DE19709996A1 - Antriebsvorrichtung für Festplattenspeicher mit integrierter Labyrinthdichtung - Google Patents

Description

Gegenstand der Erfindung ist eine Antriebsvorrichtung für Festplattenspeicher mit integrierter Labyrinthdichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Eine derartige Anordnung ist beispielsweise mit dem Gegenstand der DE 30 49 334 C3 bekannt geworden.

Bei dieser bekannten Vorrichtung werden eine Reihe von Labyrinthspalten ausgebildet, nämlich ein erster Labyrinthspalt im oberen Bereich einer rotierenden Welle, die drehfest mit einer Rotorglocke verbunden ist und ebenso auch im unteren Bereich in Gegenüberstellung zu einem feststehenden Tragflansch.

Aufgrund bestehender Fertigungs-Ungenauigkeiten ist es wegen der gegebenen Dimensionierung und Anordnung der Labyrinth­ dichtungen sehr schwierig, diese Dichtungen sehr schmal und eng auszubilden, weil andernfalls die Gefahr besteht, daß die Rotorglocke mit feststehenden Teilen des Tragflansches kollidiert.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Antriebsvorrichtung der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß bei gleichen Herstellungsgenauigkeiten - wie beim Stand der Technik - wesentliche engere Dichtungsspalte erreicht werden können.

Zur Lösung der gestellten Aufgabe ist die Erfindung durch die technische Lehre des Anspruchs 1 gekennzeichnet.

Wesentliches Merkmal der Erfindung ist, daß die glockenförmige Rotorglocke in ihrem unteren Bereich einen radial einwärts gerichteten Ringflansch aufweist, dessen radial einwärts gerichtete Stirnfläche in Verbindung mit der feststehenden Welle den unteren Dichtspalt der Dichtung ausbildet, während im Abstand von dem unteren Dichtspalt eine obere separate Dichtung als etwa scheibenförmiges Teil drehfest mit der Rotorglocke verbunden ist und ebenfalls mit ihrer radial einwärts gerichteten, parallel zur Welle ausgebildeten, Fläche einen oberen Dichtspalt ausbildet.

Mit der gegebenen technischen Lehre ergibt sich der wesentliche Vorteil, daß die erfindungsgemäßen oberen und unteren Dichtspalten an sehr genau bearbeiteten Flächen der feststehenden Welle ausgebildet sind. Damit ergibt sich also der Vorteil, daß lediglich nur noch die Welle relativ genau bearbeitet werden muß und im übrigen als feststehende Welle ausgebildet ist, während an dieser feststehenden Welle umlaufende, obere und untere Dichtspalte durch radial einwärts gerichtete Dichtflächen von umlaufenden Körpern der Rotorglocke ausgebildet werden.

Die hier vorgeschlagenen oberen und unteren Dichtspalte liegen also so dicht wie möglich radial einwärts zur Welle gelegen und haben deshalb nur ein ganz geringes Lagerspiel. Die Spalte selbst haben eine Dimension von etwa 10 bis 20 µm (Mikrometer) und liegen - wie gesagt - an der maximal radial einwärts gelegenen Stelle der gesamten Anordnung, was bei dem Stand der Technik nicht der Fall war. Der Begriff "Dichtung" soll hierbei nicht einschränkend verstanden werden: Hierunter fallen sämtliche Dichtungskonstruktionen, insbesondere Labyrinthdichtungen oder auch zylinderförmige, tonnenförmige oder anders profilierte oder auch ebene Ring­ dichtungen, die berührungsfreie, einander gegenüberliegende Dichtflächen aufweisen.

Beim Stand der Technik hatten die genannten Dichtspalte einen großen radialen Abstand von der umlaufenden Welle, was mit dem Nachteil verbunden war, daß ein unrunder Lauf ausgeglichen werden mußte und auch entsprechende Bearbeitungsungenauigkeiten sich in großem Maße (wegen ihres Drehabstandes zum Drehzentrum) negativ auf die Laufeigenschaften auswirkten, so daß also aus Sicherheits­ gründen große Dichtspalte erforderlich waren.

