstruktur des fluiddynamischen Axiallagers verbunden, so dass die Rillenstruktur das Lagerfluid beispielsweise in Richtung der ringförmigen Rille und von dort in die Öffnung der Aussparung oder Bohrung befördert.
  • Um die Herstellung des fluiddynamischen Axiallagers zu erleichtern, ist es vorzugsweise vorgesehen, dass die Rillenstruktur des fluiddynamischen Axiallagers und die ringförmige Rille dieselbe Tiefe aufweisen und in demselben Arbeitsprozess, beispielsweise mittels eines elektrochemischen Abtragungsverfahrens (ECM), hergestellt sind.
  • Vorzugsweise weisen die Druckplatte und/oder die Welle zwei oder mehrere Aussparungen oder Bohrungen auf, die entlang einer gedachten Kreislinie verteilt angeordnet sind. Liegen die Welle und die ringförmige Druckplatte als separate Teile vor, können die Aussparungen entweder am Innenumfang der Druckplatte oder am Außenumfang der Welle oder an beiden Teilen angeordnet sein. Entsprechende Bohrungen werden verwendet, wenn die Druckplatte einteilig mit der Welle ausgebildet ist.
  • Gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass mindestens zwei Aussparungen oder Bohrungen entlang einer Kreislinie der Druckplatte zumindest teilweise ungleichmäßig verteilt angeordnet sind und unterschiedliche Winkel zwischen sich einschließen.
  • Durch die ungleichmäßige Verteilung der Aussparungen oder Bohrungen werden harmonische Resonanzen im Zusammenwirken mit der Rillenstruktur des fluiddynamischen Axiallagers unterdrückt, selbst wenn die Anzahl der Rillen des Axiallagers und die Anzahl der Aussparungen bzw. Bohrungen einen gemeinsamen Teiler haben.
  • Somit ist es möglich, beispielsweise bei einer Anzahl von 12 Rillen des Axiallagers eine Anzahl von 3 Aussparungen bzw. Bohrungen zu verwenden, wobei diese Anzahl von Aussparungen bzw. Bohrungen sowohl im Hinblick auf die Zirkulation des Lagerfluids als auch die Auspresskraft der Verbindung zwischen Welle und Druckplatte gut geeignet ist.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung gilt für einen Winkel zwischen zwei benachbarten Aussparungen oder Bohrungen Folgendes: α = ( 360 ° / ( 4 * Anzahl der Rillen der Rillenstruktur ) ) + ( 360 ° / Anzahl der Aussparungen oder Bohrungen )
    Figure DE102022120302A1_0001

    Vorzugsweise wird eine Anzahl von 2 bis 4 Aussparungen oder Bohrungen in der Druckplatte verwendet.
  • Erfindungsgemäß können die Merkmale der ersten und der zweiten Ausführungsform der Erfindung gemeinsam angewendet werden, d. h. dass mindestens zwei Aussparungen oder Bohrungen entlang einer Kreislinie ungleichmäßig verteilt angeordnet sind und unterschiedliche Winkel zwischen sich einschließen, und dass sich zusätzlich die Öffnungen der Aussparungen oder Bohrungen und die Rillenstruktur des Axiallagers in radialer Richtung nicht überlappen.
  • Auch die Merkmale der abhängigen Ansprüche können auf beide Ausführungsformen der Erfindung angewendet werden.
  • Nachfolgend wird die Erfindung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele mit Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Hieraus ergeben sich weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung.
