DE3824104A1 - Ferrofluid-dichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Ferrofluid-Dichtung, ins­ besondere für Lager, Motoren und dergleichen.

Fig. 9 ist ein Querschnitt durch eine herkömmliche Dich­ tung dieser Art. Die Zeichnung zeigt eine Welle 1, ein Gehäuse 2 und einen ringförmigen Magneten 3. Die Welle ist koaxial in das Gehäuse 2 eingesetzt, das seinerseits zylindrisch ausgebildet ist. Ein magnetisches Fluid 4 schließt einen schmalen radialen Spalt zwischen der Innen­ seite des ringförmigen Magneten 3 und der Außenseite der Welle. Der Nord-Süd-Pol des Magneten 3 ist axial gerich­ tet, so daß ein Magnetfeld mit der Welle 1 gebildet wird. Das Magnetfeld bewirkt, daß das magnetische Fluid 4 in dem radialen Spalt gehalten wird.

Normalerweise ist die Menge des magnetischen Fluids 4 etwas größer als das Volumen des radialen Spalts. Das magnetische Fluid 4 haftet an den Seiten des ringformigen Magneten 3 aufgrund von Oberflächenspannung.

Bei dieser Vorrichtung wird die Welle 1 gedreht, jedoch steht das Gehäuse 2 fest. Problematisch wäre es, die Welle 1 festzuhalten und das Gehäuse 2 zu drehen. In diesem Falle würde der ringförmige Magnet 3, der mit dem Gehäuse 2 verbunden ist, ebenfalls gedreht. Das Volumen des magne­ tischen Fluids 4, das durch die Drehung des ringförmigen Magneten 3 angezogen wird, ist wesentlich größer als bei Drehung der Welle 1. Zentrifugalkraft wirkt auf das mag­ netische Fluid 4. Ein Teil des magnetischen Fluids 4, das sich in dem radialen Spalt befindet, hat die Tendenz, sich entlang den Seiten des Magneten 3 in Richtung des Gehäuses 2 zu bewegen, wie die Pfeile in Fig. 9 andeuten. Es ist noch keine Lösung bekannt, wie das magnetische Fluid 4 in dem radialen Spalt gehalten werden kann.

Generell gibt es bei Lagern noch keine Konstruktion, durch die verhindert wird, daß das magnetische Fluid durch Drehung des Lagers bewegt und verspritzt wird. Bei Motoren fehlt eine Dichtung mit guten Dichteigen­ schaften.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrich­ tung zu schaffen, die es ermöglicht, ein magnetisches Fluid stabil in seiner Position zu halten. Ein Austreten des magnetischen Fluids aus der gewünschten Position und ein Verspritzen des Fluids soll verhindert werden. Ferner soll eine wirksame Dichteinrichtung mit guten Dichteigenschaften geschaffen werden.

Die Erfindung ergibt sich im einzelnen aus dem kennzeich­ nenden Teil des Hauptanspruchs.

Eine erfindungsgemäße Dichtvorrichtung umfaßt eine Auf­ nahmeeinrichtung für ein magnetisches Fluid zum Speichern des Fluids in bezug auf ein inneres und äußeres Element, deren eines in bezug auf das andere drehbar ist. Die Auf­ nahmeeinrichtung weist einen Speicherbereich auf, der einen Teil des magnetischen Fluids, das aus der Aufnahme­ einrichtung austritt, speichert.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 ist ein Querschnitt durch ein Kugel­ lager mit einer ersten Ausführungs­ form einer erfindungsgemäßen Dicht­ vorrichtung;

Fig. 2 bis 8 sind Schnittdarstellungen von Kugel­ lagern mit einer zweiten bis achten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Dichtvorrichtung;

Fig. 9 zeigt in einem Querschnitt eine herkömmliche Dichtvorrichtung;

Fig. 10 ist ein Schnitt durch den oberen Teil eines Lagers mit einer Dicht­ vorrichtung entsprechend einer neunten Ausführungsform;

Fig. 11 ist eine perspektivische Darstellung der Dichtvorrichtung für ein Lager gemäß Fig. 10;

Fig. 12 und 13 sind Schnittzeichnungen von Lagern entsprechend einer zehnten und elften Ausführungsform;

Fig. 14 ist ein Schnitt durch einen Spindel­ motor mit einer erfindungsgemäßen Dichtvorrichtung gemäß einer zwölften Ausführungsform;

Fig. 15 ist ein Schnitt durch einen Spindel­ motor mit einer Dichtvorrichtung entsprechend einer dreizehnten Aus­ führungsform;

Fig. 16 ist ein Schnitt eines Spindelmotors mit einer Dichtvorrichtung entspre­ chend einer vierzehnten Ausführungs­ form;

Fig. 17a und 17b sind Schnittzeichnungen zur Veran­ schaulichung der Montage der vier­ zehnten Ausführungsform der Dicht­ vorrichtung.

Fig. 1 zeigt ein Kugellager mit einer Dichtvorrichtung zwischen dem Innenring und dem Außenring entsprechend einer ersten Ausführungsform der Erfindung. Die Zeichnung zeigt einen Außenring 5, einen Innenring 6, eine Kugel 7, einen Käfig 8 zum Halten der Kugel 7, einen ringförmigen Magneten 9 mit axial gerichteter Polarität und ein mag­ netisches Fluid 10.

