-
THERMISCHE KOMPENSATION
FÜR FLUIDDYNAMISCHES
LAGER
-
Querbezug auf verwandte
Anmeldungen
-
Diese Anmeldung beansprucht die Vergünstigung
aus der US-"Provisional"-Patentanmeldung mit
dem Titel "Fluid
Dynamic Bearing Thermal Compensation", erfunden von Parsoneault et al., und
mit der zugeteilten Anmeldungsnummer
60/350 314 ,
eingereicht am 26. Oktober 2001.
-
Hintergrund
der Erfindung
-
Gebiet der Erfindung
-
Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf das Gebiet hydrodynamischer Lageranordnungen des Typs,
der für
Lagerung und Drehung eines Hochgeschwindigkeits-Spindelelements
sorgt. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine verbesserte
Vorrichtung zum Verringern von Variationen der Spindelsteifigkeit
und der Leistung als Funktion der Temperatur.
-
Hintergrund der Erfindung
-
Plattenlaufwerk-Speichersysteme sind
in Computern seit vielen Jahren zur Speicherung digitaler Information
verwendet worden. Information wird auf konzentrischen Speicherspuren
eines magnetischen Plattenmediums aufgezeichnet, wobei die tatsächliche
Information in Form magnetischer Übergänge in dem Medium gespeichert
wird. Die Platten selbst sind drehbar an einer Spindel angebracht,
wobei auf die Information mittels Wandlern zugegriffen wird, die
sich an einem Dreh-/Schwenkarm befinden, der sich radial über die
Oberfläche
der Platte bewegt. Die Lese-/Schreibköpfe oder Wandler müssen mit den
Speicherspuren auf der Platte genau ausgerichtet sein, um ein richtiges
Lesen und Schreiben von Infor mation zu gewährleisten; somit müssen die
Platten rotationsmäßig stabil
sein.
-
Während
des Betriebs werden die Platten mit sehr hohen Geschwindigkeiten
in einem umschlossenen Gehäuse
mittels eines Elektromotors gedreht, der sich im allgemeinen innerhalb
der Nabe oder unter den Platten befindet. Ein allgemein gebräuchlicher
Motortyp ist als Motor-in-der-Nabe oder Motor-in-der-Spindel ("in-hub"- or "in-spindle"-Motor) bekannt.
Solche Motoren in der Spindel weisen typischerweise eine mittels
zweier Wälzlagersysteme
an einer im Zentrum der Nabe angeordneten Motorwelle bzw. -achse
angebrachte Spindel auf. Eines der Lager befindet sich typischerweise
nahe der Oberseite der Spindel, und das andere nahe der Unterseite. Diese
Lager ermöglichen
eine Drehbewegung zwischen der Achse und der Nabe, während sie
eine genaue Ausrichtung der Spindel zur Achse aufrechterhalten.
Die Lager selbst werden normalerweise durch Schmierfett oder Öl geschmiert.
-
Das oben beschriebene herkömmliche
Lagersystem weist jedoch mehrere Nachteile auf. Zunächst besteht
das Problem von durch die auf den Laufringen abrollenden Kugeln
bzw. Wälzkörpern erzeugter
Vibration. Bei Festplattenlaufwerk-Spindeln verwendete Wälz- bzw.
Kugellager laufen unter Bedingungen, die im allgemeinen einen physischen Kontakt
zwischen dem Laufring und der Kugel trotz der von dem Lageröl oder Schmierfett
bereitgestellten Schmierschicht garantieren. Folglich übertragen Lagerkugeln,
die auf den im allgemeinen glatten, aber unter mikroskopisch unebenen
und rauben Laufringen laufen, diese Oberflächenstruktur sowie ihre Unrundheit
in der Form von Vibration auf die sich drehende Platte. Diese Vibration
resultiert in einer Fehlausrichtung zwischen den Datenspuren und dem
Lese-/Schreibwandler. Diese Vibrationsquelle begrenzt die Datenspurdichte
und die Gesamtleistung des Plattenlaufwerksystems.