Dies wird mit der technischen Lehre der vorliegenden Erfindung vermieden.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist es im übrigen vorgesehen, daß die Rotorglocke eine obere, etwa zylindrische, Öffnung aufweist, in welche Öffnung die Dichtung im Preß-Sitz eingepaßt ist, so daß sich also der radial außen liegende Teil der Dichtung im Preß-Sitz (oder auch im Klebesitz) an der Innenwandung der Öffnung in der Rotorglocke anlegt und dadurch drehfest mit der Rotorglocke verbunden ist.

Die radial einwärts gerichteten Flächen dieser Dichtung bilden dann den oberen Dichtspalt in Verbindung mit der einwärts gelegenen Welle aus.

In gleicher Weise weist die Rotorglocke demzufolge einen unteren, radial einwärts gerichteten Ringflansch auf, der ebenfalls mit seinen radial einwärts gerichteten Flächen den unteren Dichtspalt mit der Welle ausbildet.

Im übrigen weist die Rotorglocke in an sich bekannter Weise innere Aufnahmeräume zur Aufnahme der feststehenden Teil (Stator) des Motors auf.

Mit der gegebenen technischen Lehre ergibt sich der weitere wesentliche Vorteil, daß eine einfache Montage möglich ist.

Zunächst wird die Welle mit den oberen und unteren Kugellagern und dem dazwischenliegenden Abstandshalter vormontiert und vorgespannt, so daß die beiden Kugellager spielfrei gegeneinander gespannt werden. Hierbei werden die Kugellager durch eine externe Kraft (z. B. durch ein Montagegewicht) gegeneinander spielfrei verspannt und dann mit der Welle verklebt.

Es wird sodann die aus Metall bestehende Dichtung auf die vorgespannte und festgeklebte Lageranordnung aufgesetzt und festgehalten, wonach dann von unten her die Rotorglocke über die Anordnung gestülpt wird, wobei die Rotorglocke erwärmt wird, damit sie einen größeren Innendurchmesser erhält.

Mit dem Erkalten legt sich damit die Rotorglocke am Preß- Sitz an dem Außenumfang der Dichtung an und gleichzeitig schlägt der untere Rand des unteren Kugellagers an dem radial einwärts gerichteten Ringflansch der Rotorglocke an, wodurch diese einwandfrei zur Welle ausgerichtet ist.

Der Erfindungsgegenstand der vorliegenden Erfindung ergibt sich nicht nur aus dem Gegenstand der einzelnen Patentansprüche, sondern auch aus der Kombination der einzelnen Patentansprüche untereinander.

Alle in den Unterlagen, einschließlich der Zusammenfassung, offenbarten Angaben und Merkmale, insbesondere die in den Zeichnungen dargestellte räumliche Ausbildung werden als erfindungswesentlich beansprucht, soweit sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von mehrere Ausführungswege darstellenden Zeichnungen näher erläutert. Hierbei gehen aus den Zeichnungen und ihrer Beschreibung weitere erfindungswesentliche Merkmale und Vorteile der Erfindung hervor.

Es zeigen:

Fig. 1 Schnitt durch eine erste Ausführungsform einer Antriebsanordnung,

Fig. 2 Schnitt durch die Rotorglocke nach Fig. 1,

Fig. 3 Schnitt durch eine zweite Ausführungsform einer Antriebsanordnung,

Fig. 4 Schnitt durch die Rotorglocke nach Fig. 3.

In Fig. 1 ist dargestellt, daß auf einer feststehenden Welle 1 zwei im Abstand voneinander angeordnete Kugellager 3, 11 befestigt sind, die - wie angegeben - eingepreßt oder eingeklebt sein können. Statt der im folgenden beschriebenen Labyrinthdichtungen können auch zylinderförmige oder tonnen­ förmige Ringdichtungen verwendet werden.

Der Innenring der jeweiligen Lager 3, 11 kann hierbei auf dem Außenumfang der Welle geklebt sein; es kann jedoch auch ein Preß-Sitz vorgesehen sein.

