DE10237848A1

DE10237848A1 - Hydrodynamisches Lager für einen Spindelmotor

Info

Publication number: DE10237848A1
Application number: DE2002137848
Authority: DE
Inventors: Andreas Kull
Original assignee: Minebea Co Ltd
Current assignee: Minebea Co Ltd
Priority date: 2002-03-12
Filing date: 2002-08-19
Publication date: 2003-10-23

Abstract

Hydrodynamisches Lager für einen Spindelmotor mit einer Welle, einer Lagerbuchse, welche die Welle mit geringem radialen Abstand umgreift, und wenigstens einem Widerlager, das mit der Lagerbuchse drehfest verbunden ist, wobei die Lagerbuchse und das Widerlager relativ zu der Welle rotieren, wobei die Welle eine Stufe zwischen einem Wellenabschnitt mit größerem Wellendurchmesser und einem Wellenabschnitt mit kleinerem Wellendurchmesser aufweist, im Bereich des Wellenabschnitts mit größerem Wellendurchmesser ein Radiallager ausgebildet ist und im Bereich der Stufe ein Axiallager ausgebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft bürstenlose Gleichstrommotoren der Bauart, die als Spindelmotoren in Plattenlaufwerken verwendet werden, und insbesondere ein hydrodynamisches Lager für solche Spindelmotoren.
Plattenlaufwerk-Systeme wurden in Computern und anderen elektronischen Einrichtungen seit vielen Jahren zum Speichern digitaler Information verwendet. Information wird auf konzentrischen Speicherspuren einer magnetischen Platte aufgezeichnet, wobei die eigentliche Information in Form magnetischer Übergänge in dem Plattenmedium gespeichert ist. Die Platten selbst sind drehbar auf einer motorisch angetriebenen Spindel montiert, wobei auf die Information mittels Wandlern zugegriffen wird, die auf einem Schwenkarm sitzen, der sich radial über die Oberfläche der Platte bewegt. Um einen fehlerfreien Informationsaustausch zu gewährleisten, müssen die Schreibe-/Leseköpfe oder Wandler exakt zu den Speicherspuren auf der Platte ausgerichtet sein. Voraussetzung für einen sicheren Datentransfer ist also eine stabile und präzise Drehlagerung der Spindel.
In bürstenlosen Gleichstrommotoren der beschriebenen Bauart, die als Spindelmotoren in Plattenlaufwerken eingesetzt werden, ist die angetriebene Spindel nach dem Stand der Technik traditionell mit Wälzlagern drehgelagert. Laufgenauigkeit und Präzision werden dadurch erreicht, daß die Lager spielfrei verspannt eingebaut werden. Außerdem kommen Wälzkörper und Lagerringe mit eingeengten Abmessungstoleranzen zum Einsatz. Systembedingte Nachteile, wie störende Abrollgeräusche und eingeschränkte Stoßfestigkeit, wurden bislang billigend in Kauf genommen.
Fluidlager oder hydrodynamische Lager stellen eine erhebliche Verbesserung gegenüber herkömmlichen Kugellagern in Spindelmotoren dar. Bei diesen Arten von Systemen dient ein Schmierfluid - Gas oder Flüssigkeit - zur Trennung der Lagerflächen zwischen einer feststehenden Basis oder Gehäuse und der drehenden Spindel oder Nabe des Motors. Flüssige Schmiermittel umfassen z. B. Öl, komplexere ferromagnetische Fluide oder sogar Luft wurden in hydrodynamischen Lagersystemen eingesetzt.
Hydrodynamische Lager haben gegenüber Kugellagern den Vorteil verbesserter Laufgenauigkeit höherer Stoßfestigkeit und geringerer Geräuschentwicklung.
Spindelmotoren für Datenträgerplatten, bei denen eine mit einem Rotor fest verbundene Motorwelle über ein hydrodynamisches Lagersystem gelagert ist, sind im Stand der Technik bekannt. Ein hydrodynamisches Lagersystem gemäß dem Stand der Technik besteht z. B. aus einer Lagerbuchse, die einseitig von einer Gegenplatte geschlossen sein kann. Innerhalb der Lagerbuchse befindet sich eine Motorwelle, die von einem Fluid, vorzugsweise einem Öl, umgeben ist. An der Innenfläche der Lagerbuchse oder an der Außenfläche der Motorwelle sind ein oder mehrere Rillenstrukturen vorgesehen, die zur Erzeugung eines hydrodynamischen Lagerdrucks dienen.