    • 1 zeigt einen Schnitt durch einen Spindelmotor gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung
    • 2 zeigt eine Aufsicht auf eine Druckplatte mit innenseitigen Aussparungen
    • 3 zeigt einen Teilschnitt einer Welle mit einteiliger Druckplatte und Bohrung in der Druckplatte
    • 4A zeigt eine Aufsicht auf eine Abdeckplatte mit Rillenstruktur in einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung
    • 4B zeigt einen Schnitt durch die Abdeckplatte von 4A
    • 5 zeigt eine Aufsicht auf eine Druckplatte mit 2 ungleichmäßig verteilten innenseitigen Aussparungen
    • 6 zeigt eine Aufsicht auf eine Druckplatte mit 3 ungleichmäßig verteilten innenseitigen Aussparungen
    • 7 zeigt eine Aufsicht auf eine Druckplatte mit 4 ungleichmäßig verteilten innenseitigen Aussparungen
  • 1 zeigt einen Schnitt durch einen Spindelmotor, der mittels eines erfindungsgemäßen fluiddynamischen Lagersystems drehgelagert ist. Der Spindelmotor umfasst eine feststehende Basisplatte 10 mit einer zylindrischen Öffnung, in welcher eine Lagerbuchse 12 befestigt ist. Die Lagerbuchse 12 weist eine axiale, zylindrische Lagerbohrung auf, in welcher eine Welle 14 drehbar aufgenommen ist. Zwischen dem Innendurchmesser der Lagerbohrung und dem etwas kleineren Außendurchmesser der Welle 14 ist ein Lagerspalt 18 vorgesehen, der mit einem Lagerfluid, beispielsweise einem Lageröl, gefüllt ist. Einander zugeordnete Lagerflächen der Lagerbuchse 12 und der Welle 14 bilden zusammen zwei fluiddynamische Radiallager 24, 26, die durch Rillenstrukturen 24a, 26a gekennzeichnet sind. Die Rillenstrukturen 24a, 26a sind auf der Oberfläche der Lagerbuchse 12 oder der Oberfläche der Welle 14 oder auf beiden Oberflächen angeordnet. Sobald sich die Welle 14 in der Lagerbuchse 12 dreht, üben die Rillenstrukturen 24a, 26a der Radiallager 24, 26 eine Pumpwirkung auf das in dem entsprechenden axialen Abschnitt des Lagerspalts 18 befindliche Lagerfluid aus. Auf diese Weise entsteht im Lagerspalt 18 ein hydrodynamischer Druck, wobei sich ein homogener und gleichmäßig dicker Schmiermittelfilm innerhalb des Lagerspalts 18 ausbildet, der die Radiallager 24, 26 tragfähig macht. Solange sich die Welle 14 in der Lagerbohrung dreht, wird diese durch den durch die Rillenstrukturen 24a, 26a der Radiallager 24, 26 erzeugten fluiddynamischen Druck stabilisiert und läuft berührungslos in der Lagerbohrung, getrennt durch den Lagerspalt 18. Die beiden Radiallager 24, 26 sind durch einen Bereich mit vergrößerter Lagerspaltbreite, dem so genanntem Separatorspalt 28, axial voneinander getrennt.
  • Die Rillenstrukturen 24a des oberen Radiallagers 24 sind vorzugsweise asymmetrisch ausgestaltet, d. h. sie erzeugen keine gleichgroße Pumpwirkung in beide Richtungen des axialen Abschnitts 18a des Lagerspalts 18, sondern eine gerichtete Pumpwirkung, die überwiegend nach unten in Richtung des zweiten Radiallagers 26 gerichtet ist.
  • Das zweite Radiallager 26 umfasst Rillenstrukturen 26a, die beispielsweise symmetrisch ausgebildet sind, so dass das zweite Radiallager 26 eine gleich große Pumpwirkung auf das Lagerfluid in beide Richtungen des axialen Abschnitts des Lagerspalts 18 erzeugt. Durch den Einfluss des oberen Radiallagers 24 ist eine Pumpwirkung des Lagerfluids im Lagerspalt 18 nach unten in Richtung einer Druckplatte 20 gegeben.