Die äußere Seite des ringförmigen Magneten 9 ist in einer Stufe 5 a befestigt, die am Rande der Innenseite des Außen­ rings 5 vorgesehen ist, und zwar über einen ringförmigen Gummiring 12. Der Gummiring 12 weist einen Metallkern 11 auf. Ausnehmungen 13 und 14 befinden sich an den Rändern der Innenseite des ringförmigen Magneten 9. Die Ausnehm­ mungen 13 und 14 sind auf beiden Seiten des ringförmigen Magneten zur Speicherung des magnetischen Fluids 10 vor­ gesehen.

Auf diese Weise kann sich das magnetische Fluid nicht ent­ lang der Seite des ringförmigen Magneten 9 zu dem Außen­ ring 5 bewegen. Wenn die Tiefe der Ausnehmungen 13 und 14 relativ gering ist, wie es Fig. 1 zeigt, wird das mag­ netische Fluid 10, das sich in den Ausnehmungen 13 und 14 befindet, durch den Rest des magnetischen Fluids zwi­ schen dem ringförmigen Vorsprung 15 und dem Innenring 6 angezogen. Daher kehrt das magnetische Fluid 10 in die Ausgangsposition zurück.

Im übrigen ist bei dieser bevorzugten Ausführungsform der Metallkern 11 des Gummiringes 12 auf einer Seite des ring­ förmigen Magneten 9 vorgesehen. Der Metallkern hält das magnetische Fluid fest, das durch die Ausnehmungen 13 gefangen worden ist. Der Metallkern 11 kann also aus einem magnetischen oder nicht-magnetischen Material bestehen. Im Falle eines magnetischen Materials wirkt der Metallkern 11 als Pol, im Falle eines nicht-magnetischen Materials als Seitenwand. Wenn der Metallkern aus magnetischem Material besteht, bildet sich ein weiteres Magnetfeld zwischen dem Metallkern 11 und dem Innenring 6 zusätzlich zu dem oben erwähnten Magnetfeld. In diesem Falle kann das magnetische Fluid 10 gefangen werden zwischen der Innenfläche des Me­ tallkerns 11 und der Außenfläche des Innenrings 6. Es enteht eine doppelte Abdichtung durch das magnetische Fluid in Axialrichtung des ringförmigen Magneten 9, der die Druckaufnahme verbessert.

Gemäß Fig. 1 ist die Dichtung mit magnetischem Fluid 10 nur an einer Seite des Kugellagers vorgesehen, während sich eine berührungsfreie Dichtung an der anderen Seite befindet. Die beschriebene Magnetdichtung kann jedoch auch auf beiden Seiten vorgesehen sein.

Fig. 2 zeigt eine zweite Ausführungsform der Erfindung. Entsprechende Teile tragen die selben Bezugsziffern wie in Fig. 1.

Die Dichtung gemäß Fig. 2 unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform dadurch, daß die Ausnehmung 14 auf der äußeren Seite des Kugellagers nach außen abgeschrägt ist und eine größere Breite aufweist.

In diesem Falle bewegt sich das magnetische Fluid 10 scheinbar ohne weiteres aus dem Zwischenraum zwischen dem ringförmigen Vorsprung 15 und dem inneren Ring 6 hinaus, wenn die Drehung einsetzt. Es wird jedoch ein enger Raum in der Nähe des ringförmigen Vorsprungs 15 in dem Spalt zwischen der Ausnehmung 14 und dem Innen­ ring 6 gebildet, und Kapillarwirkung tritt ein. Die Kapillarwirkung verhindert, daß das magnetische Fluid 10 austritt. Das magnetische Fluid 10 bewegt sich daher nicht in Richtung der Ausnehmung 14.

Fig. 3 zeigt eine dritte Ausführungsform der Erfindung, in der, wie auch in den übrigen Figuren, entsprechende Teile die selben Bezugsziffern tragen.

Bei der dritten Ausführungsform ist zusätzlich zu der ersten Ausführungsform ein Seitenteil 16 auf der Außen­ seite bzw. am Südpol des ringförmigen Magneten 9 vorge­ sehen. Der radiale Spalt zwischen der Innenseite des Sei­ tenteils 16 und der Außenseite des Innenrings 6 ist en­ ger als derjenige zwischen der zylindrischen Fläche der Ausnehmung 14 und der Außenfläche des Innenrings 6. Der Spalt zwischen der Innenseite des Seitenteils 16 und der Außenseite des Innenringes 6 bildet eine berührungslose Dichtung.

Durch diese berührungsfreie Dichtung wird derjenige Teil des magnetischen Fluids 10, der sich aufgrund der Drehung in Richtung der Ausnehmung 14 bewegt und durch diese auf­ genommen wird, zusätzlich zurückgehalten.

Staub kann nicht von außen eintreten. Das magnetische Fluid 10, das durch die Ausnehmung 14 während der Drehung aufgenommen wird, gelangt in die Ausgangsposition dadurch zurück, daß es in den Spalt zwischen dem ringförmigen Vor­ sprung 15 des ringförmigen Magneten 9 und dem Innenring 6 beim Anhalten gezogen wird, da das Seitenteil 16 aus nicht-magnetischem Material besteht.

