DE19849094A1 - Spindelmotor mit Magnetdichtung - Google Patents

Spindelmotor mit Magnetdichtung

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Abstract

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Spindelmotor mit Magnetdichtung. Es werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Abdichtung von Spindelmotoren beschrieben, die vorzugsweise für Plattenspeicher Einsatz finden.

Description

Die Erfindung betrifft einen Spindelmotor mit Magnetdichtung nach den Oberbegriffen der Patentansprüche 1 und 5.
Derartige Spindelmotoren werden insbesondere in ihrer Ausführung als Kleinmotoren für Plattenspeicher verwendet. Es handelt sich in der Regel um kollektorlose Gleichstrommotoren, bei denen das Problem besteht, dass die Lager möglichst dicht ausgeführt sein müssen, damit kein Öl aus den Lagern in den Reinluftraum in der Umgebung des Motors eindringt, dort wo die Plattenspeicher angeordnet sind.
Es ist hierbei bekannt, jeweils die stirnseitigen Öffnungen zwischen dem Rotor und dem feststehenden Stator mit entsprechenden Dichtungsanordnungen abzudichten. Hierbei ist es bekannt, die Dichtungsanordnung magnetisch auszubilden. Eine derartige magnetische Abdichtungsanordnung besteht im wesentlichen aus zwei einen gegenseitigen Abstand voneinander einnehmenden Metallscheiben zwischen denen eine permanent Magnetscheibe eingeschlossen ist.
Radial innenseitig (in Richtung zu der feststehenden Welle) bildet sich so ein Spalt, der von einer ferromagnetischen Flüssigkeit ausgefüllt ist. Die ferromagnetische Flüssigkeit wird hierbei von dem zwischen den beiden Metallscheiben eingeschlossenen Permanentmagneten in Position gehalten. Eine derartige magnetische Abdichtungsanordnung ist bekannt, sowohl zur Abdichtung der oberen Stirnseite des Motors als auch zur Abdichtung der unteren Stirnseite. In manchen Fällen sind auch beide Stirnseiten durch derartige Magnetdichtungen abgedichtet.
Ebenso ist es bekannt, als äusserstes Element für diese Magnetabdichtung eine Deckscheibe zu verwenden, die in der Regel aus einem Metallmaterial besteht. Die Deckscheibe hat die Aufgabe, die Magnetdichtung jeweils nach aussen hin abzudichten und zu schützen. Hierzu ist es bekannt, eine derartige Deckscheibe in die offene Ausnehmung der Nabe des Rotors einzukleben, um diese dicht einzubringen. Damit wird gewährleistet, dass die Deckscheibe als letztes, äusserstes Element der Magnetdichtung verhindert, dass keine Fremdkörper von aussen her in die Magnetdichtung eindringen.
Bisher ist es im übrigen bekannt, dass diese Deckscheibe als scheibenförmiger Körper ausgebildet ist, der ringsumlaufend einen umlaufenden, gleichförmigen Rand aufweist. Damit besteht aber der Nachteil, dass sowohl die Magnetdichtung eingeklebt werden muss, als auch in einem gesonderten Arbeitsgang die Deckscheibe, was mit erhöhtem Arbeitsaufwand verbunden ist. Dies ist im übrigen platzaufwendig, weil ja zwei Dichtungsanordnungen (zwei Klebestränge) übereinanderliegende axial einander aufbauend angeordnet werden müssen. Die Bauhöhe des Motors wird dadurch gross.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde die Abdichtung einer Magnetdichtung für einen Spindelmotor der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass bei niedrigerer Bauhöhe eine einfachere Abdichtung mit geringerem Arbeitsaufwand gegeben ist.
Zur Lösung der gestellten Aufgabe ist die Erfindung durch die technische Lehre der Ansprüche 1 und 5 gekennzeichnet.
Wesentliches Merkmal der Erfindung ist, dass nun mit einer einzigen Kleberaupe sowohl die Deckscheibe als auch die Magnetdichtung an der offenen Aufnahme der Nabe eingeklebt werden.