  • Die Druckplatte 20 ist an einem Ende der Welle 14 angeordnet und auf die Welle 14 aufgepresst oder alternativ einteilig mit der Welle 14 ausgebildet. Die Druckplatte 20 rotiert zusammen mit der Welle 14 in einer entsprechenden Aussparung der Lagerbuchse 12. Unterhalb der Druckplatte 20 ist die Lagerbuchse 12 durch eine Abdeckplatte 22 verschlossen. Sowohl die Druckplatte 20 als auch die Abdeckplatte 22 sind in entsprechenden Aussparungen der Lagerbuchse 12 konzentrisch zur Lagerbohrung aufgenommen. Die Oberflächen der Druckplatte 20 sind durch den mit Lagerfluid gefüllten Lagerspalt 18 von den Oberflächen der Lagerbuchse 12 und der Abdeckplatte 22 getrennt. Eine obere Stirnfläche der Druckplatte 20 bildet zusammen mit einer gegenüberliegenden Stirnfläche der Lagerbuchse 12 ein erstes fluiddynamisches Axiallager 30. Eine untere Stirnfläche der Druckplatte 20 bildet zusammen mit einer gegenüberliegenden Stirnfläche der Abdeckplatte 22 ein zweites fluiddynamisches Axiallager 32. Die beiden Axiallager 30, 32 sind durch Axiallagerrillen gekennzeichnet, die auf den Lagerflächen der Druckplatte 20 oder Lagerflächen der Lagerbuchse 12 beziehungsweise Lagerflächen der Abdeckplatte 22 angeordnet sind. Die Axiallagerrillen können spiralrillenförmig oder fischgrätenförmig (Herringbone) ausgebildet sein.
  • Sobald die Welle 14 in der Lagerbuchse 12 in Rotation versetzt wird, üben die Axiallagerrillen des ersten Axiallagers 30 eine Pumpwirkung auf das in einem radialen Abschnitt 18b des Lagerspalts 18 befindliche Lagerfluid aus. Im oberen radialen Abschnitt 18b des Lagerspalts 18 baut sich ein hydrodynamischer Druck auf, so dass das erste Axiallager 30 tragfähig wird. Gleichzeitig üben die Axiallagerrillen 32a des zweiten Axiallagers 32 eine Pumpwirkung auf das in einem zweiten radialen Abschnitt 18c des Lagerspalts 18 befindliche Lagerfluid aus. Im radialen Abschnitt 18c des Lagerspalts 18 baut sich ein hydrodynamischer Druck auf, so dass das Axiallager 32 tragfähig wird. Die beiden Axiallager 30, 32 wirken insofern gegeneinander, als dass die durch die Axiallager 30, 32 erzeugten Lagerkräfte axial gegeneinander gerichtet sind, so dass die Druckplatte 20 im Wesentlichen axial mittig in der vorgesehenen Aussparung der Lagerbuchse 12 positioniert wird.
  • Das offene Ende des Lagerspalts 18 ist durch eine Dichtung, beispielsweise einen kapillaren Dichtungsspalt 34, abgedichtet. Der Dichtungsspalt 34 wird gebildet durch eine äußere Umfangsfläche der Welle 14 und eine innere Umfangsfläche der Lagerbuchse 12. Die innere Umfangsfläche der Lagerbuchse 12 ist vorzugsweise abgeschrägt, so dass der Dichtungsspalt 34 einen im Wesentlichen konischen Querschnitt aufweist. Der Dichtungsspalt 34 ist unmittelbar mit dem Lagerspalt 18 verbunden und anteilig mit Lagerfluid gefüllt.
  • Das freie Ende der Welle 14 ist mit einer Nabe 16 verbunden. Die Nabe 16 ist entsprechend dem Zweck des Spindelmotors ausgebildet und im vorliegenden Beispiel aus Aluminium gefertigt. Ist der Spindelmotor als Antrieb eines Festplattenlaufwerks gedacht, werden auf der Nabe 16 eine oder mehrere Speicherplatten (nicht dargestellt) des Festplattenlaufwerks angeordnet und befestigt. Der Spindelmotor kann ferner zum Antrieb eines Lüfterrads oder eines Laserscanners dienen.