Fig. 4 zeigt eine vierte Ausführungsform der erfindungs­ gemäßen Dichtung, die eine Abwandlung der dritten Aus­ führungsform darstellt. Eine Stufe 6 a ist an der äußeren Kante des Innenringes 6 ausgebildet, während die Länge des Seitenteils 16 a in Richtung der Mittelachse verlän­ gert ist, so daß der Spalt zwischen dem Seitenteil 16 a und der Zylinderfläche in der Stufe 6 a gering ist.

Da die kontaktlose Dichtung der dritten Ausführungsform weiterentwickelt wird, tritt magnetisches Fluid 10 nicht nach außen aus, und zwar selbst dann nicht, wenn ein Teil des magnetischen Fluids von der Position zwischen dem ringförmigen Vorsprung 15 und dem Innenring 6 in die Aus­ nehmung 14 übergeht. Staub kann nicht eintreten.

Fig. 5 zeigt eine Dichtung entsprechend einer fünften Ausführungsform der Erfindung. Es ist ein ringförmiger Magnet 91 zusammen mit zwei ringförmigen Polen 17 und 18 auf beiden Seiten des Magneten, bezogen auf die Axial­ richtung, vorgesehen. Das magnetische Fluid 10 wird zwi­ schen den Polen 17 und 18 und der Außenfläche des Innen­ rings 6 gehalten.

Bei dieser bevorzugten Ausführungsform ist ein ringför­ miges Seitenteil 16 b an der Außenseite des Pols 18 vor­ gesehen. Eine Ausnehmung 141 dient zum Speichern eines Teils des Fluids. Die Ausnehmung 141 liegt zwischen dem Pol 18 und dem Seitenteil 16 b. Die Ausnehmung 141 erstreckt sich ringförmig entlang dem Seitenteil 16 b. Die Funktion der fünften Ausführungsform entspricht derjenigen der vierten Ausführungsform.

Fig. 6 zeigt eine sechste Ausführungsform der Erfindung, die eine Abwandlung der fünften Ausführungsform darstellt. Bei dieser bevorzugten Ausführungsform ist eine Ausneh­ mung 141 a zur Aufnahme des magnetischen Fluids 10 an der Innenfläche des Seitenteils 16 c gegenüber dem Pol 18 angeordnet. In diesem Falle ist der Innendurchmesser des Seitenteils 16 c gleich oder kleiner als der Innendurch­ messer des Pols 18, so daß ein Teil des magnetischen Fluids 10 eingefangen werden kann.

Fig. 7 zeigt eine siebente Ausführungsform der Erfindung. Ein ringförmiges Seitenteil 161 weist einen kleineren Innendurchmesser als der ringförmige Magnet 9 auf. Das Seitenteil 161 liegt an der axial-äußeren Seite des Magneten 9.

Eine Ausnehmung 142 zur Speicherung eines Teils des Fluids wird auf der radial-inneren Seite des Magneten 9 und der axial-inneren Seite des Seitenteils 161 gebildet. Bei Drehung fließt ein Teil des magnetischen Fluids 10 zur Innenseite des Seitenteils 161.

Beim Anhalten wird das magnetische Fluid 10 in die Aus­ nehmung 142 zurückgeführt, da das Seitenteil 161 nicht magnetisch ist.

Fig. 8 zeigt eine achte Ausführungsform, die eine Abwand­ lung der siebten Ausführungsform darstellt. Anstelle des ringförmigen Magneten 9 ist ein Magnet 91 mit ringförmigen Polen 17 und 18 vorgesehen, wie es in ähnlicher Weise bei der fünften Ausführungsform der Fall ist. Die Pole 17 und 18 liegen auf beiden Seiten des ringförmigen Magneten 91. Eine Ausnehmung 143 befindet sich radial-innerhalb des Pols 18 bzw. axial innerhalb des Seitenteils 161. Das Seitenteil 161 besitzt einen kleineren Innendurchmesser als der Pol 18. Die Ausnehmung 143 dient zur Aufnahme eines Teils des Fluids 10.

Bei den zuvor beschriebenen Ausführungsformen der Erfin­ dung liegt die Dichtung zwischen dem Innen- und Außenring des Lagers. Die Erfindung ist jedoch auf diese Ausführung nicht beschränkt, sondern auch auf Konstruktionen anwend­ bar, bei denen die Dichtung zwischen inneren und äußeren, koaxial angeordneten Elementen liegt.

Nach der ersten bis achten Ausführungsform weist die Auf­ nehmeeinrichtung für Magnetfluid einen Speicherbereich mit einem magnetischen Pol auf. Wenn das äußere Element und die Aufnahmeeinrichtung gedreht werden, kann das magneti­ sche Fluid durch den Speicherbereich festgehalten werden, ohne zur Außenseite zu fließen. Das Fluid kann daher zu­ verlässig an der Innenseite der Aufnahmeeinrichtung und der Außenfläche des inneren Elements gehalten werden, so daß sich die Dichtungswirkung verbessert und verlängert.