Hierdurch wird es erstmals möglich, die Bauhöhe eines derartigen Spindelmotors entscheidend zu verringern, weil eben im axialen Aufbau nur noch eine einzige Kleberaupe vorhanden ist und nicht deren zwei, die übereinander und im Abstand angeordnet werden müssten.
Dies wird dadurch erreicht, dass die Deckscheibe so ausgebildet ist, dass sie einmal geeignet ist, mittels der Kleberaupe an der innen offenen Aufnahme der Nabe eingeklebt zu werden und dass sie aber gleichzeitig Durchbrüche bildet, zwischen welche der Kleber hindurchfliesst und an dem äusseren Rand der Deckscheibe vorbei auf die darunterliegende Magnetdichtung fliesst. Damit wird mit ein und der selben Kleberaupe der radial äussere Rand der Deckscheibe und auch der darunterliegende, radial äussere Rand der Magnetscheibe festgeklebt.
Dies wird dadurch erreicht, dass die Deckscheibe nun keinen umlaufenden äusseren Rand aufweist, sondern dass dieser Rand entsprechende Zwischenräume oder Durchbrüche ausbildet.
Die Ausbildung derartiger Zwischenräume oder Durchbrüche wird in einer ersten Ausführungsform dadurch erreicht, dass der Rand der Scheibe so gewählt ist, dass er kleiner ist, als der Durchmesser der inneren Aufnahme, so dass also zwischen diesem kleiner gewählten Rand und dem inneren Durchmesser der Aufnahme der Nabe sich ein Zwischenraum bildet, in dem die Kleberaupe nun hindurchfliessen kann und an der Deckscheibe vorbei auf die darunterliegende Magnetdichtung fliesst und die oberste Scheibe dieser Magnetdichtung an der zugeordneten Ausnehmung dieser Nabe am Rand anklebt.
Ferner wird dies dadurch erreicht, dass über diesen Rand hinausstehende, radial nach auswärts gerichtete Nasen vorhanden sind, deren Aussenumfang dem Innendurchmesser der Aufnahme der Nabe entspricht.
Es wird hierbei bevorzugt, wenn mehrere radiale Nasen gleichmässig am Umfang verteilt an der Deckscheibe angeordnet sind und Werkstoff einstückig mit dieser Deckscheibe verbunden sind. Dadurch wird nämlich durch diese Nasen eine Zentrierung der Deckscheibe in der zentralen Aufnahme der Nabe gewährleistet.
Dadurch erhält man einen gleichmässigen Klebespalt, weil alle Zwischenräume zwischen dem inneren Rand dieser Deckscheibe und dem Innenumfang der Aufnahme gleichmässig zentriert sind und hierdurch eine gleichmässige Kleberverteilung gewährleistet ist.
In einer weiteren, bevorzugen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, daß anstatt der radial nach aussen weisenden, gleichmässig am Umfang verteilten Nasen ein gleichmässiger umlaufender Rand der Deckscheibe vorgesehen ist, der in sich geschlossen ist und dass in diesem Randbereich Ausnehmungen, Durchbrüche oder Schlitze vorgesehen sind, durch welche ebenfalls der Kleber hindurchfliessen kann und auf die darunterliegende Magnetscheibe fliesst, um deren Rand an der inneren Aufnahme der an der inneren Wandung der Aufnahme festzukleben.
Dadurch, dass der Kleber im wesentlichen in die Zwischenräume zwischen dem äusseren Rand der Deckscheibe und der darunterliegenden Oberfläche der Magnetscheibe einläuft, kommt es zu einem sehr dünnen Kleberauftrag im Bereich der Stirnseite dieses Spindelmotors, wodurch insgesamt die Höhe des Motors sehr stark vermindert wird. Die Tatsache, dass sich auch Kleber auf den Nasen ablagert und hierbei eine Verbindung zu der anliegenden Wand im Bereich der Aufnahme der Nabe bildet spielt hierbei keine grosse Rolle, weil dieser sich auf den Nasen ablagernde Kleber im wesentlichen nach links und rechts von diesen Nasen abfliesst und in die sich bildenden Zwischenräume zwischen der Deckscheibe und der darunterliegenden Magnetscheibe fliesst.