Es sind ferner hydrodynamische Lager mit axialem Spurkuppenlager in Niederleistungs- Spindelmotoren bekannt, bei denen die axialen Lagerkräfte in einer Richtung durch Abstützung des Lagers im Drehpunkt an einer Gegenplatte aufgenommen werden und die axiale Gegenkraft magnetisch erzeugt wird, beispielsweise durch das Zusammenwirken von Rotor und Stator. Diese Arten von hydrodynamischen Lagern haben jedoch eine sehr geringe axiale Steifigkeit, und ihre Verwendung beispielsweise in Festplattenlaufwerken ist problematisch, weil solche Anwendungen eine axiale Steifigkeit in beiden Axialrichtungen erfordern. Andererseits haben hydrodynamische Lager mit axialen Spurkuppenlagern den Vorteil eines sehr geringen Reibungsverlusts und somit einer geringen Leistungsaufnahme.
Ein Beispiel eines hydrodynamischen Lagers gemäß dem Stand der Technik, wie er oben beschrieben ist, ist aus dem U.S. Patent 4,934,836 bekannt.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein hydrodynamisches Lager für einen Spindelmotor, insbesondere zur Verwendung in einem Plattenlaufwerk, anzugeben, das mit geringer Verlustleistung und hohem Wirkungsgrad arbeitet und somit die Leistungsaufnahme des Spindelmotors insgesamt verringert. Ferner soll das hydrodynamische Lager gemäß der Erfindung eine möglichst geringe Bauhöhe haben, so daß es in Anwendungen mit kleinsten Abmessungen, wie Mini-Disc-Drives, eingesetzt werden kann, und dennoch eine ausreichende axiale Steifigkeit aufweisen.
Diese Aufgabe wird durch ein hydrodynamisches Lager mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst.
Das erfindungsgemäße Lager umfaßt eine Welle und eine Lagerbuchse, welche die Welle mit geringem radialen Abstand umgreift. Ein Widerlager ist mit der Lagerbuchse drehfest verbunden.
Zur Ausbildung eines Radiallagers und eines Axiallagers ist erfindungsgemäß in der Welle eine Stufe zwischen einem Wellenabschnitt mit größerem Wellendurchmesser und einem Wellenabschnitt mit kleinerem Wellendurchmesser ausgebildet. Im Bereich des Wellenabschnitts mit größerem Wellendurchmesser ist das Radiallager vorgesehen und im Bereich der Stufe ist das Axiallager vorgesehen. Dabei bildet die Stufe in der Welle eine Schulter, die dem Widerlager unmittelbar gegenüber liegt, und das Axiallager wird durch eine Rillenstruktur in der Stufe und/oder dem Widerlager gebildet. Durch die erfindungsgemäße Anordnung ist es möglich, ein Lager mit zweiseitigen hydrodynamischem Axiallager und Radiallager mit minimaler Bauhöhe zu realisieren.
Häufig werden im Stand der Technik hydrodynamische Axiallager an wenigstens einem Ende der Welle durch eine Druckplatte gebildet, welche auf die Welle aufgepreßt ist und mit einem Widerlager zusammenwirkt. Aufgrund der erforderlichen Stoßfestigkeit dürfen diese Druckplatten eine minimale Stärke von ungefähr 1,3 mm nicht unterschreiten. Die Dicke der Druckplatte wird üblicherweise durch Anwendungsspezifikationen für die Stoßbelastung vorgegeben. Je größer die Stoßbelastbarkeit ist, desto größer muß die Kontaktfläche zwischen der Druckplatte und der Welle sein, um ein Verschieben der Druckplatte auf der Welle bei Stoßbelastung zu vermeiden. Dies steht einer Verringerung der Bauhöhe des hydrodynamischen Lagers im Stand der Technik entgegen.
Diese Begrenzungen des Standes der Technik werden durch die Erfindung vermieden. Ein zweites Axiallager kann an dem der Stufe gegenüberliegenden Wellenende vorgesehen sein, um eine ausreichende axiale Steifigkeit in beiden Richtungen zu realisieren.
Das Radiallager ist erfindungsgemäß an dem Wellenabschnitt mit größerem Wellendurchmesser vorgesehen, um auch eine ausreichende radiale Lagersteifigkeit sicherzustellen. Je nach Bauweise können auf der Welle und/oder an der Innenseite der Lagerbuchse ein oder zwei Rillenstrukturen zur Bildung des/der Radiallager vorgesehen werden.
Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß das Widerlager durch eine Ringscheibe gebildet ist, die den Wellenabschnitt mit kleinerem Wellendurchmesser umgibt und die an die Stufe angrenzt. Diese Ringscheibe ist an einem oder an beiden offenen Stirnenden der Lagerbuchse vorgesehen. Sie kann auf die Lagerbuchse aufgesetzt oder in die Öffnung der Lagerbuchse eingefügt sein.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist zwischen dem Wellenabschnitt mit kleinerem Wellendurchmesser, der von der Ringscheibe umgeben wird, und der Oberfläche der zentralen, inneren Öffnung der Ringscheibe ein ringförmiger, sich konisch verjüngender Freiraum gebildet, der über einen kapillaren Ringspalt mit dem Lagerspalt zwischen Welle und Lagerbuchse verbunden ist und eine sogenannte Kapillardichtung des Lagerspaltes bildet. Die Grundlagen solcher "Kapillardichtungen" sind z. B. in dem U.S. Patent Nr. 5,667,309 beschrieben. Der konische Freiraum bildet ein Ausdehnungsvolumen und Reservoir, das mit dem Lagerspalt in Verbindung steht und in welchem das Lagerfluid aufsteigen kann, wenn der Fluidpegel bei zunehmender Temperatur ansteigt. Dadurch wird verhindert, daß Lagerfluid aus der Lagerbuchse austritt.
Der ringförmige, konische Freiraum wird vorzugsweise durch eine Verjüngung des Wellenabschnitts mit kleinerem Durchmesser oder durch eine Fase der zentralen, inneren Öffnung der Ringscheibe gebildet.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind das Wellenende und der Wellenabschnitt mit größerem Durchmesser von der Lagerbuchse umschlossen, wobei vorzugsweise zwischen dem Stirnende dieses Wellenabschnitts mit größerem Durchmesser und der gegenüberliegenden Fläche der Lagerbuchse ein zweites Axiallager gebildet ist. Dieses zweite axiale Lager kann durch eine Rillenstruktur in dem Stirnende des Wellenabschnitts mit größerem Wellendurchmesser und/oder in der gegenüberliegenden Fläche der Lagerbuchse gebildet sein (thrust bearing). Bei einer alternativen Ausführungsform kann das zweite Axiallager als ein Spurkuppenlager ausgebildet sein (pivot bearing). Im Bereich des Spurkuppenlagers kann zusätzlich eine kleine Rillenstruktur an dem gekrümmten Wellenende und/oder der gegenüberliegenden Fläche der Lagerbuchse vorgesehen sein, um während des Betriebs einen Kontakt von Welle und Lagerbuchse zu vermeiden. Außerdem kann das sphärisch oder kuppenförmig ausgebildete Wellenende und/oder die gegenüberliegende Fläche der Lagerbuchse mit einer sehr harten Schicht versehen sein, um den Verschleiß an der Welle sowie an der Lagerbuchse bei Kontakt zu minimieren. Durch Ausbilden des zweiten Axiallagers als Spurkuppenlager wird die Verlustleistung des Lagers gegenüber der zuvor beschriebenen Ausführungsform nochmals reduziert.
Die Rillenstrukturen der Radial- und Axiallager haben beispielsweise die Form von Spiralen oder die eines Fischgrätmusters.
Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist eine zweite Stufe zwischen dem Wellenabschnitt mit größerem Durchmesser und einem zweiten Wellenabschnitt mit kleinerem Durchmesser ausgebildet, der dem ersten Wellenabschnitt mit kleinerem Durchmesser gegenüberliegt. Im Bereich dieser zweiten Stufe ist ein zweites Axiallager vorgesehen. Die zweite Stufe bildet ebenfalls eine Schulter in der Welle, die mit einem zweiten Widerlager zusammenwirkt, wobei das zweite Axiallager durch eine Rillenstruktur in der zweiten Stufe und/oder dem zweiten Widerlager gebildet ist. Das zweite Widerlager wird vorzugsweise durch eine zweite Ringscheibe gebildet, die den zweiten Wellenabschnitt mit kleinerem Wellendurchmesser umgibt und die an die zweite Stufe angrenzt. Diese Ringscheibe ist vorteilhaft ebenfalls in ein offenes Ende der Lagerbuchse eingesetzt oder auf dieses aufgesetzt. Zwischen der Oberfläche der zentralen, inneren Öffnung der zweiten Ringscheibe und dem zweiten Wellenabschnitt mit kleinerem Wellendurchmesser kann ebenfalls ein ringförmiger, sich konisch verjüngender Freiraum gebildet sein, der eine zweite Kapillardichtung des Lagerspaltes vorsieht.
Das erfindungsgemäße hydrodynamische Lager eignet sich aufgrund seiner Bauweise, welche die Verwendung von Druckplatten zur Bildung des Axiallagers überflüssig macht, besonders für sehr flache Motoren, weil das Lager mit einer minimalen Bauhöhe realisiert werden kann.
Je nach Anwendung können im Bereich des Wellenabschnitts mit größerem Wellendurchmesser ein oder zwei Radiallager vorgesehen werden. Das Lager hat ferner die Vorteile, daß es mit einem Minimum an Bauteilen realisiert werden kann und besonders verlustarm arbeitet. Insbesondere wenn das zweite Axiallager als Spurkuppenlager ausgebildet ist, kann die Verlustleistung nochmals reduziert werden.