Der jeweilige Außenring der Lager 3, 11 ist im Preß-Sitz mit dem Innenumfang der Rotorglocke 4 verbunden; anstatt eines Preß-Sitzes kann auch ein Klebesitz vorgesehen sein.

Die Rotorglocke 4 bildet im übrigen eine obere, zylindrische Öffnung 14, durch welche hindurch eine Labyrinthdichtung 2 eingesetzt ist, die im wesentlichen scheibenförmig ausgebildet ist, und z. B. aus einem Metallteil besteht.

Der radial äußere Außenumfang der Labyrinthdichtung 2 liegt hierbei in Form eines Anschlages 15 im Preß-Sitz an dem Innenumfang der Öffnung 14 der Rotorglocke 4 an, während der radial einwärts gerichtete Flansch der Labyrinthdichtung 2 einen oberen Dichtspalt 5 mit dem hochgenau bearbeiteten Außenumfang der Welle 1 bildet.

Die Rotorglocke 4 ist etwa gemäß Fig. 2 etwa hutförmig ausgebildet und besitzt einen etwa C-förmigen Querschnitt, wobei ein äußerer, vertikaler Schenkel 23 in einem horizontalen Plattenträgerflansch 24 übergeht, welcher die Auflageebene 25 für die nicht näher dargestellten Magnetspeicherplatten bildet, welche drehfest mit der Rotorglocke 4 verbunden sind.

Wichtig ist, daß die Rotorglocke 4 nach unten offene Aufnahmeräume 27 zur Aufnahme der Teile des Motors ausbildet. Der Motor besteht hierbei aus einem Stator 9 (Fig. 1) mit zugeordneten Statorwicklungen 19, die oberhalb und unterhalb des Statorblechpaketes angeordnet sind. In an sich bekannter Weise wird dann ein axialer Arbeitsluftspalt 21 in Richtung zu dem umlaufenden, permanentmagnetischen Ringmagneten 8 gebildet, welcher Ringmagnet drehfest mit einem Rückschlußtopf 7 verbunden ist, welcher seinerseits am Innenumfang der glockenförmigen Rotorglocke 4 eingepreßt oder eingeklebt ist. Die genannten Teile 7, 8 sind also fest mit dem Innenumfang der Rotorglocke 4 verbunden.

Zwischen den oberen und unteren Kugellagern 3, 11 ist im übrigen noch ein Abstandshalter 6 angeordnet.

Die Welle 1 ist hierbei in einer Öffnung 26 des Tragflansches 10 eingepreßt oder geklebt.

Ferner ist im Tragflansch ein Halter 20 angeordnet, der das Statorblechpaket und die Statorwicklung 19 radial und axial positioniert, wobei durch den Halter 20 Stifte 13 als Anschluß-Stifte hindurchragen und die elektrische Verbindung zu der Statorwicklung herstellen.

Es ist im übrigen eine Abdichtscheibe 12 am Tragflansch angeordnet, welche verhindern soll, daß evtl. die Dichtungs­ maße 22 in den Motor eindringt.

Gleichzeitig sorgt diese Abdichtscheibe 12 als isolierendes Teil dafür, daß die aus der Statorwicklung 19 herausgeführten Anschlußdrähte nicht mit metallischen Teilen des Tragflansches 10 in Berührung kommen.

Die Rotorglocke 4 bildet ausgehend von einem inneren, vertikalen Schenkel 18 einen horizontalen, einwärts gerichteten, Ringflansch 17 aus, der mit seinen radial einwärts gerichteten Innenseiten dem unteren Dichtspalt 16 der Labyrinthdichtung bildet.

Wichtig ist nun, daß mit der technischen Lehre nach der Erfindung lediglich die Lager 3, 11 mit den erfindungsgemäßen Dichtspalten 5, 16 abgedichtet sind, daß aber die Motorteile, wie z. B. das Statorblechpaket oder die Statorwicklung 19 nicht nach außen in Richtung auf die Magnetspeicherplatten abgedichtet werden müssen. Hier ist bei der Konstruktion und bei der Montage dafür gesorgt worden, daß die genannten Teile absolut staub- und teilchenfrei sind, weil sie entsprechend gewaschen und gebacken wurden, und deshalb keinerlei Fremdteile an diesen Motorteilen anhaften.