Fig. 10 zeigt eine Dichtung entsprechend einer neunten Ausführungsform der Erfindung bei Anwendung auf ein Lager 230. Das Lager 230 weist am Innenring 231 und Außenring 232 axial gerichtete Verlängerungen 233 und 234 auf. Eine berührungslose Dichtung 240 liegt zwischen den Verlänge­ rungen 233 und 234 im Inneren Bereich des Lagers 230. Außerhalb der Dichtung 240 ist eine Dichtung 250 mit mag­ netischem Fluid vorgesehen.

Die berührungslose Dichtung 240 besteht aus elastischem Gummi 241 und weist eine Lippe 242 auf. Die Dichtung liegt in einer umlaufenden Nut 235 der Verlängerung 233 des Außenrings 232. Die Dichtung 240 befindet sich an der äußeren Seite. Die Lippe 242 auf der radial-inneren Seite liegt einer Umfangsnut 236 der Verlängerung 234 des Innen­ ringes 231 gegenüber, ohne die Umfangsnut 236 zu berühren. Zwischen der Lippe 242 und der Umfangsnut 236 befindet sich ein U-förmiger Spalt, der eine Labyrinthdichtung bildet.

Die Ferrofluid-Dichtung 250 umfaßt eine dreiteilige Auf­ nahmeeinrichtung mit einem Dauermagneten 251 und zwei Polen 252 und 253 sowie einen L-förmigen Halter 255 aus synthetischem Harz. Ein magnetisches Fluid 254 wird durch die Dichtung 250 gehalten.

Die inneren Durchmesser der Pole 252 und 253 sind kleiner als der Durchmesser des Dauermagneten 251, so daß der magnetische Fluß des Dauermagneten gebündelt werden kann. Es entstehen zwei schmale Dichtspalten zwischen einer zy­ lindrischen Fläche 237 der Verlängerung 234 des Innen­ rings 231 und der Innenseite der Pole 252 und 253, in de­ nen ein starkes Magnetfeld mit Hilfe des Dauermagneten 251 gebildet wird, das das magnetische Fluid 254 anzieht und hält. Der Halter 255 umfaßt einen Zylinder 256 und einen flanschförmigen Ansatz 257. Eine Abschrägung 257 b ist am inneren Rand des ringförmigen Innenbereichs 257 a ausgebildet. Einige ringförmige Vorsprünge 257 c befinden sich auf der inneren Seitenfläche des Ansatzes 257 zu dessen Verstärkung.

Die Haltevorrichtung der Dichtung 250 wird auf dem Zylin­ der 256 des Halters 255 angebracht, da der Durchmesser der Aufnahmeeinrichtung etwas kleiner als derjenige des Zy­ linders 256 ist.

Die Außenfläche des Pols 253 steht in Berührung mit dem ringförmigen Bereich 257 a und den Vorsprüngen 257 c des flanschförmigen Ansatzes 257 des Halters 255. Ein Kleb­ stoff 260 verbindet die Innenfläche des Zylinders 256 mit der Außenfläche der Aufnahmeeinrichtung und die Außenfläche des Pols 253 ist mit Hilfe von Klebstoff mit der Innen­ fläche des Ansatzes 257 verbunden. Der Klebstoff 260 ver­ bindet weiter die Dichtung 250 mit der Verlängerung 233 des Außenrings 232. Bei dieser Ausführungsform ist der Rand des Zylinders 256 des Halters 255 abgeschrägt. Da­ durch entsteht eine V-förmige Nut zwischen der Abschrä-­ gung und der zylindrischen Fläche 238 der Verlängerung 233 des Außenrings 232. Der Klebstoff 260 wird in die Nut eingefüllt, damit eine sichere Verklebung erreicht wird.

Die Abschrägung 257 b am inneren Rand des flanschförmigen Ansatzes 257 des Halters 255 bilden einen V-förmigen Hohlraum in bezug auf die Außenfläche des Pols 253. Wenn ein Teil des magnetischen Fluids 254 durch Zentrifugal­ kraft entlang der Außenseite des Pols 253 hinausgeschleu­ dert wird, wird dieser Teil des Fluids 254 in dem V-för­ migen Hohlraum zwischen dem Ausschnitt 257 b und dem Ansatz 257 gefangen. Beim Beenden der Drehung gelangt das Fluid 254, das in der V-förmigen Aussparung gesammelt worden ist, zurück zwischen den Pol 253 und die Verlängerung 254 des Innenrings 231.

Daher wird bei der Dichtung 250 die Haltevorrichtung durch den Halter 255 gehalten, so daß der Zylinder 256 des Hal­ ters 255 mit der Verlängerung 233 des Außenrings verbunden ist. Beim Montieren tritt keine elastische Verformung des halters 255 auf, so daß dieser genau montiert werden kann und den Spalt zur Aufnahme des magnetischen Fluids genau steuert.