Die Erfindung sieht auch ein Plattenlaufwerk gemäß den Ansprüchen 16 bis 19 vor. Das Plattenlaufwerk kann ein Festplattenlaufwerk, ein Diskettenlaufwerk, ein Mini-Disc-Drive, ein Wechselplattenlaufwerk oder dgl. sein.
Die Erfindung ist im folgenden anhand bevorzugter Ausführungsformen mit Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert. In den Figuren zeigen:
Fig. 1 eine Schnittdarstellung eines Spindelmotors mit einem hydrodynamischen Lager gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 2 eine Schnittdarstellung eines Spindelmotors mit einem hydrodynamischen Lager gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 3 eine Schnittdarstellung eines Spindelmotors mit einem hydrodynamischen Lager gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 4 eine Schnittdarstellung eines Spindelmotors mit einem hydrodynamischen Lager gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung; und
Fig. 5 eine Schnittdarstellung eines Spindelmotors mit einem hydrodynamischen Lager gemäß einer fünften Ausführungsform der Erfindung.
Der in Fig. 1 gezeigte Spindelmotor umfaßt einen Flansch oder eine Grundplatte 10 zur Befestigung an einem Plattenlaufwerk, das in der Figur nicht gezeigt ist. Der Flansch 10 ist drehfest mit einer Lagerbuchse 12 zur Lagerung einer Welle 14 verbunden. Ein Rotor 16 ist drehfest mit der Welle 14 verbunden und dreht relativ zu dem Flansch 10 und der Lagerbuchse 12. Ein Stator 18 ist mit dem Flansch 10 drehfest verbunden.
Der Rotor 16 umfaßt eine Nabe 20 und die Welle 14, welche koaxial an der Rotornabe 20 befestigt ist. Ein Rotormagnet 22 ist mit der Innenseite einer Umfangswand der Rotornabe 20 verbunden, z. B. mit dieser verpreßt oder verklebt. Die Außenseite dieser Umfangswand der Rotornabe 20 ist so geformt, daß sie eine oder mehrere Magnetplatten (nicht gezeigt) halten kann.
Der Stator 18 umfaßt einen Kern 24 und Statorwicklungen 26, die um den Kern 24 gewickelt sind. Stator 18 und Rotor 16 sind über einen konzentrischen Spalt geringer Dicke, dem Arbeitsluftspalt, zueinander beabstandet.
Die Welle 14 ist erfindungsgemäß in zwei Abschnitte aufgeteilt, ein Wellenabschnitt 30 mit größerem Wellendurchmesser und ein Wellenabschnitt 32 mit kleinerem Wellendurchmesser. Die Welle 14 ist von der Lagerbuchse 12 umgeben, die bei der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform in drei Abschnitte aufgeteilt werden kann. Ein erster Abschnitt 34 der Lagerbuchse 12 liegt bei einem offenen Stirnende der Lagerbuchse und hat einen relativ großen, konstanten Innendurchmesser, wobei eine Ringscheibe 40 an diesen Abschnitt der Lagerbuchse eingefügt ist, z. B. verpreßt oder verklebt ist. Die Ringscheibe 40 bildet ein Widerlager, wie unten genauer beschrieben ist. Der zweite Abschnitt 36 der Lagerbuchse hat einen kleineren, konstanten Innendurchmesser und umgreift den Wellenabschnitt 30 mit größerem Wellendurchmesser mit geringem Abstand, so daß ein Lagerspalt 42 zwischen diesem Wellenabschnitt 30 und dem zweiten Abschnitt 36 der Lagerbuchse gebildet wird. Der dritte Abschnitt 38 der Lagerbuchse wird durch ein geschlossenes Stirnende der Lagerbuchse 12 gebildet, welches dem offenen Stirnende gegenüberliegt.
Bei dem in Fig. 1 gezeigten hydrodynamischen Lager gemäß der Erfindung wird ein erstes Axiallager zwischen der Ringscheibe 40 und der Stufe 44 gebildet, welche zwischen dem Wellenabschnitt 30 mit größerem Wellendurchmesser und dem Wellenabschnitt 32 mit kleinerem Wellendurchmesser liegt. Hierzu können in einer oder beiden der einander zugewandten Flächen der Ringscheibe 40 bzw. der Stufe 44 Rillenstrukturen ausgebildet sein. Ein zweites Axiallager wird zwischen dem Wellenende 46 und der gegenüberliegenden Fläche des dritten Abschnitts 38 der Lagerbuchse 12 gebildet. Auch in diesen Flächen können Rillenstrukturen ausgebildet sein. Ein oder mehrere Radiallager können am Umfang des Wellenabschnitts 30 mit größerem Wellendurchmesser vorgesehen werden, je nach zur Verfügung stehender Wellenlänge und Anforderungen an die Steifigkeit des Lagers.