-
Ein weiteres Problem ist mit dem
Einsatz von Festplattenlaufwerken in tragbarer Computerausrüstung verbunden,
bei dem sehr hohe Anforderungen an die Stoß-Widerstandsfähigkeit
bestehen. Stöße erzeugen
eine Relativbeschleunigung zwischen den Platten und dem Laufwerkgehäuse, was
sich wiederum als Krafteinwirkung über bzw. auf das Lagersystem
bemerkbar macht. Da die Kontaktflächen in Wälz- bzw. Kugellagern sehr klein
sind, können
die sich ergebenden Kontaktdrücke
die Druckfestigkeit des Lagermaterials überschreiten und eine permanente
Verformung und Beschädigung
am Lagerring und den Kugeln (Wälzkörpern) des
Wälz- bzw.
Kugellagers erzeugen.
-
Außerdem sind mechanische Lager
nicht einfach auf kleinere Abmessungen dimensionierbar. Dies ist
ein erheblicher Nachteil, da die Tendenz in der Plattenlaufwerkindustrie
dahingehend bestand, die physischen Abmessungen der Plattenlaufwerkeinheit
kontinuierlich zu verringern.
-
Als Alternative zu herkömmlichen
Wälzlager-Spindelsystemen
haben Forscher einen Großteil ihrer
Anstrengungen auf die Entwicklung eines hydrodynamischen Lagers
konzentriert. Bei diesen Systemtypen wirkt Schmierfluid – entweder
Gas oder Flüssigkeit – als die
eigentliche Lagerfläche
zwischen einer stationären
Basis oder einem Gehäuse
und der sich drehenden Spindel oder der sich drehenden Nabe des
Motors. Beispielsweise sind in hydrodynamischen Lagersystemen flüssige Schmiermittel,
die Öl,
komplexere ferromagnetische Fluide oder sogar Luft umfassen, verwendet
worden. Der Grund für
die erwünschte
Verwendung von Luft liegt in der Bedeutung der Vermeidung des Ausgasens
von kontaminierenden Stoffen in den abgedichteten Bereich des Kopf-/Plattengehäuses. Luft
bietet jedoch nicht die Schmierqualitäten von Öl. Die relativ höhere Viskosität von Öl ermöglicht größere Lagerspalte
und daher lockerere Toleranz-Standards, um eine ähnliche dynamische Leistung
zu erzielen.
-
Ein üblicher Typ eines fluiddynamischen
Lagers umfasst eine sich durch die Hülse oder Nabe erstreckende
Achse mit einer oder mehreren sich radial erstreckenden Platten,
die von der Achse getragen werden. Ein fluiddynamisches Lager ist
zwischen der Achse und der Bohrung durch die Nabe vorgesehen, wobei
das Fluid, welches den Spalt bzw. Zwischenraum zwischen der Innenfläche der
Bohrung und der Außenfläche der
Achse einnimmt, die Steifigkeit für die Achse liefert. Ohne diese
Steifigkeit ist die Achse über
die Lebensdauer des Motors hinweg gegenüber Schrägstellung oder Schlingern anfällig. Infolgedessen
ist jede Nabe oder Platte, die zur Drehung von der Achse getragen
wird, gegenüber
Schlingerbewegung oder Schrägstellung
anfällig.
Jede solche Schrägstellung
oder Instabilität
in der Nabe oder der Platte würde
das Lesen oder Schreiben von Daten auf die bzw. von der Platten-Oberfläche sehr
schwierig gestalten und die Lebensdauer des Motors sowie des Plattenlaufwerks,
in dem dieser verwendet wird, verkürzen.