Zur Bildung des Lagers 230 ist eine berührungsfreie Dich­ tung 240 vorgesehen, und der Außenring 231 und der Innen­ ring 232 weisen Verlängerungen 233, 234 auf, an denen die Ferrofluid-Dichtung 250 angebracht ist. Es wird eine doppel­ te Abdichtung erreicht. Obgleich die axiale Länge des Lagers 230 verhältnismäßig groß ist, kann eine gute Abdichtung aus folgendem Grunde erreicht werden. Die Labyrinth-Dich­ tung 240 befindet sich auf der Innenseite der Ferrofluid- Dichtung 250, so daß ein Zwischenraum zwischen den beiden Dichtspalten liegt, der magnetisches Fluid aufnehmen kann. Die beiden Dichtspalten folgen einander nicht. Selbst wenn ein Schmiermittel durch den Dichtspalt der Dichtung 240 austritt, wird dies in dem Zwischenraum zwischen den Dich­ tungen 240 und 250 durch Zentrifugalkraft festgehalten. Das Schmiermittel kann sich daher nicht mit dem magnetischen Fluid 254 der Dichtung 250 vermischen.

Anstelle von synthetischem Harz kann der Halter 255 aus einem magnetischen Material bestehen. Weiterhin kann der Klebstoff 260 zur Verbindung der Aufnahmeeinrichtung mit dem Halter 255 und des Halters 255 mit dem Außenring 232 ein Klebstoff sein, der unter ultravioletter Strahlung bei niedriger Adhäsion aushärtet. Derartige Klebstoffe können ohne weiteres in die verbundenen Bereiche einge­ bracht werden und die Montage vereinfachen.

Anstelle einer dreiteiligen Aufnahmeeinrichtung für Mag­ netfluid, das den Magneten 251 und die beiden Pole 252 und 253 umfaßt, die in Zusammenhang mit Fig. 10 beschrie­ ben worden sind, kann eine zweiteilige Aufnahmeeinrich­ tung gemäß Fig. 12 verwendet werden, bei der der Pol 252 angrenzend an die Dichtung 240 fortgelassen ist. Im übrigen können die beiden Pole 252 und 253 ganz entfallen, sofern ein Dauermagnet 251 gemäß Fig. 13 verwendet wird. Bei den Ausführungsformen gemäß Fig. 12 und 13 wird das Magnet­ fluid 254 an zwei axial getrennten Punkten gehalten. Gemäß Fig. 13 liegt eine Ausnehmung zwischen den beiden Punkten, die durch den Dauermagneten 251 voneinander getrennt werden.

Entsprechend einer neunten bis elften Ausführungsform der Erfindung ist der zylindrische Bereich des Halters, der die Aufnahmeeinrichtung für das magnetische Fluid hält, mit dem Außenring verbunden, so daß der Halter ge­ nau montiert werden kann und der Spalt genau gesteuert wird. Der Ansatz des Halters kann das magnetische Fluid an seiner Innenfläche auffangen, daß durch die Zentrifugalkraft fort­ geschleudert wird. Das Fluid wird auf diese Weise zuver­ lässig festgehalten. Im übrigen kann eine doppelte Abdich­ tung gebildet werden durch einen Zwischenraum zwischen der Labyrinth-Dichtung und der Fluid-Dichtung, deren Dicht­ spalten nicht aufeinander folgen. Selbst wenn ein Schmier­ mittel aus dem Spalt der Labyrinth-Dichtung aus dem Inneren des Lagers austritt, kann dieses nicht in den Dichtspalt der Fluiddichtung eintreten. Die Druckaufnahme­ fähigkeit der Fluiddichtung kann über lange Zeit aufrecht­ erhalten werden.

Fig. 14 zeigt eine zwölfte Ausführungsform der Erfindung. In diesem Falle wird die Dichtung auf einen Spindelmotor angewendet, der eine Magnetplatte oder dergleichen dreht. Der Spindelmotor gemäß Fig. 14 umfaßt eine Spindelwelle 301, einen Motor 302, ein Gehäuse 303 und ein Rollen­ lager 304.

Die Spindelwelle 301 wird durch den Motor 302 gedreht. Sie ist drehbar in dem Gehäuse 303 über das Rollenlager 304 gelagert. Eine Anzahl von Magnetplatten 305 ist an der Spindelwelle 301 angebracht. Ein Magnetkopf 306 liest die auf den Magnetplatten 305 gespeicherten Daten ab.

Ein Zwischenraum A sollte zwischen der Dichtung und den Magnetplatten 305 sowie dem Magnetkopf 306 eingehalten werden. Die Dichtung liegt zwischen den Magnetplatten und dem Rollenlager 304 und verhindert das Schmutz sowie Schmiermittel von dem Rollenlager 304 in Richtung des Zwischenraumes A wandern. Die Dichtung umfaßt eine Auf­ nahmeeinrichtung 307 zum Aufnehmen von magnetischem Fluid 308. Die Aufnahmeeinrichtung 307 umfaßt ihrerseits einen ringförmigen Magneten 309 und zwei ringförmige Pole 310, 311, die an beiden Seiten des Magneten angebracht sind.

Die Aufnahmeeinrichtung 307 liegt innerhalb des Gehäuses 303. Die innere Seite der Aufnahmeeinrichtung 307 liegt der Außenseite der Spindelwelle 301 berührungsfrei gegen­ über und bildet einen radialen Spalt. Auf diese Weise wird ein starkes Magnetfeld zwischen den beiden Polen 310, 311 der Aufnahmeeinrichtung 307 und der Spindelwelle 301 gebildet, das das magnetische Fluid in dem radialen Spalt festhält.