Zwischen der zentralen, inneren Öffnung der Ringscheibe 40 und dem hiervon umschlossenen Wellenabschnitt 32 mit kleinerem Wellendurchmesser ist ein sich konisch verjüngender Ringspalt 48 gebildet, der über einen Kapillarspalt mit dem Lagerspalt 42 verbunden ist. Ein kontinuierlicher Kapillarflim eines Lagerfluids erstreckt sich von dem Lagerspalt 42 in den Ringspalt 48. Der Ringspalt 48 dient als ein Ausgleichsvolumen und Schmiermittelreservoir für den Lagerspalt 42 und bildet eine sogenannte Kapillardichtung.
Wie aus Fig. 1 ersichtlich, eignet sich der beschriebene Aufbau des hydrodynamischen Lagers besonders für sehr flache Spindelmotoren, weil die Axiallager ohne Verwendung von Druckplatten realisiert werden. Ebenfalls erkennbar ist, daß das erfindungsgemäße Lager einen besonders einfachen Aufbau mit einem Minimum an Bauteilen hat. Die Rillenstrukturen der Radial- und Axiallager können beispielsweisen Form von Spiralen oder eines Fischgrätmusters ausgebildet sein.
Fig. 2 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Spindelmotors mit einem hydrodynamischen Lager gemäß der Erfindung. Der Spindelmotor der Fig. 2 ist genauso aufgebaut wie der der Fig. 1; das hydrodynamische Lager unterscheidet sich dadurch, daß das axiale Drucklager am Wellenende 46 der Welle 14 ersetzt ist durch ein Spurkuppenlager 50. Im übrigen stimmen die Ausführungsformen der Fig. 1 und 2 überein, so daß Fig. 2 nicht nochmals im Einzelnen beschrieben wird. Es sind die gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 verwendet, auf deren Beschreibung Bezug genommen wird.
Das Spurkuppenlager 50 an dem von der Lagerbuchse 12 umschlossenen Ende der Welle 14 ist durch ein gekrümmtes Wellenende und eine plane, diesem gegenüberliegenden Fläche der Lagerbuchse 12 gebildet. Die Welle 14 stützt den Rotor 16 bei diesem Spurkuppenlager gegen die Lagerbuchse 12 ab. Im Bereich des Spurkuppenlagers 50 kann zusätzlich eine kleine Rillenstruktur an dem kalottenförmig ausgebildeten Wellenende und/oder der gegenüberliegenden Fläche der Lagerbuchse 12 vorgesehen sein, um während des Betriebs einen Kontakt von Welle und Lagerbuchse zu vermeiden. In der Praxis würde es diesen Kontakt von Welle und Lagerbuchse dann nur noch beim Anlaufen bzw. Anhalten des Motors geben. Außerdem kann das Wellenende im Bereich des Spurkuppenlagers 50 und/oder die gegenüberliegende Fläche der Lagerbuchse 12 mit einer sehr harten Schicht, z. B. mit einer DLC-Beschichtung versehen sein, um den Verschleiß der Welle 14 und der Lagerbuchse 12 bei dem Kontaktpunkt zu minimieren. Das axiale Spurkuppenlager der Welle kann ferner dadurch realisiert werden, daß die Welle an ihrem Ende abgeschrägt oder gerundet ist oder daß sich die Welle mit ihrem Stirnende auf der Kuppe einer kalottenförmigen Erhebung abstützt, die auf der gegenüberliegenden Fläche der Lagerbuchse 12 (nicht gezeigt) ausgeformt ist.
Durch die Ausbildung eines axialen Lagers als Spurkuppenlager kann die Verlustleistung des Lagers nochmals um ca. 25% reduziert werden, da die axialen Drucklager in der Regel über 50% der gesamten Verlustleistung des Lagers verursachen.
Fig. 3 zeigt eine weitere Abwandlung des erfindungsgemäßen Spindelmotors mit einem hydrodynamischen Lager, wobei in dieser Ausführungsform der Spindelmotor mit feststehender Welle 14 und drehender Hülse 12 ausgebildet ist. Bei der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform ist die Welle 14 drehfest mit dem Flansch 10 verbunden, und die Lagerbuchse 12 ist drehfest mit dem Rotor 16 und der Rotornabe 20 verbunden und dreht relativ zu dem Flansch 10 und der Welle 14. Der Stator 18 ist ebenfalls drehfest mit dem Flansch 10 verbunden. Im übrigen ist der Aufbau des Spindelmotors der Fig. 3 sehr ähnlich wie der in Fig. 1 gezeigte Aufbau, wobei dieselben Bezugszeichen verwendet werden und auf die Beschreibung der Fig. 1 Bezug genommen wird.
Anders als bei den Ausführungsformen der Fig. 1 und 2 ist bei der Ausführungsform der Fig. 3 der sich konisch verjüngende Ringspalt 48 durch eine entsprechende konische Verjüngung des Wellenabschnitts 32 mit kleinerem Wellendurchmesser gebildet, wobei die Ringscheibe 40 eine zentrale, innere Öffnung mit konstantem Durchmesser hat. Die Funktion des Ringspaltes 48 ist hier im wesentlichen wie mit Bezug auf Fig. 1 beschrieben.