Der Kern der Erfindung liegt also darin, daß man nur noch die schmutzverursachenden Teile, nämlich die oberen und unteren Lager 3, 11 mit den entsprechenden Dichtspalten 5, 16 abdichtet und hierbei sehr schmale Dichtspalte vorsehen kann, die eine absolut tiefere Abdichtung auch gegen kleinste Teilchen gewähr­ leisten.

Damit wird also eine Luftdurchströmung des Motors praktisch vermieden, weil an der Welle an einem unteren Dichtspalt 16 und in einem entfernt davon angeordneten oberen Dichtspalt 5 (an weit auseinander liegenden Punkten) eine Unterbrechung dieser Durchströmung gegeben ist und daher der Motor selbst nicht mehr in nennenswerter Weise von der Luftströmung durchsetzt wird.

Auf diese Weise können also sämtliche Fremdteilchen, die aus den Lagern austreten könnten, mit Sicherheit von den oberen und unteren Dichtspalten 5, 16 abgedichtet werden und können nicht mehr in den Außenraum eindringen.

An dem unteren Lager 11 ist noch eine Auflagefläche 29 im Bereich des radial einwärts gerichteten Ringflansches 17 ausgebildet, so daß evtl. Öl oder Fett, welches aus dem unteren Lager nach unten austritt, von dieser Auflagefläche 29 aufgefangen wird und dort festgehalten wird. Das Lager sitzt - wie gesagt - auf der Auflagefläche 29 dichtend auf.

Die Fig. 2 zeigt die gleichen Teile wie in Fig. 1, wobei die Rotorglocke 4 im Schnitt dargestellt ist. Hier ist ebenfalls erkennbar, daß die Rotorglocke 4 einen inneren Aufnahmeraum 30 zur Aufnahme der Kugellager aufweist und daß der radial einwärts gerichtete Ringflansch 17 mit seinen Stirnflächen den unteren Dichtspalt 16 ausbildet. Ferner ist aus Fig. 2 erkennbar, daß radial unten und innen im Aufnahmeraum 30 die vorher erwähnte Auflagefläche 29 zur dichtenden Auflage des drehenden Rings des unteren Lagers 11 dient.

Wichtig ist also ferner, daß man radial außenliegende Auf­ nahmeräume 27 zur Aufnahme des Motorteils während der Fertigung benutzen kann, um die gesamte Rotorglocke 4 mit allen radialen und kritischen axialen Flächen in einer einzigen Aufspannung bei der Herstellung der Rotorglocke 4 einspannen kann.

Die Fig. 3 und 4 zeigen eine abgewandelte Ausführungsform, wobei für die gleichen Teile die gleichen Bezugszeichen verwendet wurden.

Im Unterschied zur Ausführungsform nach den Fig. 1 und 2 ist die Rotorglocke 4 dort etwas anders ausgebildet, wobei kein schmaler einwärts gerichteter Ringflansch 17 vorhanden ist, sondern ein abgestufter Ringflansch 17, der von einem schmaleren, radial außen liegenden, Teil in einem axial längeren Teil übergeht, welcher axial längere Teil dann den unteren Dichtspalt 16 über eine größere axiale Länge an der Welle 1 ausbildet.

Die obere Labyrinthdichtung 2 weist eine gleich große axiale Länge für den oberen Dichtspalt 5 auf, ist aber in ihren übrigen Abmessungen etwas größer gewählt, um die Öffnung 14 auszufüllen.

Im übrigen sind die Lager 3, 11 in der Ausführungsform nach Fig. 3 und 4 größer dimensioniert, als die Lager nach der Fig. 1, so daß sich hier ebenfalls Unterschiede im konstruktiven Aufbau ergeben, die aber für die Funktion des Erfindungsgegenstandes nicht wesentlich sind.