Die Aufnahmeeinrichtung 307 weist eine V-förmige, umlau­ fende Nut 320 auf, die zwischen dem äußeren Rand des Pols 311 und dem Gehäuse 303 liegt.

Ein elektrisch leitender Klebstoff 321 wird in mehreren Punkten der umlaufenden Nut 320 zwischen dem Pol 311 und dem Gehäuse 303 angehäuft und erstreckt sich über den Pol 311 und das Gehäuse 303. Über dem leitenden Kleb­ stoff 321 liegt ein abdichtender oder abschließender Kleb­ stoff 322 in der gesamten Länge der umlaufenden Nut 320. Eine ringförmige Seitenplatte 323 mit einer Abschrägung 324 an ihrem inneren Rand ist an der Außenseite des Pols 311 angebracht. Ein Speicherbereich 325 wird dadurch ge­ bildet, der einen Teil des magnetischen Fluids 308 auf­ nimmt, das aus dem radialen Spalt zwischen dem Pol 311 und der Spindelwelle 301 austreten kann. Der Speicherbe­ reich 325 liegt zwischen dem Pol 311 und der Innenseite der ringförmigen Seitenplatte 323.

Selbst wenn bei dieser zwölften Ausführungsform der Erfin­ dung ein enger Zwischenraum an der Kante zwischen der Aufnahmeeinrichtung 307 und dem Gehäuse 303 auftritt, der sich aus Herstellungstoleranzen ergeben kann, wird dieser Zwischenraum durch den abdichtenden Klebstoff 322 geschlossen, so daß die Räume A und B, d.h. der Be­ reich des Lagers, vollständig voneinander getrennt werden. Der leitende Klebstoff 321 verbindet das Gehäuse 303 und die Aufnahmeeinrichtung 307. Wenn sich die Spindelwelle 301 mit hoher Drehzahl dreht, sammeln sich elektrostati­ sche Ladungen in der Spindelwelle 301. Diese Ladungen wer­ den auf das Gehäuse 303 über die Aufnahmeeinrichtung 307 und das elektrisch leitende magnetische Fluid 308 über­ tragen.

Normalerweise ist die Menge des magnetischen Fluids 308 größer als das Volumen des radialen Spalts, so daß die Widerstandsfähigkeit des Spindelmotors verstärkt wird. Das magnetische Fluid 308 tritt daher aus dem ringförmigen Spalt aus. Der Speicherbereich 325 an der Innenseite der ringförmigen Seitenplatte 323 dient zur Aufnahme eines Teils des magnetischen Fluids, das aus dem radialen Spalt zwischen dem Pol 311 und der Spindelwelle 301 aufgrund von Zentrifugalkräften bei der Drehung ausgetreten ist. Dadurch wird verhindert, daß das magnetische Fluid zur Außenseite des Gehäuses 303 gelangt. Obgleich ein Teil des magnetischen Fluids 308 aus dem radialen Spalt austre­ ten kann, wird dieses Fluid durch den Aufnahmebereich 325 gefangen.

Bei Beendigung der Drehung kann derjenige Teil des mag­ netischen Fluids 308, der sich in dem Speicherbereich 325 befindet, in den radialen Spalt zurückkehren. Bei der vorangegangenen Beschreibung wird davon ausgegangen, daß sich die Spindelwelle 301 dreht. Das Gehäuse 303 kann sich jedoch ebenfalls drehen. In diesem Falle ist das magneti­ sche Fluid 308 bestrebt, nach außen auszutreten, und der Speicherbereich 325 kann das Fluid auffangen.

Wenn sich das magnetische Fluid 308 in den Speicherbereich 325 bewegt, kann es durch Kapillarwirkung in den Verbin­ dungsbereich zwischen dem Pol 311 und der Seitenplatte 323 gezogen werden. Der leitende Klebstoff 321 und der abdich­ tende Klebstoff 322 auf der Außenseite der Verbindung kann dies unterdrücken.

Vorzugsweise beträgt das Volumen des Speicherbereichs 325 etwa 30 bis 50% des Volumens des Fluids 308, das sich in dem radialen Spalt an dem Pol 311 befindet. Das Gesamt­ volumen des Fluids 308, das ursprünglich in dem radialen Spalt gehalten wurde, ist größer als die tatsächlich in dem Spalt vorhandene Menge. Der abdichtende Klebstoff 322 kann ein Klebstoff sein, der unter ultravioletter Bestrah­ lung bei niedriger oder hoher Viskosität aushärtet.

Bei der zwölften Ausführungsform der Erfindung kann der saubere Bereich A vollständig von dem Lager-Bereich B isoliert werden. Elektrostatische Ladungen, die sich auf der Spindelwelle 301 sammeln, können über das Gehäuse 303 geerdet werden. Da der Speicherbereich 325 einen Teil des magnetischen Fluids 308 aufnimmt, das durch Zentrifugal­ kraft nach außen geleitet worden ist, wird ein Eindringen des Fluids in den Raum A verhindert.