-
Die Tatsache jedoch, dass eine herkömmliche
fluiddynamische Lagergestaltung auf der Verwendung eines Fluids
in einem sehr schmalen Spalt zwischen einer Achse und der sie umgebenden
Bohrung beruht, um radiale Steifigkeit herzustellen und aufrechtzuerhalten,
schafft ein Problem aufgrund des sehr breiten Temperaturbereichs,
in dem der Motor arbeiten muss. In bekannten Radiallagergestaltungen
für die
Achse kann die Temperatur des Fluids, wenn sich das System im Ruhezustand
befindet, bei etwa 5°C
bis 25°C,
je nach der Temperatur der Umgebung liegen; im Betrieb kann die
Fluidtemperatur 70°C
oder mehr betragen. Selbstverständlich ändert sich
die Viskosität
des Fluids, wenn das Fluid weniger dicht wird und der Achse wesentlich
weniger Steifigkeit vermittelt. Somit ist es sehr schwierig, sofern nicht
ausgeklügelte
Systeme in die Gestaltung eingegliedert werden, das erwünschte Niveau
an radialer Steifigkeit für
die Achse über
den gesamten Bereich von Betriebstemperaturen des Plattenlaufwerks
beizubehalten.
-
Es sind Anstrengungen unternommen
worden, das in dem fluiddynamischen Lagerspalt verwendete Fluid
zu modifizieren, um so die Änderungen
der Viskosität
bei Temperaturänderungen
zu minimieren; solche Fluide können
jedoch die Kosten des Lagers und des Motors erhöhen, und haben die Zielsetzung
eines Temperaturausgleichs bzw. einer Temperaturkompenastion über einem
breiten Temperaturbereich nicht voll erfüllt.
-
Plattenlaufwerkgeschwindigkeiten
nehmen infolge offensichtlicher Leistungsgewinne weiter zu. Höhere Geschwindigkeiten
bedeuten für
gewöhnlich höhere Energieanforderungen,
es wird aber jede Anstrengung unternommen, Energiezunahmen infolge von
Energiezufuhrbeschränkungen
und exzessiver erzeugter Wärme
zu vermeiden. Infolge dieser Einschränkungen müssen Hochgeschwindigkeits-Spindeln bei allen
Temperaturen außergewöhnlich effizient
sein. Fluiddynamische Motoren tendieren dazu, bei niedriger Umgebungstemperatur
infolge der Änderung
der Viskosität
von Öl
einen hohen Energiebedarf aufzuweisen. Der resultierende hohe Energiebedarf
bei niedriger Temperatur ist oft exzessiv, so dass der Reduzierung
dieses Energiebedarfs bei niedriger Temperatur sehr viel Aufmerksamkeit
geschenkt wurde.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
eine hydrodynamische Lagergestaltung bereitzustellen, die einfach
und zuverlässig
in der Gestaltung ist, während
Mittel zum Ausgleich bzw. Kompensieren von Temperaturvariationan
bei gleichzeitiger Beibehaltung der radialen Steifigkeit des Systems
eingegliedert sind.
-
Eine weitere Aufgabe der Erfindung
ist es, eine fluiddynamische Lagergestaltung bereitzustellen, welche
die Änderungen
des Energieverbrauchs während
eines Langzeitbetriebs minimiert.
-
Eine weitere Aufgabe der Erfindung
ist es, eine Gestaltung bereitzustellen, bei der die Hochgeschwindigkeits-Spindel bei allen
Betriebstemperaturen sehr effizient ist.
-
Die vorliegende Erfindung ist auch
dazu vorgesehen, eine Minimierung in der Variation des Betriebsstroms
beim Lauf im Beharrungszustand (steady state run current) bei verschiedenen
Betriebstemperaturen zu erreichen.
-
Diese und weitere Aufgaben der Erfindung werden
erfüllt,
indem ein Isolator zwischen mindestens einem Abschnitt der Hülse oder
des Lagersitzes, welcher das fluiddynamische Lager umgibt, und der Nabe
und der Umgebung, in der das Lager, typischerweise eines Spindelmotors,
arbeitet, vorgesehen ist.