Die Ausführungsform der Fig. 4 entspricht im wesentlichen der der Fig. 3 und unterscheidet sich von dieser dadurch, daß bei dem Wellenende 46 ein Spurkuppenlager anstelle eines axialen Drucklagers ausgebildet ist. Insofern wird auf die Beschreibung der Fig. 2 und 3 Bezug genommen.
Fig. 5 schließlich zeigt einen Spindelmotor in einer fünften Ausführungsform des hydrodynamischen Lagers gemäß der Erfindung in Schnittdarstellung.
Die Ausführungsform des hydrodynamischen Lagers der Fig. 5 ist ähnlich wie die Ausführungsform der Fig. 3, wobei die Welle 14 jedoch beidseitig eingespannt bzw. drehfest mit dem Gehäuse (Deckel nicht dargestellt) verbunden ist. An ihrem einen Ende ist die Welle 14 drehfest mit dem Flansch 10 oder der Grundplatte verbunden, wie auch in Fig. 3 vorgesehen; an ihrem anderen Ende ist die Welle 14 durch ein offenes Stirnende der Lagerbuchse 12 und durch die Rotornabe 20 herausgeführt und mit einer (nicht gezeigten) Abdeckung (Topcover) des Laufwerkes drehfest verbunden. Hierzu weist die Welle 14 in ihrem Ende eine Bohrung 52 mit Innengewinde auf, die eine Verbindung mit der Abdeckung erlaubt.
In der Ausführungsform der Fig. 5 weist die Welle 14 eine zweite Stufe 56 zwischen dem Wellenabschnitt 30 mit größerem Wellendurchmesser und einem zweiten Wellenabschnitt 58 mit kleinerem Wellendurchmesser auf, wobei durch die zweite Stufe 56 eine Schulter in der Welle 14 gebildet wird, welche gegen eine zweite Ringscheibe 60 zu liegen kommt. Die zweite Ringscheibe 60 ist in eine Ausnehmung in das offene Stirnende der Lagerbuchse 12 eingesetzt und dient als ein Widerlager zur Bildung eines Axiallagers zwischen der zweiten Ringscheibe 60 und der zweiten Stufe 56. Hierzu können, wie oben beschrieben, Rillenstrukturen in der Oberfläche der zweiten Stufe 56 und/oder der dieser zugewandten Fläche der zweiten Ringscheibe 60 ausgebildet sein. Zwischen der Oberfläche der zentralen, inneren Öffnung der zweiten Ringscheibe 60 und dem zweiten Wellenabschnitt 58 mit kleinerem Wellendurchmesser ist, wie bereits mit Bezug auf Fig. 3 beschrieben, ein konischer Ringspalt vorgesehen, der eine sogenannte Kapillardichtung bildet.
In dem hydrodynamischen Lager der Fig. 5 werden an der ersten und der zweiten Stufe 44, 56 ein erstes und ein zweites hydrodynamisches Axiallager gebildet, um entgegengesetzte Axialkräfte aufzunehmen. Diese Axiallager werden auf einfache Weise, ohne Verwendung von Druckplatten, zwischen den durch die Stufen gebildeten Schultern an der Welle 14 und den zugewandten Oberflächen der Ringscheiben 40, 60 vorgesehen. Im Bereich des Wellenabschnitts 30 mit größerem Wellendurchmesser können ein oder zwei Radiallager durch Rillenstrukturen ausgebildet werden.
Das in Fig. 5 gezeigte hydrodynamische Lager wird aufgrund seiner Form auch als Spulenlager (Spool bearing) bezeichnet.
Die in den Figuren dargestellten hydrodynamischen Lager eignen sich für Spindelmotoren mit drehender oder feststehender Welle. Sie erlauben eine Minimierung der axialen Länge des Lagers und eignen sich somit besonders für flache Spindelmotoren, insbesondere zur Anwendung in Plattenlaufwerken.
Die in der vorstehenden Beschreibung, den Ansprüchen und den Zeichnungen offenbarten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausgestaltungen von Bedeutung sein. Bezugszeichenliste 10 Flansch oder Grundplatte
12 Lagerbuchse
14 Welle
16 Rotor
18 Stator
20 Rotornabe
22 Rotormagnet
24 Statorkern
26 Statorwicklungen
28 Spalt, Arbeitsluftspalt
30 Wellenabschnitt mit größerem Wellendurchmesser
32 Wellenabschnitt mit kleinerem Wellendurchmesser
34 erster Abschnitt der Lagerbuchse
36 zweiter Abschnitt der Lagerbuchse
38 dritter Abschnitt der Lagerbuchse
40 Ringscheibe, Widerlager
42 Lagerspalt
44 Stufe
46 Wellenende
48 Ringspalt
50 Spurkuppenlager
52 Bohrung
54 Wellenende
56 zweite Stufe
58 zweiter Wellenabschnitt mit kleinerem Wellendurchmesser
60 zweite Ringscheibe