Fig. 15 zeigt eine dreizehnte Ausführungsform der Erfin­ dung. Bei dieser Ausführungsform ist die Größe des radialen Spalts zur Aufnahme des magnetischen Fluids 308, bezogen auf die Radialrichtung, zugleich in Axialrichtung steuer­ bar durch Anbringen der Aufnahmeeinrichtung 307 an dem Gehäuse 303 über einen ringförmigen Halter 330, und durch Anbringen eines zylindrischen Ringes 331 auf der Spindel­ welle 301. Der zylindrische Ring 331 weist eine genau be­ arbeitete Oberfläche auf. Der Halter 330 besitzt einen nach innen gerichteten Flansch 323 a. Eine Abschrägung 324 befindet sich am inneren, umlaufenden Rand des Flansches 323 a. Diese bildet zusammen mit der Außenseite des Pols 311 einen Speicherbereich 325 a für magnetisches Fluid 308, das aus dem radialen Spalt austritt.

Bei dieser bevorzugten Ausführungsform liegt ein vorgege­ bener Spalt zwischen der Spindelwelle 301 und dem Ring 331, dem Halter 330 und der Aufnahmeeinrichtung 307, und dem Gehäuse 303 und dem Halter 330. Dies wird erreicht durch Bestimmung der Größe der genannten Elemente. Bei der Mon­ tage wird zunächst die Aufnahmeeinrichtung 307 genau an dem Halter 330 angebracht. Sodann wird der Ring 331 exakt auf der Spindelwelle 301 montiert. Der Halter 330 wird exakt in bezug auf den Ring 331 mit dem Gehäuse 303 ver­ bunden.

Elektrisch leitender Klebstoff 321 wird in mehreren Punkt­ ten der Verbindungsränder zwischen der Halter 330 und dem Gehäuse 303, zwischen dem Halter 330 und der Aufnahmeein­ richtung 307, und zwischen dem Ring 331 und der Spindel­ welle 301 angebracht, so daß er sich über die Verbindungs­ ränder erstreckt. Abdichtender Klebstoff 322 wird über den leitenden Klebstoff 321 über die gesamte Länge der Ränder geschichtet vorzugsweise ist der abdichtende Klebstoff 322, der an der Verbindung zwischen dem Halter 330 und der Aufnahmeeinrichtung 307 angebracht wird, ein Klebstoff, der unter ultravioletter Bestrahlung mit niedriger Viskosität aushärtet, so daß er leicht in den Verbindungsbereich ein­ dringen kann und die Montage vereinfacht wird.

Der Halter 330 kann aus einer Aluminiumlegierung, einer Kupferlegierung, oder nichtrostendem Stahl aus nicht-mag­ netischem Material bestehen. Er wird geschliffen und weist einen L-förmigen Querschnitt auf. Der Halter 330 ist jedoch nicht auf diese Art der Herstellung festgelegt. Wie Fig. 16 zeigt, kann eine Platte aus den genannten Ma­ terialien L-förmig gepreßt werden. Dies reduziert die Her­ stellungskosten. Wenn der Halter 330 gepreßt worden ist, ist die Genauigkeit der äußeren und inneren Abmessungen W 1 und W 2 geringer als beim Schleifen. Durch ein Montage­ verfahren gemäß Fig. 17a und 17b kann dieser Nachteil jedoch kompensiert werden. Bei der Montage wird der Hal­ ter 330 gemäß Fig. 17a mit der Aufnahmeeinrichtung 307 in eine Vorrichtung 333 eingebracht. Ein elektrisch lei­ tender Klebstoff 321 wird auf die innere Verbindung zwi­ schen dem Halter 330 und der Aufnahmeeinrichtung 307 ge­ geben. Ein abdichtender Klebstoff 322 gelangt weiterhin auf den leitenden Klebstoff 321 und dichtet die Verbin­ dung ab. Wie Fig. 17b zeigt, wird die zusammengesetzte Einheit aus Halter 330 und Aufnahmeeinrichtung 307 zwi­ schen das Gehäuse 303 und den Ring 331 eingefügt. Während der Halter 330 durch eine weitere Vorrichtung 332 ge­ führt wird, wird elektrisch leitender Klebstoff 321 in einige Bereiche entlang der äußeren Ränder zwischen dem Halter 330 und dem Gehäuse 303 gegeben. Über diese Verbindung wird wiederum abdichtender Klebstoff 322 ge­ schichtet.

Nach der dreizehnten Ausführungsform kann die Länge des radialen Spaltes auch in Axialrichtung gewählt werden. Der Zwischenraum A kann vollständig abgeschottet werden, wie es bei der zwölften Ausführungsform der Fall ist. Eine elektrisch leitende Bahn entsteht zwischen der Spin­ delwelle 1 und dem Gehäuse 303, wie durch einen Pfeil in Fig. 15 gezeigt ist. Wenn das magnetische Fluid 380 in Richtung des Speicherbereichs 325 bewegt wird, wird es durch Kapillarwirkung zwischen den Flansch 323 a des Halters 330 und die äußere Oberfläche des Pols 311 ge­ zogen. Diese Kapillarwirkung kann geregelt werden, wie es auch bei der zwölften Ausführungsform der Fall ist.