  • An einem inneren, unteren Rand der Nabe 16 ist ein ringförmiger Rotormagnet 40 mit einer Mehrzahl von permanentmagnetischen Polpaaren angeordnet. Der Rotormagnet 40 liegt an einem Rückschlussring 38 an. Dieser Rückschlussring 38 kann optional entfallen, wenn die Nabe 16 aus ferromagnetischem Stahl gefertigt ist. Radial gegenüberliegend dem Rotormagnet 40 ist an der Basisplatte 10 eine Statoranordnung 36 befestigt, die durch einen radialen Luftspalt von dem Rotormagnet 40 getrennt ist. Die Statoranordnung 36 weist entsprechende Statorwicklungen auf, die entsprechend mit Strom versorgt ein elektromagnetisches Drehfeld erzeugen, so dass der Rotor, bestehend aus der Nabe 16, Welle 14 und Druckplatte 20, in Drehung versetzt wird. 2 zeigt eine Ansicht einer Druckplatte 20 bekannter Bauart, die ringförmig ausgebildet ist und am Außenumfang der Welle 14 vorzugsweise mittels einer Pressverbindung befestigt wird. An ihrer inneren Umfangsfläche weist die Druckplatte 20 mehrere Aussparungen 20a auf, die verteilt über den Innenumfang angeordnet sind. Wenn die Druckplatte 20 auf der Welle 14 montiert ist, verbleiben aufgrund der Aussparungen 20a Durchgangsöffnungen zwischen den beiden Stirnseiten der Druckplatte 20. Durch diese Durchgangsöffnungen kann das Lagerfluid zwischen den beiden radialen Abschnitten 18b, 18c des Lagerspalts 18 zirkulieren.
  • 3 zeigt eine mit der Welle 14 einteilig ausgebildete Druckplatte 120. Diese Druckplatte 120 weist eine oder mehrere Bohrungen 120a auf, welche eine Durchgangsöffnung zwischen beiden Stirnseiten der Druckplatte 120 bilden. Die 4A und 4B zeigen eine Abdeckplatte 22 in einer möglichen Ausgestaltung der Erfindung. Die Abdeckplatte 22 liegt der Unterseite der Druckplatte 20 gegenüber und weist eine ringförmige Lagerfläche mit Rillenstrukturen 32a auf, die zusammen mit einer unteren Lagerfläche der Druckplatte 20 das zweite fluiddynamische Axiallager 32 bilden. Die Rillenstrukturen 32a bestehen aus 12 fischgrätenförmigen Rillen, deren „Pfeilspitzen“ in die Rotationsrichtung 44 der sich darüber hinwegdrehenden Druckplatte 20 gerichtet ist. Die Rillenstrukturen 32a setzen sich auf der Höhe des Innendurchmessers der Druckplatte 20 in Form einer ringförmigen Vertiefung 32b fort. Die ringförmige Vertiefung 32b hat dieselbe Tiefe wie die Rillen der Rillenstrukturen 32a, beispielsweise 10 Mikrometer. Angedeutet ist die Lage der Welle 14 und die Lage der Öffnungen der Aussparungen 20a der darüberliegenden Druckplatte 20. Es ist ersichtlich, dass die beispielsweise 3 Öffnungen der Aussparungen 20a mit den Rillenstrukturen 32a und den nicht strukturierten, erhabenen Bereichen des Axiallagers 32 in radialer Richtung nicht überlappen.
  • Durch diese Anordnung der Rillenstrukturen 32a und der Aussparungen 20a wird vermieden, dass die Öffnungen der Aussparungen 20a bei Drehung der Druckplatte 20 sich über die Rillen der Rillenstrukturen 32a bewegen und sich dadurch Resonanzen aufgrund der Drehfrequenz der Rillenstrukturen fR = n fL und der Drehfrequenz der Öffnungen fo = m fL ergeben, wobei n die Anzahl der Rillen 32a des Axiallagers 32 ist und m die Anzahl der Aussparungen 20a der Bohrungen in der Druckplatte 20 ist. Mit fL ist die Drehfrequenz des Lagersystems bezeichnet.