Claims

1. Hydrodynamisches Lager für einen Spindelmotor mit einer Welle (14),
einer Lagerbuchse (12), welche die Welle mit geringem radialen Abstand umgreift, und
wenigstens einem Widerlager (40), das mit der Lagerbuchse (12) drehfest verbunden ist,
wobei die Lagerbuchse (12) und die Welle (14) relativ zueinander rotieren, dadurch gekennzeichnet, daß
die Welle (14) eine Stufe (44) zwischen einem Wellenabschnitt (30) mit größerem Wellendurchmesser und einem Wellenabschnitt (32) mit kleinerem Wellendurchmesser aufweist,
im Bereich des Wellenabschnitts (30) mit größerem Wellendurchmesser ein Radiallager ausgebildet ist und
im Bereich der Stufe (44) ein Axiallager ausgebildet ist.

2. Hydrodynamisches Lager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stufe (44) dem Widerlager (40) gegenüberliegt und das Axiallager durch eine Rillenstruktur in der Stufe (44) und/oder dem Widerlager (40) gebildet ist.

3. Hydrodynamisches Lager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Radiallager durch eine Rillenstruktur auf dem Wellenabschnitt (30) mit größerem Wellendurchmesser und/oder an der Innenfläche der Lagerbuchse (12) gebildet ist.

4. Hydrodynamisches Lager nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Widerlager (40) durch eine Ringscheibe gebildet ist, die den Wellenabschnitt (32) mit kleinerem Wellendurchmesser umgibt und die an die Stufe (44) angrenzt.