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 schematisierter Schnitt durch einen Spindelmotor nach der Erfindung.
Fig. 2 eine vergrösserte Schnittansicht des oberen Bereich des Spindelmotor
Fig. 3 schematisierter Schnitt durch einen Spindelmotor nach der Erfindung mit einer oberen Dichtungseinheit.
Fig. 4 schematisierter Schnitt durch einen Spindelmotor nach der Erfindung mit einer unteren Dichtungseinheit.
Fig. 5 schematisierter Schnitt durch einen Spindelmotor nach der Erfindung mit einer oberen und einer unteren Dichtungseinheit.
Fig. 6 Draufsicht auf die Deckscheibe in einer Ansicht auf den Spindelmotor in Richtung des Pfeiles III in Fig. 1.
Fig. 7 Draufsicht auf den Spindelmotor mit Deckscheibe.
In Fig. 1 ist allgemein ein Spindelmotor dargestellt, der eine feststehende Basisplatte 1 aufweist, in der ein Wickelpaket 2 untergebracht ist, welches mit einer Wicklung 3 bewickelt ist. Die genannten Teile 1-3 bilden den Stator, in Verbindung mit einer feststehenden Welle 5, um welche die Nabe 4 eines Rotors rotiert. Zur Drehlagerung sind hierbei ein unteres Lager 6 und ein oberes Lager 7 angeordnet. Die Lager 6, 7 sind jeweils durch obere und untere Lagerschilde 9, 10 gegenüber der Aussenatmosphäre abgedichtet, um zu vermeiden, dass in die Atmosphäre entsprechende Ölteilchen gelangen.
Wichtig ist nun, dass im oberen Bereich dieses Spindelmotors eine Dichteinheit 11 angeordnet ist, die mit einer magnetische Dichtung ausgestattet ist.
Die Erfindung ist jedoch nicht auf die Anordnung einer oberen Dichteinheit 11 beschränkt. Diese Dichteinheit 11 kann auch im unteren Bereich des Spindelmotors angeordnet werden, d. h. also unterhalb des unteren Lagers 6. Es können auch zwei magnetische Dichtanordnungen vorhanden sein, nämlich eine obere Dichteinheit 11 und eine untere Dichteinheit, wie in Fig. 5 dargestellt.
Ebenso ist es, wie in Fig. 4 dargestellt, in einer dritten Ausführungsform möglich, dass lediglich eine untere Dichteinheit vorhanden ist und die obere Dichteinheit fehlt.
Die obere Dichteinheit 11 besteht im wesentlichen aus einer Magnetdichtung 12. Diese besteht aus zwei zueinander beabstandeten Metallscheiben 13, die zwischen sich einen Zwischenraum bilden, der durch eine Permanentmagnetscheibe 14 ausgefüllt ist. Die beiden Metallscheiben 13 bilden radial einwärts einen Magnetspalt in Verbindung mit der Permanentmagnetscheibe 14 und im Bereich dieses Spaltes 15 ist eine ferromagnetische Flüssigkeit 16 eingefüllt, die in diesem Spalt 15 aufgrund magnetischer Wirkung gehalten wird. Diese Flüssigkeit legt sich daher abdichtend an den Aussenumfang einer Dichthülse 17 an, die aus einem magnetisch leitendem Stahl besteht. Die Dichthülse ist im Presssitz auf eine zentrale Schraubaufnahme 18 aufgepresst, wobei die Schraubaufnahme 18 wiederum Teil der feststehenden Welle 5 ist.
