DE3805075A1 - Abdichtvorrichtung fuer in waelzlagern rotierende bauteile - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Dichtung gemäß Oberbegriff des An­ spruches 1.

In vielen Motorkonstruktionen, beispielsweise zum Antrieb von Informationsträgern, ist es erforderlich, die Wälzlager zu ver­ spannen, indem der eine Lager-Innenring auf die Welle geklebt und der andere Lager-Innenring federnd vorgespannt ist. Aus diesem Grund wirken oft nicht unerhebliche Axialkräfte auf den verklebten Ring. Durch das Gewicht der anzutreibenden Nabe, durch Stoß- und Vibrationsbeanspruchung kann sich diese Ver­ klebung lösen.

Um mehr Sicherheit gegen das Lösen des verklebten Lager-Innen­ ringes zu erhalten, ist eine axiale Abstützung auf der Welle erforderlich. Bei einer bekannten Konstruktion erfolgt dies durch einen Sicherungsring in einem Welleneinstich. Dies be­ nötigt aber viel axialen Raum. Eine bessere Lösung wird mit einer auf der Welle befestigten Stahlbuchse erreicht, deren Außendurchmesser gleichzeitig den Innenteil des Dichtungssystems bildet. Diese Stahlbuchse ist aber teuer, da der Außendurch­ messer sehr kleine Schlagtoleranzen und eine hohe Oberflächen­ qualität aufweisen muß.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Bauhöhe der in Rede stehenden Dichtung zu verringern und bei wesentlich vereinfachter Anord­ nung und fertigungsfreundlicher Montage die Sicherheit eines an die Dichtung angrenzenden Wälzlagerinnenringes gegen axiales Verschieben auf der Welle zu erhöhen.

Die Lösung der Aufgabe ist im kennzeichnenden Teil des An­ spruches 1 angegeben.

Das in die Abdichtvorrichtung hineinragende Haltemittel zur axialen Sicherung des Kugellager-Innenringes ist eine einfach herzustellende Stützbuchse, die leicht zu montieren ist und zu­ dem noch Bauhöhe einspart.

Die Befüllung nur eines Dichtspaltes erspart Kosten und ist für die meisten Anwendungsfälle ausreichend.

Die Befüllung im Lauf (dynamisch) ist auch deshalb von Vorteil, weil durch die sehr gleichmäßige Verteilung Ferrofluid einge­ spart und verhindert wird, daß überschüssiges Ferrofluid nach außen dringt.

Durch den Aufbau der Abdichtvorrichtung wird noch eine Geräusch­ reduzierung erreicht und evtl. dadurch, daß die äußere Polscheibe (die am Clean Room (CR) angrenzende) die Stützbuchse radial überdeckt.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung des in der Zeichnung dargestell­ ten Ausführungsbeispiels.

Fig. 1 zeigt einen Plattenspeicherantrieb im Schnitt mit ei­ ner bekannten Ferrofluid-Abdichtung und

Fig. 2 zeigt in vergrößerter Darstellung einen Teilschnitt durch einen Plattenspeicherantrieb mit einer Ferro­ fluid-Abdichtung gemäß der Erfindung.

Fig. 1 zeigt einen bekannten Antrieb für Speicherplatten mit einem Antriebsmotor 1. Der Rotor 2 des Motors 1 ist drehfest mit einer Welle 3 verbunden. Die Welle 3 ist in Wälzlagern 4, 5 (im Ausführungsbeispiel: Kugellager) gelagert. Die Innenringe 6, 7 der Kugellager 4, 5 sind verspannt, d. h. der Innenring 7 des Lagers 5 ist mit der Welle 3 verklebt und der Innenring 6 des Lagers 4 mittels einer Feder 8 vorgespannt zur Beseitigung des Axialspiels. Der Innenring 7 des Lagers 5 wird axial durch eine magnetisierbare Haltebuchse 9 gesichert, die mit der Wel­ le 3 verklebt ist. Diese Buchse 9 weist eine zylindrische Außenfläche mit hoher Oberflächengüte und sehr kleiner Schlag­ toleranz auf. Dies ist erforderlich, da diese Außenfläche der Buchse 9 den rotierenden Teil der Ferrofluid-Dichtung 10 bil­ det. Die Ferrofluid-Dichtung 10 besteht aus einem Permanent­ magnetring 11, an dessen beiden Stirnseiten magnetisierbare Polscheiben 12, 13 angebracht sind. Der Magnetring 11 mit den Polscheiben 12, 13 ist als Kompletteil in einem Befestigungs­ flansch 14 konzentrisch zur Welle 3 eingebaut und umgibt so­ mit die Außenfläche der Buchse 9. Die Innenbohrungen der Pol­ scheiben 12, 13 weisen einen größeren Durchmesser auf als die Außenfläche der Buchse 9 und bilden so Dichtspalte 15, 16, die mit Ferrofluid befüllt sind. Beide Dichtspalte sind von einem magnetischen Feld durchsetzt.