-
Im einzelnen werden gemäß einer
bevorzugten Gestaltung der vorliegenden Erfindung eine Nabe und
eine Achse bereitgestellt, die für
eine Relativdrehung angebracht sind, indem zwei konische, voneinander
entlang der Achse beabstandete Lager vorgesehen sind, sowie ein
jedem konischen Lager zugewandter Lagersitz. In dem Spalt zwischen
jedem Konus und dem zugewandten Lagersitz wird Fluid gehalten, welches
den Konus und den Sitz für
eine Relativdrehung lagert: Die Außenfläche des Lagersitzes ist vom
Rest des Motors durch einen thermischen Isolator isoliert, der sich
zumindest teilweise entlang der Außenfläche der Sitze erstreckt. Dieser
Isolator ist wirksam beim Warmhalten der Lager, selbst bei einer
relativ niedrigen Umgebungstemperatur, bei der der Motor eingesetzt
werden kann. Der Isolator kann ein zylindrisches, keramisches oder ähnliches
Material mit niedriger Wärmeleitfähigkeit
umfassen, das sich zumindest teilweise entlang der Axialabstands-Außenseite
der Lagerkonusse erstreckt. In einer alternativen Ausführungsform
kann ein Luftzwischenraum in der Außenfläche des Lagersitzes festgelegt
sein, der sich zumindest teilweise zwischen den Lagerkonussen erstreckt.
-
Die oben beschriebenen Ausführungsformen umfassen
Mittel zum Isolieren der Lager vom Rest des umgebenden Motors, wobei
die Lager auch in einer Niedertemperaturumgebung warmgehalten werden
und bewirkt wird, dass sich die Lager durch eine Reduzierung in
der thermischen Masse, d. h. dem Bereich um die Lager, der sich
erwärmen
kann, schneller erwärmen.
-
Da hier die günstigen Auswirkungen der Verringerung
der thermischen Masse erkannt wurden, ist es auch möglich, für den männlichen
Konus, der an der Achse angebracht ist, den weiblichen Konus oder Lagersitz,
welcher den Konus an der Achse umgibt, und potentiell auch für die Achse
selbst einen Keramikstoff einzusetzen, um die thermische Masse noch weiter
zu reduzieren.
-
Weitere Merkmale und Vorteile dieser
Erfindung sind für
einen Fachmann aus der folgenden Beschreibung einer bevorzugten
Ausführungsform,
die mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen
gegeben wird, ersichtlich.
-
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
-
Damit die Art und Weise, in der die
oben genannten Merkmale der vorliegenden Erfindung erreicht und
im Detail verstanden werden können,
wird eine genauere Beschreibung der vorstehend kurz zusammengefassten
Erfindung durch Bezugnahme auf deren Ausführungsformen, die in den beigefügten Zeichnungen
dargestellt sind, gegeben.
-
Es ist jedoch anzumerken, dass die
beigefügten
Zeichnungen nur typische Ausführungsformen dieser
Erfindung darstellen und daher nicht als ihren Schutzumfang einschränkend anzusehen
sind, da die Erfindung auch andere, ebenso wirksame Ausführungsformen
zulässt.
Es zeigen:
-
1 eine
perspektivische Ansicht eines Plattenlaufwerks, bei dem der Motor
der vorliegenden Erfindung von besonderem Nutzen ist,
-
2 eine
Vertikalschnittansicht eines Motors mit dualen konischen Lagern
zum Lagern der Achse und der Nabe für eine Relativdrehung, die
so gestaltet sein können,
dass sie Merkmale der vorliegenden Erfindung aufweisen,
-
3 eine
Vertikalschnittansicht einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung mit
den neuartigen Merkmalen dieser Erfindung,
-
4 eine
Vertikalschnittansicht einer weiteren alternativen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
-
Detaillierte Beschreibung
einer bevorzugten Ausführungsform
-
Die folgende Beschreibung einer bevorzugten
Ausführungsform
der Erfindung wird unter Bezugnahme auf ihre Anwendung in einem
Plattenlaufwerk gegeben, da Plattenlaufwerke besonders empfindlich
gegenüber
erhöhten
Variationen oder Zunahmen des Laufwerkstroms beim Einsatz sind.