Bei der zwölften und dreizehnten Ausführungsform wird leitender Klebstoff 321 an verschiedenen Punkten des Umfangs angebracht. Der leitende Klebstoff 321 kann auch auf den gesamten Umfang gelangen, wie es bei dem abdich­ tenden Klebstoff 322 der Fall ist. Die Aufnahmeeinrich­ tung 307 umfaßt einen ringförmigen Magneten 309 und zwei Pole oder Polringe 310 und 311. Der Pol 310 auf der Seite des Rollenlagers 304 kann fortgelassen werden, und beide Pole 310 und 311 können entfallen, so daß lediglich der ringförmige Magnet 309 verbleibt. Wenn die Aufnahmeein­ richtung 307 nur den ringförmigen Magneten 309 umfaßt, besteht der Magnet 309 vorzugsweise aus einem magnetischen Kunststoffmaterial. Bei den beschriebenen bevorzugten Aus­ führungsformen wird die Spindelwelle 301 gedreht, jedoch kann auch das Gehäuse 303 gedreht werden. Dabei ergeben sich ähnliche Vorteile wie bei einer Drehung der Welle.

Bei der zwölften und dreizehnten Ausführungsform der Er­ findung wird abdichtender Klebstoff zur Abdichtung der engen Spalten an den Verbindungsbereichen der äußeren Tei­ le und der Aufnahmeeinrichtung, die sich durch Herstel­ lungstoleranzen ergeben, verwendet. Der Raum auf der an­ deren Seite der Aufnahmeeinrichtung kann vollständig ab­ getrennt werden. Der elektrisch leitende Klebstoff dient zur Verbindung der Aufnahmeeinrichtung mit dem äußeren Teil. Das äußere Teil liegt außerhalb beider relativ zueinander drehbarer Teile. Die elektrische Leitfähig­ keit der Aufnahmeeinrichtung für das magnetische Fluid und des äußeren Elements kann sichergestellt werden.

Das elektrisch leitende magnetische Fluid wird zwischen der Aufnahmeeinrichtung und dem inneren Element gehalten, so daß die elektrische Leitfähigkeit zwischen den in bezug aufeinander drehbaren inneren und äußeren Teilen vollständig hergestellt ist.

Auf diese Weise werden die Dichteigenschaften und eine elektrische Leitfähigkeit der Dichteinheit erreicht.

Claims (12)

1. Ferrofluid-Dichtung mit einer Aufnahmeeinrichtung zum Halten eines magnetischen Fluids in bezug auf ein inneres oder äußeres Element zweier in bezug aufeinander drehbarer Elemente, dadurch gekennzeichnet, daß die Auf­ nahmeeinrichtung einen Speicherbereich (13, 14; 141; 141 a, 257 b, 324, 324 a) für aus der Aufnahmeeinrichtung austretendes Fluid aufweist.

2. Dichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Aufnahmeeinrichtung einen ring­ förmigen Magneten (9, 251) mit einer Ausnehmung (13, 14) zur Bildung des Speicherbereichs umfaßt.

3. Dichtung nach Anspruch 1, gekennzeich­ net durch eine Seitenplatte (16, 16 a, 16 b, 16 c) zur Bil­ dung des Speicherbereichs auf einer oder beiden Seiten der Aufnahmeeinrichtung.

4. Dichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Aufnahmeeinrichtung einen ring­ förmigen Magneten (91) und ringförmige Pole (17, 18, 252, 253, 310, 311) an einer oder beiden Seiten des Magnets um­ faßt.

5. Dichtung nach Anspruch 4, gekennzeich­ net durch ein an dem ringförmigen Pol (18) angebrachte Seitenplatte (16 b, 16 c, 161) zur Bildung des Speicher­ bereichs.

6. Dichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet durch einen Halter (255, 330) zum Halten der Aufnahmeeinrichtung (307), welcher Halter mit dem inneren oder äußeren Element verbunden ist.

7. Dichtung nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Halter (255, 330) einen Zylin­ der (256) und einen flanschförmigen Ansatz (257) zur Abstützung der Aufnahmeeinrichtung aufweist.

8. Dichtung nach Anspruch 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Verbindung zwischen dem flansch­ förmigen Ansatz (257) des Halters (255) und der Aufnahme­ einrichtung über Vorsprünge (257 c, 257 a) erfolgt, und daß der Ansatz mit der Aufnahmeeinrichtung über einen Klebstoff (260) verbunden ist.

9. Dichtung nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Halter zwischen Verlängerungen (233, 234) des inneren und äußeren Elements (231, 232) angeordnet ist, und daß eine zweite Dichtung (240) mit einem Dichtlabyrinth innerhalb der Fluid-Dichtung vorge­ sehen ist.

10. Dichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das magnetische Fluid (308) elek­ trisch leitend ist und daß ein elektrisch leitender Kleb­ stoff (321) zur Verbindung der Aufnahmeeinrichtung (307) und des inneren oder äußeren Elements vorgesehen und ein abdichtender Klebstoff (322) auf dem elektrisch leitenden Klebstoff (321) vorgesehen ist.

11. Dichtung nach Anspruch 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der elektrisch leitende Klebstoff in mehreren Punkten an der Verbindung zwischen der Auf­ nahmeeinrichtung (307) und dem inneren oder äußeren Ele­ ment vorgesehen ist.

12. Dichtung nach Anspruch 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der abdichtende Klebstoff (322) über die gesamte Länge der Verbindungslinie zwischen der Auf­ nahmeeinrichtung (307) und dem inneren oder äußeren Element vorgesehen ist.