Wie oben beschrieben ist die Welle 3 an einem axialen Ende mit dem Rotor 2 fest verbunden und zwar zentrisch am Boden des glockenförmigen Rotors 2. Am anderen Ende der Welle 3 ist eine Nabe 17 drehfest angebracht. Auf dieser Nabe 17 werden eine oder mehrere nicht dargestellte Speicherplatten befestigt. Der Raum oberhalb des Flansches 14 wird auch als Clean Room CR bezeichnet. In diesen Raum CR darf u. a. auch kein überschüssi­ ges Ferrofluid gelangen, weshalb große Sorgfalt bei der Her­ stellung und beim Einbau der Ferrofluid-Dichtung 10 verwendet werden muß. Wenn beispielsweise die auf der Welle 3 befestigte Buchse 9 eine zu rauhe Oberfläche aufweist, wird ab einer be­ stimmten Drehzahl Ferrofluid aus den Dichtspalten 15, 16 heraus nach außen, d. h. in diesem Fall in den Clean Room CR, befördert. Es wurde auch ermittelt, daß die axial über die Dichtung 10 hinausragende Buchse 9 Lagergeräusche verstärkt weitergibt.

In Fig. 2 ist nur der Kern eines Speicherplattenantriebs darge­ stellt, jedoch mit einer Vorrichtung zur Abdichtung 30 gemäß der Erfindung. Die Welle 3 läuft in Kugellagern 4, 5 und am Ende der Welle 3 ist die Nabe 17 drehfest angebracht (wie oben beschrieben). Die hier in den Befestigungsflansch 14 eingebaute Vorrichtung zur Abdichtung 30 hat einen ähnlichen Aufbau wie die Dichtung 10 in Fig. 1, sie besteht nämlich auch aus einem Permanentmagnetring 31, einer ersten Polscheibe 32 und einer zweiten Polscheibe 33. Die erste Polscheibe 32 weist eine Innen­ bohrung 35, die zweite Polscheibe 33 eine Innenbohrung 36 auf. Zur zusätzlichen Sicherung des Innenringes 7 gegen axiale Ver­ schiebung ist eine magnetisierbare Stützbuchse 38 auf die Welle 3 gepreßt, der in axialer Richtung mit vorgegebener Kraft gegen den Innenring 7 anliegt. Die im wesentlichen zylindrische äußere Fläche der Stützbuchse 38 läuft mit Spiel innerhalb der fest­ stehenden ersten Polscheibe 32 und überdeckt in axialer Richtung mindestens die Innenbohrung 35 und kann bis in den Raum 40, der durch die Innenbohrung des Permanentmagnetringes 31 und die stirnseitigen Innenflächen 41, 42 der Polscheiben 32, 33 be­ grenzt ist, hineinragen. Die äußere Fläche der Stützbuchse 38 braucht nur grob bearbeitet zu werden, da der zwischen der Außenfläche der Stützbuchse 38 und der Innenbohrung 35 vorhan­ dene Spalt 48 nicht als Dichtspalt benutzt (d. h. nicht mit Ferrofluid befüllt) wird. Der zwischen der Innenbohrung 36 der zweiten Polscheibe 33 und der Welle 3 vorhandene Ringspalt wird mit Ferrofluid befüllt und dient als Dichtspalt 43. Die Welle 3 weist eine sehr hohe Rundlaufgenauigkeit und Oberflächenqualität auf und liefert damit gratis die erforderliche Oberflächengüte für die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Abdichtvorrichtung 30, um ein Austreten von Ferrofluid und/oder Schmiermittel in den Clean Room (CR) zu verhindern.

Wegen der auf der Welle 3 aufgepreßten Stützbuchse 38 weist die Innenbohrung 35 der Polscheibe 32 einen größeren Durchmesser auf als die Innenbohrung 36 der Polscheibe 33. Die verschiede­ nen Durchmesser der Innenbohrungen 35, 36 der Polscheiben 32, 33 verursachen keine höheren Kosten, da die Polscheiben als Massenteile im Stanzverfahren hergestellt werden.