Die vorliegende Erfindung kann aber auch bei der Verbesserung der
Funktionsfähigkeit
von fluiddynamischen Lagern generell von Nutzen sein, insbesondere
von konischen fluiddynamischen Lagern, die unter anderen Bedingungen
eingesetzt werden.
-
So zeigt 1 eine auseinandergezogene perspektivische
Ansicht eines Plattenlaufwerk-Speichersystems, bei dem das vorliegende
Lager und/oder der Motor von Nutzen wären. 1 dient hauptsächlich dazu, ein Anschauungsbeispiel
der Umgebung zu vermitteln, in der ein Motor mit dem die Merkmale
der vorliegenden Erfindung umfassenden Lager eingesetzt wird; es
versteht sich, dass der Motor ebenso gut bei anderen Gestaltungen
von Plattenlaufwerken oder anderen Betriebsumgebungen eingesetzt
werden könnte,
abgesehen von der Plattenlaufwerk-Technologie, bei denen eine Minimierung
der Variationen des Betriebsstroms über den Betriebs-Umgebungstemperaturen
und/oder eine Minimierung der erforderlichen Energiemenge zum Starten
und zuverlässigen
Halten der Geschwindigkeit des Motors und/oder eine Beibehaltung
der Steifigkeit der Achse gegenüber
radialer Stabilität über einem
breiten Betriebstemperaturbereich von Bedeutung ist.
-
In dem speziellen Beispiel der 1 umfasst das Speichersystem 10 ein
Gehäuse 12 mit
einem Spindelmotor 14, der die Speicherplatte(n) 16 drehbar
trägt.
Eine Armaturenanordnung 18 bewegt Wandler 20 über die
Oberfläche
der Platten 16. Die Umgebung der Platten 16 ist
durch eine Dichtung 22 und durch eine Abdeckung 24 abgedichtet
bzw. versiegelt. Im Betrieb drehen sich die Platten 16 mit
hoher Geschwindigkeit, während
Wandler 20 an irgendeiner eines Satzes radial differenzierter
Spuren auf der Oberfläche
der Platten 16 positioniert sind bzw. werden. Dies ermöglicht es
den Wandlern, codierte Information von der/auf die Oberfläche der Platten
an ausgewählten
Stellen zu lesen und zu schreiben. Die Platten drehen sich mit sehr
hoher Geschwindigkeit, mehreren tausend U/min, um jeden Wandler
im Schwebezustand über
der Oberfläche der
zugeordneten Platte zu halten. Bei der heutigen Technologie wird
der Abstand zwischen dem Wandler und der sich drehenden Plattenoberfläche in Mikro-Inch
gemessen; somit ist es sehr wichtig, dass die Platte nicht vibriert
oder aus der Ebene, in der sie sich drehen soll, kippt. Ein solches
Kippen, eine Verschiebung oder eine Vibration könnten die Luftströmung leicht
stören,
welche den Schwebezustand des Wandlers über der Oberfläche aufrechterhält, oder einfach
einen mechanischen Kontakt zwischen dem Wandler und der Plattenoberfläche verursachen.
Ein solcher Kontakt würde
die Plattenoberfläche
wahrscheinlich beschädigen
und zum Verlust von Plattenspeicherplatz führen. Er könnte sogar den Wandler beschädigen und
zu einem Verlust der Nutzung des Plattenlaufwerks führen. Auch
die Beibehaltung der konstanten Drehgeschwindigkeit der Platte bei
minimalem Energieverbrauch ist wichtig.