Der innere Lagering 19 des oberen Lagers 7 ist hierbei mit seinem Innenumfang auf dem Aussenumfang einer Rändelhülse 20 aufgepresst oder aufgeklebt, die fest mit der Welle 5 verbunden ist. Oberhalb des oberen Lagers 7 ist das vorher erwähnte Lagerschild 10, welches einen Abstand (Aufnahmeraum 21) zu der unteren Metallscheibe 13 der Magnetdichtung 12 bildet. Dieser Raum (Aufnahmeraum 21) dient zur Aufnahme vom ferromagnetischer Flüssigkeit 16 um den sich am Aussenumfang der Hülse 17 ausbildenden Meniskus der Flüssigkeit 16 einen Ausweichraum zu geben.
Gleiches gilt für den oberen Aufnahmeraum 23, der zwischen der oberen Metallscheibe 13 und der erfindungsgemässen Deckscheibe 22 ausgebildet ist.
Wichtig ist nun, dass die Deckscheibe 22 mit einer einzigen Kleberaupe 26 ein in die innere Aufnahme, an der Wandung 27 der Nabe 4 eingeklebt ist und hierbei gleichzeitig mit Hilfe dieser Kleberaupe 26 auch die magnetische Dichtung 12 eingeklebt wurde.
Zunächst wird darauf hingewiesen, dass gemäss Fig. 3 die Deckscheibe 22 im wesentlichen aus einem geraden, scheibenförmigen Körper besteht, der in seinem äusseren Bereich eine Abkröpfung 24 aufweist. Sinn dieser Abkröpfung ist, den Aufnahmeraum 23 für das Ausweichen der ferromagnetischen Flüssigkeit 16 zu gewährleisten.
Wichtig ist nun, dass die Deckscheibe 22 gleichmässig am Umfang verteilte und radial auswärts gerichtete Nasen 25 aufweist. Der Aussendurchmesser dieser Nasen (Rand 30) ist so gewählt, dass er etwa bündig und formschlüssig in den Innendurchmesser 32 der Aufnahme der Nabe 4 hineinpasst. Es heisst also die Nasen 25 stossen mit ihrem Rand 30 etwa bündig an der Innenwandung 27 dieser Aufnahme an.
Hinter den Nasen 25 zurückspringend ergibt sich ein Rand 28 kleineren Durchmessers.
Die Fig. 3 zeigt einen schematisierten Schnitt durch einen Spindelmotor nach der Erfindung mit einer oberen Dichtungseinheit mit einer etwas geänderten Rotorform gegenüber der Darstellung in Fig. 1.
Die Fig. 4 zeigt einen schematisierten Schnitt durch einen Spindelmotor nach der Erfindung mit einer unteren Dichtungseinheit mit einer etwas geänderten Rotorform gegenüber der Darstellung in Fig. 1.
Die Fig. 5 zeigt einen schematisierten Schnitt durch einen Spindelmotor nach der Erfindung mit einer oberen und einer unteren Dichtungseinheit mit einer etwas geänderten Rotorform gegenüber der Darstellung in Fig. 1.
Die Fig. 6 zeigt nun als Draufsicht auf die stirnseitige Dichtungsanordnung, dass sich dann hierdurch ein Zwischenraum 31 bildet, nämlich zwischen dem inneren Rand 28 der Deckscheibe 22 und dem äusseren Rand 30 der vorspringenden Nasen 25. Dieser Zwischenraum ist nach oben hin geöffnet und in diesem Zwischenraum und auch auf die Nasen 25 wird nun eine Kleberaupe 26 gesetzt, die sich einerseits von oben her auf den Nasen 25 ablagert, andererseits aber in den Zwischenraum 31 hineinläuft und gemäss Fig. 2 (rechte Darstellung) sich auf der Oberfläche der oberen Metallscheibe 13 der Magnetdichtung 12 ablagert. Auf diese Weise wird also die Magnetdichtung 12 randseitig mit der inneren Wandung 27 der Aufnahme verklebt und mit der gleichen Kleberaupe wird auch die Deckscheibe aufgrund der Verklebung dieser Nasen 25 mit der gleichen inneren Wandung 27 verklebt.