  • Die 5 bis 7 zeigen eine alternative oder zusätzliche Maßnahme zur Vermeidung von Resonanzen und akustischen Schwingungen. Gemäß dieser Ausführungsform der Erfindung sind am Innenumfang der Druckplatte 20 mehrere Aussparungen 20a vorgesehen, die jedoch ungleichmäßig über den inneren Umfang angeordnet sind.
  • 5 zeigt eine Druckplatte 20 mit 2 Aussparungen 20a, die nicht im gleichen Winkel von 180° zueinander angeordnet sind, sondern mit Bezug auf die Drehachse 42 einen Winkel von 187,5° bzw. 172,5° einschließen.
  • 6 offenbart eine Druckplatte 20 mit 3 Aussparungen 20a, die nicht in einem gleichen Winkel von 120° zueinander angeordnet sind, sondern die Aussparungen 20a sind in einem Winkel von 127,5° zueinander angeordnet, wobei die dritte und die erste Aussparung 20a einen Winkel von 105° einschließen.
  • 7 zeigt eine Druckplatte 20 mit 4 Aussparungen 20a, die nicht in einem gleichen Winkel von 90° zueinander angeordnet sind, sondern die Aussparungen 20a sind in einem Winkel von 97,5° zueinander angeordnet, wobei sich zwischen der vierten und der ersten Aussparung 20a ein Winkel von 67,5° ergibt. Durch die ungleichmäßige Verteilung der Aussparungen 20a am Innenumfang der Druckplatte 20 wird die Entstehung von Resonanzen im Zusammenhang mit den Rillenstrukturen 32a des Axiallagers 32 vermieden.
  • Es hat sich herausgestellt, dass der Winkel α zwischen jeweils zwei Aussparungen 20a oder Bohrungen 120a vorzugsweise folgende Größe aufweisen sollte: α = 360 ° 4   n + 360 ° m
    Figure DE102022120302A1_0002
  • Hierbei ist n die Anzahl der Rillen 32a des Axiallagers 32 und m die Anzahl der Aussparungen 20a oder Bohrungen 120 in der Druckplatte 20, 120. Bei einer Welle 14 mit einer einteiligen Druckplatte 120, wie sie in 3 dargestellt ist, können die Bohrungen 120a in der Druckplatte 120 ebenfalls in dem angegebenen Winkel über den Umfang der Druckplatte 120 verteilt angeordnet werden.
  • Erfindungsgemäß kann eine ungleichmäßige Verteilung der Aussparungen 20a oder Bohrungen 120a gemäß den 5 bis 7 mit der Ausgestaltung der Rillenstrukturen 32a und der Vertiefung 32b der Abdeckplatte 22 gemäß den 4A und 4B kombiniert werden.