-
2 ist
ein Vertikalschnitt durch einen Spindelmotor eins Typs, der im Plattenlaufwerk
von 1 von Nutzen ist,
und zeigt die Basisstruktur des Motors oder diese zumindest soweit,
wie es für
die Erfindung relevant ist. Der teilweise dargestellte Motor umfasst
eine stationäre
Achse 40, die von beabstandeten Lagerkonussen 42, 44 gehaltert
wird, welche von der Achse getragen werden. Ein Lagersitz oder Lagersitze 43 sind
vorgesehen. Der Lagersitz 43 stellt die mit den Lagerkonussen 42 und 44 zusammenwirkende
Oberfläche
bereit, um eine Relativdrehung der Nabe und der Achse zu lagern,
wobei das Fluid 50 in den Spalten 52 und 53 zwischen
den Sitzflächen
verwendet wird.
-
Unmittelbar außerhalb des Lagersitzes 43 befindet
sich eine Hülse 54 aus
Material geringer Wärmeleitfähigkeit.
In einer bevorzugten Form der Erfindung ist dieses Material ein
Keramikmaterial. Diese Hülse
umfasst einen keramischen Wärmeisolator 54,
der beim Warmhalten der Lager auch in einer Umgebung niedriger Temperatur,
die bis auf 5 Grad Celsius oder darunter fallen kann, wirksam ist. Unmittelbar
außerhalb
der Hülse 54 aus
Material geringer Wärmeleitfähigkeit
befindet sich eine Nabe 60, die typischerweise aus Aluminium
gebildet ist, wobei die Außenfläche der
Nabe eine oder mehrere Platten 64 für eine konstante Hochgeschwindigkeitsdrehung haltert.
Ebendiese äußere Nabe
haltert einen Eisenrückschluss 66 und
einen Magneten 68, die mit Stator 70 ausgerichtet
wären,
um auf bekannte Art eine Drehung in Reaktion auf Stromsignale zu
bewirken.
-
Da der Luftwiderstand des Motors
(motor drag) bei höherer
Umgebungstemperatur stark fällt, hat
die Isolierungshülse 54 sehr
wenig Auswirkung auf den Betrieb der sich relativ drehenden Teile
bei steigender Umgebungstemperatur. Dies ist erwünscht, da bei hoher Umgebungstemperatur
eine erhöhte
Lagertemperatur die Steifigkeit unter das erwünschte Maß verringert. Es wird aber
angenommen, dass die Verwendung dieser Hülse eine minimale Wirkung auf
die Steifigkeit der Achsen-Hülsen-Kombination
hat. Jede Art und Weise, auf die die thermische Masse (der Bereich
um die Lager herum, der sich erwärmen
kann) verringert oder von der Umgebung isoliert werden kann, verbessert
die selbsterwärmende
Wirkung. Dies ist der Vorteil, der durch Verwendung dieser Hülse aus
Material geringer Wärmeleitfähigkeit
geboten wird.
-
3 zeigt
die Änderung
im Betriebsstrom (IBetrieb) über der
Zeit für
die in 2 gezeigte Motorart,
gemessen bei vorhandener keramischer Hülse 54 und ohne diese.
Die Figur umfasst vier Linien; die Linie 300A zeigt die
Motorgestaltung im Betrieb bei 5°C
Umgebungstemperatur, und den Strom, den der Motor für einen
Dauerbetrieb zieht; die Linie 300B zeigt den gleichen Motor
aus rostfreiem Stahl mit einem wesentlich geringeren Betriebsstrom,
das heißt mit
einem um 18,9% bei einem Betrieb bei 25°C reduzierten Betriebsstrom.