Die Kleberaupe legt sich also auf der Oberfläche 29 der oberen Metallscheibe 13 der Magnetdichtung 12 ab und bildet hiermit einen Klebeverbund an der inneren Wandung 27.
Die Fig. 2 rechts zeigt, dass der Rand 28 kurz vor der Wandung 27 endet, d. h. es bildet sich hier der vorher in Fig. 3 erwähnte Zwischenraum 31 in den also die Kleberaupe 26 vom oben her nach unten durch den Zwischenraum hindurchfliessen kann.
Selbstverständlich wird die Deckscheibe durch diese Raupe 26 auf der rechten Seite nicht nur im Bereich der Nasen mit der Wandung 27 verklebt, sondern weil die Kleberaupe auch den Rand 28 übergreift, kommt es zu einem vollumfänglichen Ankleben der Deckscheibe im Bereich der Wandung 27 und gleichzeitig zu einem Ankleben der Magnetdichtung 12 ebenfalls an dieser Wandung 27.
Neben der Befestigungswirkung durch das Kleben wird gleichzeitig auch eine ausgezeichnete Dichtwirkung erzielt, denn die Kleberaupe läuft ringsum vollständig um. Es heisst, sie ist ringsum geschlossen, so dass dieser aussenliegende, radiale Rand am gesamten Umfang abgeklebt und abgedichtet ist.
Zeichnungslegende
1
Basisplatte
2
Wickelpaket
3
Wicklung
4
Nabe (Rotor)
5
Welle
6
unteres Lager
7
oberes Lager
8
Außenring
9
Lagerschild unten
10
Lagerschild oben
11
Dichteinheit
12
Magnetdichtung
13
Metallscheibe
14
Permanentmagnetscheibe
15
Spalt
16
ferromagnetische Flüssigkeit?
17
Dichthülse
18
Schraubaufnahme
19
Lagerinnenring
20
Rändelhülse
21
Aufnahmeraum
22
Deckscheibe
23
Aufnahmeraum
24
Abkröpfung
25
Nase
26
Kleberaupe
27
Wandung (Nabe)
28
Rand
29
Oberfläche
30
Rand (Nase)
31
Zwischenraum
32
Innendurchmeser (Nabe)

Claims (18)

1. Verfahren zur Abdichtung eines Spindelmotors mit Magnetdichtung zwischen Stator und Rotor, bestehend aus beabstandeten Metallscheiben und dazwischen angeordneter Magnetscheibe, und zum Rotor hin, abdichtend angeordneter ferromagnetischer Flüssigkeit, sowie einem äusseren, abschließenden Element in der Form einer Deckscheibe zum Schutz gegen eindringende Fremdkörper nach aussen hin, insbesonders für den Einsatz in Plattenspeichern, dadurch gekennzeichnet, daß mit einer einzigen Kleberaupe (26) sowohl die Deckscheibe (22) als auch die Magnetdichtung (12) an der offenen Aufnahme der Nabe (4) eingeklebt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufbringen der Kleberaupe (26) für Deckscheibe (22) und Magnetdichtung (12) in einem einzigen Arbeitsvorgang erfolgt.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, daß der Kleber nach aufbringen der Kleberaupe sich etwa gleichmäßig um den Umfang der Deckscheibe (22) und der Magnetdichtung (12) verteilt, sich größtenteils durch Kapillarwirkung in die Zwischenräume verteilt und nur einen sehr dünnen Klebeauftrag auf der Stirnseite des Spindelmotors bewirkt.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, daß die Bauhöhe des Spindelmotors in axialer Ausdehnung durch die Aufbringung nur einer einzigen Kleberaupe (26) für die Fixierung der Magnetdichtung (12) und der Deckscheibe (22) entscheidend verringert wird.