  • Liste der Bezugszeichen
  • 10
    Basisplatte
    12
    Lagerbuchse
    14
    Welle
    16
    Nabe
    18
    Lagerspalt
    18a
    axialer Abschnitt des Lagerspalts
    18b
    radialer Abschnitt des Lagerspalts
    18c
    radialer Abschnitt des Lagerspalts
    20
    Druckplatte
    20a
    Aussparung
    22
    Abdeckplatte
    24
    Radiallager
    24a
    Rillenstrukturen
    26
    Radiallager
    26a
    Rillenstrukturen
    28
    Separatorspalt
    30
    Axiallager
    32
    Axiallager
    32a
    Rillenstrukturen
    32b
    ringförmige Vertiefung
    34
    Dichtungsspalt
    36
    Statoranordnung
    38
    Rückschlussring
    40
    Rotormagnet
    42
    Drehachse
    44
    Rotationsrichtung der Druckplatte
    120
    Druckplatte
    120a
    Bohrung
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102004040295 B4 [0002]

Claims (12)

  1. Fluiddynamisches Lagersystem mit einer Lagerbuchse (12) und einer in der Lagerbuchse (12) drehbar gelagerten Welle (14), wobei an der Welle (14) eine ringförmige Druckplatte (20, 120) angeordnet ist, die zusammen mit der Welle (14) in einer dafür vorgesehen Aussparung der Lagerbuchse (12) drehbar ist, und wobei zwischen diesen relativ zueinander drehbaren Lagerbauteilen (12, 14, 20, 120) ein Lagerspalt (18) gebildet ist, der mit einem Lagerfluid gefüllt ist, und wobei die einander zugewandten Oberflächen der Welle (14) und der Lagerbuchse (12) mindestens ein fluiddynamisches Radiallager (24, 26) ausbilden und eine Stirnfläche der Druckplatte (20, 120) mit einer gegenüberliegenden Stirnfläche einer Abdeckplatte (22) mindestens ein fluiddynamisches Axiallager (30, 32) ausbildet, wobei das fluiddynamische Axiallager (32) Rillenstrukturen (32a) aufweist, die auf einer Stirnseite der Druckplatte (20, 120) oder einer Stirnseite der Abdeckplatte (22) oder auf beiden Bauteilen (20, 120, 22) vorgesehen sind, wobei im Übergangsbereich zwischen Welle (14) und Druckplatte (20, 120) mindestens eine axial verlaufende Aussparung (20a) oder Bohrung (120a) vorhanden ist, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Öffnung der Aussparung (20a) oder Bohrung (120a) der Druckplatte (20, 120) und die Rillenstruktur (32a) des Axiallagers (32) in radialer Richtung nicht überlappen, wobei die Öffnung der Aussparung (20a) oder Bohrung (120a) der Druckplatte (20, 120) einer ringförmigen Vertiefung (32b) gegenüberliegt, die in der Stirnfläche der Abdeckplatte (22) vorhanden ist und wobei die Rillenstruktur (32a) des Axiallagers (32) und die ringförmige Vertiefung (32b) dieselbe Tiefe aufweisen.
  2. Fluiddynamisches Lagersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ausgehend von der Drehachse (42) die Rillenstruktur (32a) auf einem größeren Radius angeordnet ist als die Öffnung der Aussparung (20a) oder Bohrung (120a) der Druckplatte (20, 120).
  3. Fluiddynamisches Lagersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die ringförmige Vertiefung (32b) mit den Rillen der Rillenstruktur (32a) verbunden ist.
  4. Fluiddynamisches Lagersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Rillenstruktur (32a) und die ringförmige Vertiefung (32b) in demselben Arbeitsprozess hergestellt sind.
  5. Fluiddynamisches Lagersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder mehrere Aussparungen (20a) oder Bohrungen (120a) entlang einer Kreislinie der Druckplatte verteilt angeordnet sind.
  6. Fluiddynamisches Lagersystem mit einer Lagerbuchse (12) und einer in der Lagerbuchse (12) drehbar gelagerten Welle (14), wobei an der Welle (14) eine ringförmige Druckplatte (20, 120) angeordnet ist, die zusammen mit der Welle (14) in einer dafür vorgesehen Aussparung der Lagerbuchse (12) drehbar ist, und wobei zwischen diesen relativ zueinander drehbaren Lagerbauteilen (12, 14, 20) ein Lagerspalt (18) gebildet ist, der mit einem Lagerfluid gefüllt ist, und wobei einander zugewandte Oberflächen der Welle (14) und der Lagerbuchse (12) mindestens ein fluiddynamisches Radiallager (24, 26) ausbilden und eine Stirnfläche der Druckplatte (20, 120) mit einer gegenüberliegenden Stirnfläche einer Abdeckplatte (22) mindestens ein fluiddynamisches Axiallager (30, 32) ausbildet, wobei das fluiddynamische Axiallager (32) Rillenstrukturen (32a) aufweist, die auf einer Stirnseite der Druckplatte (20, 120) oder einer Stirnseite der Abdeckplatte (22) oder beiden Bauteilen (20, 120, 22) vorgesehen sind, wobei im Übergangsbereich zwischen Welle (14) und Druckplatte (20, 120) mindestens zwei axial verlaufende Aussparungen (20a) oder Bohrungen (120a) vorhanden sind, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Aussparungen (20a) oder Bohrungen (120) entlang einer Kreislinie der Druckplatte (20, 120) zumindest teilweise ungleichmäßig verteilt angeordnet sind und unterschiedliche Winkel zwischen sich einschließen.