5. Hydrodynamisches Lager nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Wellenabschnitt (32) mit kleinerem Wellendurchmesser und der Oberfläche der zentralen, inneren Öffnung der Ringscheibe (40) ein konischer Ringspalt (48) gebildet ist, der eine Kapillardichtung des Lagerspaltes (42) zwischen Welle und Lagerbuchse (12) bildet.

6. Hydrodynamisches Lager nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der konische Ringspalt (48) durch eine Verjüngung des Wellenabschnitts (32) mit kleinerem Wellendurchmesser gebildet ist.

7. Hydrodynamisches Lager nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der konische Ringspalt (48) durch eine Fase an der zentralen, inneren Öffnung der Ringscheibe (40) gebildet ist.

8. Hydrodynamisches Lager nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Wellenende (46) des Wellenabschnitts (30) mit größerem Wellendurchmesser von der Lagerbuchse (12) umschlossen ist.

9. Hydrodynamisches Lager nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Stirnende des Wellenabschnitts (30) mit größerem Wellendurchmesser und der gegenüberliegenden Bodenfläche der Lagerbuchse (12) ein zweites Axiallager gebildet ist.

10. Hydrodynamisches Lager nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Axiallager durch eine Rillenstruktur in dem Stirnende des Wellenabschnitts (30) mit größerem Wellendurchmesser und/oder in der gegenüberliegenden Fläche der Lagerbuchse (12) gebildet ist.

11. Hydrodynamisches Lager nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Axiallager ein Spurkuppenlager (50) ist.

12. Hydrodynamisches Lager nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite Stufe (56) zwischen dem Wellenabschnitt (30) mit größerem Wellendurchmesser und einem zweiten Wellenabschnitt (58) mit kleinerem Wellendurchmesser ausgebildet ist, wobei die beiden Wellenabschnitte (32, 58) mit kleinerem Wellendurchmesser an gegenüberliegenden Enden des Wellenabschnitts (30) mit größerem Wellendurchmesser liegen, und im Bereich der zweiten Stufe (56) ein zweites Axiallager ausgebildet ist.

13. Hydrodynamisches Lager nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der zweiten Stufe (56) ein zweites Widerlager gegenüberliegt und das zweite Axiallager durch eine Rillenstruktur in der zweiten Stufe (56) und/oder dem zweiten Widerlager gebildet ist.

14. Hydrodynamisches Lager nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Widerlager durch eine zweite Ringscheibe (60) gebildet ist, die den zweiten Wellenabschnitt (58) mit kleinerem Wellendurchmesser umgibt und die an die zweite Stufe (56) angrenzt, und daß zwischen dem zweiten Wellenabschnitt (58) mit kleinerem Wellendurchmesser und der Oberfläche der zentralen, inneren Öffnung der zweiten Ringscheibe (60) ein konischer Freiraum gebildet ist, der eine weitere Kapillardichtung bildet.

15. Spindelmotor mit einem hydrodynamischen Lager nach einem der vorangehenden Ansprüche.

16. Plattenlaufwerk mit einem Spindelmotor nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Wellenende des Wellenabschnitts (32) mit kleinerem Wellendurchmesser in einer Grundplatte des Laufwerkes oder einem Flansch (10) des Spindelmotors eingespannt oder mit diesem drehfest verbunden ist.

17. Plattenlaufwerk mit einem Spindelmotor nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Wellenende des Wellenabschnitts (32) mit kleinerem Durchmesser in einer Rotorglocke des Spindelmotors eingespannt oder mit dieser drehfest verbunden ist.

18. Plattenlaufwerk mit einem Spindelmotor, der ein hydrodynamisches Lager nach einem der Ansprüche 12 bis 14 aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das Wellenende des zweiten Wellenabschnitts (58) mit kleinerem Wellendurchmesser in einen Deckel des Plattenlaufwerks eingespannt oder mit diesem drehfest verbunden ist.

19. Plattenlaufwerk mit einem Gehäuse und einem Spindelmotor nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Wellenende des Wellenabschnitts (32) mit kleinerem Durchmesser mit einem gehäusefesten Flansch (10) des Spindelmotors oder einer Bodenplatte des Laufwerkes drehfest verbunden ist und das andere Wellenende mit einem gehäusefesten Deckel drehfest verbunden ist.