-
Demgegenüber beträgt bei Einsatz der keramischen
Hülse gemäß 2 bei eingesetzter keramischer
Hülse der
Unterschied im Strom zwischen einem Betrieb bei 5 C (Linie 310A)
und einem Betrieb bei 25°C
(Linie 310B) nur 10,9%, was eine sehr vorteilhafte Verringerung
des Unterschieds im Dauerbetriebsstrom bei Unterschieden in der
Umgebungstemperatur ist. Wie in der obigen Problemdarstellung dargelegt
wurde, ist dies als eine erhebliche Modifikation gegenüber vorher
erreichten Unterschieden im Betriebsstrom im Verhältnis zu
vorbekannten Lösungswegen
anzusehen.
-
Ein alternativer Lösungsweg
ist in 4 gezeigt; im
Vergleich zu 2 sind
die männlichen
Konusse und die Achse der konischen Lager in dieser Ansicht nicht
erkennbar, sondern nur der Lagersitz. In der Ausführungsform
der 4 ist anstelle der
Verwendung einer keramischen Hülse
gemäß 2 ein Luftspalt 400 in
der Außenfläche der
Hülse 410 festgelegt.
Dieser Luftspalt nimmt die maximale Raummenge in der Radialrichtung
ein, die eingenommen zu werden vermag, ohne die Struktur der Hülse zu schwächen, und
er erstreckt sich in dieser beispielhaften Ausführungsform etwas außerhalb
der Mittellinie der Hülse
zur Außenrand
der Hülse,
an der die Nabe 420 angebracht ist. Die axiale Erstreckung
des Luftspalts ist auch so groß wie
möglich,
im Hinblick auf die Konsistenz mit der strukturellen Integrität; in dieser
Ausführungsform
erstreckt sie sich über
einen wesentlichen Abschnitt der axialen Distanz zwischen den beiden
weiblichen Konussen 430 und 432, die in der Hülse 410 festgelegt
sind. Es ist bekannt, dass Luft eine sehr geringe Wärmeleitfähigkeit
hat und somit diese Ausführungsform,
die einen in angemessener Weise festgelegten Luftspalt 400 aufweist,
auch die Vorteile einer Wärmeisolierung
bietet, wie sie mit dem keramischen Wärmeisolator erzielt werden kann.
-
Einige Vorteile des oben beschriebenen
Lösungswegs
können
auch durch Ersetzen der in 2 gezeigten
männlichen
Konusse, der Lagersitze, welche die weiblichen Konusse festlegen
und/oder der Achse durch Keramikwerkstoff erzielt werden. Außerdem können andere
Materialien mit geringer Wärmeleitfähigkeit,
beispielsweise Industriekunststoffe, verwendet werden, speziell
für den
Keramikring. Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind einem Fachmann,
der die Offenbarung der Erfindung studiert, ersichtlich. Daher findet
sich der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung in den folgenden
Ansprüchen.
-
THERMISCHE
KOMPENSATION FÜR
FLUIDDYNAMISCHES LAGER
-
Es sind eine Nabe und eine Achse
vorgesehen, die für
eine Relativdrehung angebracht sind, indem zwei konische, entlang
der Achse beabstandete Lager und ein jedem konischen Lager zugewandter Lagersitz
vorgesehen sind. In dem Spalt zwischen jedem Konus und dem zugewandten
Lagersitz befindet sich Fluid, das den Konus und den Sitz für eine Relativdrehung
lagert. Die Außenfläche des
Lagersitzes ist vom Rest des Motors durch einen Wärmeisolator isoliert,
der sich zumindest teilweise entlang der Außenfläche der Sitze erstreckt. Dieser
Isolator ist zum Warmhalten der Lager in einer Umgebung relativ niedriger
Temperatur, in der der Motor eingesetzt werden kann, wirksam. Der
Isolator kann ein zylindrisches Keramikmaterial oder ein ähnliches
Material mit geringer Wärmeleitfähigkeit
umfassen, das sich zumindest teilweise entlang dem Axialabstand
außerhalb
der Lagerkonusse erstreckt. Alternativ kann ein Luftraum in der
Außenfläche des
Lagersitzes festgelegt sein, der sich zumindest teilweise zwischen den
Lagerkonussen erstreckt.
(2)