Es wird noch darauf hingewiesen, daß die hier beschriebenen Richtungsangaben wie "oben" und "unten" nur beispielsweise zu verstehen sind. So kann in einer kinematischen Umkehrung der vorstehend gegebenen Beschreibung vorgesehen sein, daß der Ringflansch 17 der Rotorglocke nicht an der eingezeichneten Stelle vorgesehen ist, sondern anstelle der oben dargestellten Labyrinthdichtung 2, wonach dann in Umkehrung davon die Labyrinthdichtung 2 anstelle des Ringflansches 17 angeordnet wird.

Wichtig ist also nur, daß radial einwärts gerichtete, axiale Dichtungsspalte zwischen umlaufenden Teilen der Rotorglocke und den zugeordneten Flächen der Welle ausgebildet werden. Hierbei ist es gleichgültig, ob nun eine Labyrinthdichtung 2 oben liegt oder unten und umgekehrt, ob ein Ringflansch mit einwärts gerichteten Abdichtspalten unten angeordnet ist oder anstelle der Labyrinthdichtung 2 angeordnet wird.

Bezugszeichenliste

1

Welle

2

Labyrinthdichtung

3

oberes Lager

4

Rotorglocke

5

oberer Dichtspalt

6

Abstandshalter

7

Rückschlußtopf

8

Ringmagnet

9

Stator

10

Tragflansch

11

unteres Lager

12

Abdichtscheibe

13

Stift

14

Öffnung

15

Anschlag

16

unterer Dichtspalt

17

Ringflansch

18

vertikale Schenkel innen

19

Statorwicklung

20

Halter

21

Arbeitsluftspalt

22

Dichtmasse

23

vertikaler Schenkel außen

24

Plattenträgeflansch

25

Auflageebene

26

Öffnung

27

Aufnahmeraum

28

Preßfläche

29

Auflagefläche

30

Aufnahmeraum

Claims (7)

1. Antriebsvorrichtung für Festplattenspeicher mit integrierter Labyrinthdichtung, mit einem Motor zum Antrieb einer Rotorglocke, auf welcher mindestens eine Festspeicherplatte befestigt ist, wobei zwischen einer feststehenden Welle und der Rotorglocke mindestens zwei Lager angeordnet sind, welche über Labyrinthdichtungen von dem für die Aufnahme der Festspeicherplatte bestimmten Raum getrennt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotorglocke (4) in ihrem unteren/oberen Bereich einen radial einwärts gerichteten Ringflansch (17) aufweist, dessen radial einwärts gerichtete Stirnfläche in Verbindung mit der feststehenden Welle (1) einen unteren/oberen Dichtspalt (16) der Labyrinthdichtung ausbildet, und im Abstand von dem unteren/oberen Dichtspalt (16) eine obere/untere separate Labyrinthdichtung (2) drehfest mit der Rotorglocke (4) verbunden ist, deren radial einwärts gerichtete Stirnfläche in Verbindung mit der feststehenden Welle (1) einen oberen/unteren Dichtspalt (5) ausbildet.

2. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotorglocke (4) eine obere/untere, etwa zylindrische Öffnung (14) aufweist in welche die Labyrinthdichtung (2) in fester Verbindung mit der Rotorglocke eingepaßt ist.

3. Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringflansch (17) abgestuft ausgebildet ist und eine axial längere Dichtfläche (16) ausbildet.

4. Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß lediglich die Schmutzteilchen abgebenden Lager (3, 11) innerhalb des von den Labyrinthdichtungen (2, 17) abgedichteten Raumes (30) angeordnet sind, während der Motor (7, 8, 9) innerhalb des Reinraumes, also außerhalb des von den Labyrinthdichtungen abgedichteten Raumes angeordnet ist.

5. Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Stator (9) des Motors innerhalb eines Aufnahmeraumes (27) der Rotorglocke (4) angeordnet ist.

6. Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Stator (9) in einem Halter (20) festgelegt ist, welcher mit dem Tragflansch (10) des Antriebs verbunden ist, wobei etwa unterhalb des Stators (9) zwischen Tragflansch (10) und Halter (20) eine Abdichtscheibe (12) angeordnet ist.

7. Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Lager (11) und dem Ringflansch (17) der Rotorglocke (4) dichtend eine Auflagefläche (29) angeordnet ist.