Durch die in die Abdichtung 30 hineinragende Stützbuchse 38 wird eine weitere Verringerung der Bauhöhe des Antriebsmotors 1 erreicht.

Die zweite Polscheibe 33 überdeckt radial im wesentlichen die Stützbuchse 38, die in axialer Richtung einen Abstand gegenüber der Innenfläche 42 der Polscheibe 33 aufweist. Dadurch wird zumindest das Laufgeräusch der Lager 4, 5 gedämpft.

Die Stützbuchse 38 hat nur mechanische (Abstützen des Kugella­ gers 5) und magnetische (magnetischer Rückschluß des Dicht­ systems) Aufgaben zu erfüllen und kann, da keine hohe Genauig­ keit erforderlich ist, sehr billig als Massenteil hergestellt werden.

Die Befüllung des Dichtspaltes 43 wird im dynamischen Zustand, d. h. zwischen der halben und der vollen Nenndrehzahl des Mo­ tors 1, vorgenommen, um eine gleichmäßige Verteilung des Ferro­ fluids zu erreichen.

Die einpolige Befüllung, im Ausführungsbeispiel des Dichtspal­ tes 43, ist für die meisten Anwendungsfälle ausreichend und wenig problematisch.

Claims (11)

1. Abdichtvorrichtung für insbesondere in Wälzlagern rotie­ rende Bauteile von Plattenspeicherantrieben mit einem zu einer magnetisierbaren Welle koaxialen, axial magnetisier­ ten Permanentmagnetring, bei dem im Bereich beider Stirn­ flächen magnetisierbare Polscheiben vorgesehen sind, welche zwei von einem magnetischen Feld durchsetzte Spalte mit begrenzen, welche mit einem Ferrofluid befüllbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei Spalte (43, 48) der Polscheiben (32, 33) unterschiedliche Durchmesser auf­ weisen und daß ein als Stützbuchse (38) aus magnetisier­ barem Material ausgebildetes und gegen eine axiale Ver­ schiebung eines Laufringes eines benachbarten Wälzlagers wirkendes Haltemittel vorgesehen ist.

2. Abdichtvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützbuchse (38) durch Preßsitz auf der Welle (3) befestigt und mit vorgegebener axial gerichteter Kraft gegen den Innenring (7) des Kugel­ lagers (5) gepreßt ist.

3. Abdichtvorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützbuchse (38) konzen­ trisch mit radialem Spiel in die Innenbohrung (35) der ersten Polscheibe (32) axial mindestens bis zur stirn­ seitigen Innenfläche (41) der Polscheibe (32) hineinragt.

4. Abdichtvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß nur der Dichtspalt (43), der axial außen (zum Clean Room hin) liegt, zwischen der Welle (3) und der Innenbohrung (36) mit einem Ferrofluid be­ füllt ist.

5. Abdichtvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der axial außen zum Clean Room (CR) hin angeordnete Dichtspalt (43) einen kleineren Durchmesser aufweist als der andere Dichtspalt (48).

6. Abdichtvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Stützbuchse (38) axial bis in einen Raum (40), der durch die Innenbohrung des Permanent­ magnetringes (31) und die stirnseitigen Innenflächen (41, 42) der Polscheiben (32, 33) begrenzt ist, hineinragt.

7. Abdichtvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Polscheibe (33) die Stützbuchse (38) radial überdeckt, d. h. daß ihre Innen­ bohrung (36) einen kleineren Durchmesser hat als der Außendurchmesser der Stützbuchse (38) beträgt.

8. Abdichtvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenbohrungen (35, 36) beider Polscheiben (32, 33) die Dichtspalte (43, 48) be­ grenzen.

9. Abdichtvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß beide Polscheiben (32, 33) auf den axialen Stirnflächen des Permanentmagnetringes (31) befestigt sind.

10. Abdichtvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützbuchse (38) einer­ seits in die Bohrung (35) der Polscheibe (32) hineinragt und auf der anderen axialen Seite am Innenring (7) des Kugellagers (5) anliegt.

11. Verfahren zur Herstellung einer Abdichtvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche. dadurch gekennzeichnet, daß die Befüllung des Dichtspaltes (43) im dynamischen Zustand erfolgt, vorzugsweise im Be­ reich von der halben bis zur vollen Nenndrehzahl.