5. Spindelmotor mit Magnetdichtung zwischen Stator und Rotor, bestehend aus beabstandeten Metallscheiben und dazwischen angeordneter Magnetscheibe, und zum Rotor hin, abdichtend angeordneter ferromagnetischer Flüssigkeit, sowie einem äusseren, abschließenden Element in der Form einer Deckscheibe zum Schutz gegen eindringende Fremdkörper nach aussen hin, insbesonders für den Einsatz in Plattenspeichern, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetdichtung (12) und die Deckscheibe (22) zueinander unbeabstandet in der Nabe (4) eingeklebt sind.
6. Spindelmotor nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, daß der radial äussere Rand (28) der Deckscheibe (22) so ausgebildet ist, dass zwischen ihm und der Wandung (27) der Nabe (4) ein rundumlaufender Spalt gegeben ist.
7. Spindelmotor nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, daß der radial äussere Rand (28) der Deckscheibe (22) so ausgebildet ist, dass er Durchbrüche zur darunterliegenden Magnetdichtung aufweist.
8. Spindelmotor nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, daß der radial äussere Rand (28) der Deckscheibe (22) so ausgebildet ist, dass er radial auswärtsweisende Nasen aufweist.
9. Spindelmotor nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, daß der radial äussere Rand (28) der Deckscheibe (22) in sich geschlossen ist und dass in diesem Randbereich ungefähr radial umlaufend Ausnehmungen, Durchbrüche oder Schlitze angeordnet sind,
10. Spindelmotor nach einem der Ansprüche 5 bis 9 dadurch gekennzeichnet, daß eine Dichteinheit (11) im oberen Bereich des Spindelmotors angeordnet ist.
11. Spindelmotor nach einem der Ansprüche 5 bis 9 dadurch gekennzeichnet, daß eine Dichteinheit (11) im unteren Bereich des Spindelmotors angeordnet ist.
12. Spindelmotor nach einem der Ansprüche 5 bis 9 dadurch gekennzeichnet, daß jeweils eine Dichteinheit (11) im oberen und im unteren Bereich des Spindelmotors angeordnet sind.
13. Spindelmotor nach einem der Ansprüche 5 bis 12 dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetdichtung (12) aus zwei zueinander beabstandeten Metallscheiben (13) besteht, die zwischen sich einen Zwischenraum bilden, der durch eine Permanentmagnetscheibe (14) ausgefüllt ist.
14. Spindelmotor nach einem der Ansprüche 5 bis 13 dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Metallscheiben (13) radial einwärts einen Magnetspalt in Verbindung mit der Permanentmagnetscheibe (14) ausbilden, und im Bereich dieses Spaltes (15) eine ferromagnetische Flüssigkeit 16 beinhalten, die in diesem Spalt 15 aufgrund magnetischer Wirkung gehalten wird.
15. Spindelmotor nach einem der Ansprüche 5 bis 14 dadurch gekennzeichnet, daß die ferromagnetische Flüssigkeit sich abdichtend an den Aussenumfang einer Dichthülse (17) anlegt, die aus einem magnetisch leitendem Stahl besteht,
16. Spindelmotor nach einem der Ansprüche 5 bis 15 dadurch gekennzeichnet, daß die Dichthülse im Presssitz auf eine zentrale Schraubaufnahme (18) aufgepresst ist, wobei die Schraubaufnahme (18) wiederum Teil der feststehenden Welle (5) ist.
17. Spindelmotor nach einem der Ansprüche 5 bis 16 dadurch gekennzeichnet, daß ein Aufnahmeraum (21, 23) zur Aufnahme vom ferromagnetischer Flüssigkeit (16) dient, um den sich am Aussenumfang der Hülse (17) ausbildenden Meniskus der Flüssigkeit (16) einen Ausweichraum zu geben.
18. Spindelmotor nach einem der Ansprüche 5 bis 17 dadurch gekennzeichnet, daß die Deckscheibe (22) im wesentlichen aus einem geraden, scheibenförmigen Körper besteht, der in seinem äusseren Bereich eine Abkröpfung (24) aufweist, die den Aufnahmeraum (23) ausbildet.
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