  7. Fluiddynamisches Lagersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass für mindestens einen Winkel zwischen zwei benachbarten Aussparungen (20a) oder Bohrungen (120a) folgendes gilt: α = ( 360 ° / ( 4 * Anzahl der Rillen der Rillenstruktur  ( 32 a ) ) ) + ( 360 ° / Anzahl der Aussparungen  ( 20 a )  oder Bohrungen  ( 120 a ) ) .
    Figure DE102022120302A1_0003
  8. Fluiddynamisches Lagersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anzahl von 2 bis 4 Aussparungen (20a) oder Bohrungen (120a) in der Druckplatte (20, 120) vorhanden ist.
  9. Fluiddynamisches Lagersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Rillenstruktur (32a) des Axiallagers (32) eine Anzahl von zwischen 11 und 13 Rillen aufweist.
  10. Fluiddynamisches Lagersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparungen (20a) in der Druckplatte (20) oder am Außenumgang der Welle (14) oder beiden Bauteilen angeordnet sind.
  11. Fluiddynamisches Lagersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrungen (120a) in der Druckplatte (120) angeordnet sind.
  12. Spindelmotor mit einem fluiddynamischen Lagersystem gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11.
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Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030016891A1 (en) 2001-07-19 2003-01-23 Kabushiki Kaisha Sankyo Seiki Seisakusho Hydrodynamic bearing device
WO2005113995A2 (en) 2004-05-12 2005-12-01 Minebea Co., Ltd. Fluid dynamic bearing and storage disk drive with a spindle motor having the fluid dynamic bearing
US20060088233A1 (en) 2004-10-27 2006-04-27 Hironori Ando Dynamic pressure bearing device
US7101084B2 (en) 2002-04-12 2006-09-05 Kabushiki Kaisha Sankyo Seiki Seisakusho Dynamic pressure bearing device
US20080298731A1 (en) 2007-05-28 2008-12-04 Toshifumi Hino Hydrodynamic bearing device, spindle motor, and recording and reproducing apparatus equipped with same
JP2010169240A (ja) 2009-01-26 2010-08-05 Alphana Technology Co Ltd ディスク駆動装置
DE102004040295B4 (de) 2004-08-19 2017-03-02 Minebea Co., Ltd. Hydrodynamische Lageranordnung für einen Elektromotor

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030016891A1 (en) 2001-07-19 2003-01-23 Kabushiki Kaisha Sankyo Seiki Seisakusho Hydrodynamic bearing device
US7101084B2 (en) 2002-04-12 2006-09-05 Kabushiki Kaisha Sankyo Seiki Seisakusho Dynamic pressure bearing device
WO2005113995A2 (en) 2004-05-12 2005-12-01 Minebea Co., Ltd. Fluid dynamic bearing and storage disk drive with a spindle motor having the fluid dynamic bearing
DE102004040295B4 (de) 2004-08-19 2017-03-02 Minebea Co., Ltd. Hydrodynamische Lageranordnung für einen Elektromotor
US20060088233A1 (en) 2004-10-27 2006-04-27 Hironori Ando Dynamic pressure bearing device
US20080298731A1 (en) 2007-05-28 2008-12-04 Toshifumi Hino Hydrodynamic bearing device, spindle motor, and recording and reproducing apparatus equipped with same
JP2010169240A (ja) 2009-01-26 2010-08-05 Alphana Technology Co Ltd ディスク駆動装置

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