DE3842477A1 - Magnetfluid-dichtungs-aufbau - Google Patents
Magnetfluid-dichtungs-aufbauInfo
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Description
Die Erfindung betrifft generell Dichtungen und bezieht sich
insbesondere auf einen Magnetfluid-Dichtungs-Aufbau, welcher
vorteilhaft zur Abdichtung eines kleinen ringförmigen Zwischen
raums zwischen zwei relativ zueinander rotierbaren Teilen
verwendet wird.
Bei kleindimensionierten Hochpräzisionsmotoren ist es häufig
erforderlich, eine derartige Dichtung oder Dichtungen zu
verwenden, die eine wirksame Abdichtung zwischen zwei relativ
zueinander rotierbaren Teilen ermöglicht, ohne eine glatte
Rotation zwischen diesen zu beeinträchtigen. Ein typisches
Beispiel von Dichtungen, die eine derartige Anforderung erfüllen,
ist die sogenannte "Magnetfluid-Dichtung", die ferromagnetische
Teile verwendet, die in einer Trägerflüssigkeit, wie beispiels
weise Öl dispergiert sind.
Eine Magnetfluid-Dichtung ist beispielsweise in dem US-Patent Nr.
44 07 508 (Raj et al) offenbart. Gemäß dieses US-Patents weist
die Dichtung ein ringförmiges Rohrstück auf, das eine drehende
Welle umgibt, wobei ein kleiner ringförmiger Zwischenraum
zwischen diesen gebildet ist. Das Rohrstück wird in Berührung mit
einem Permanentmagneten derart gehalten, daß ein magnetischer
Fluß innerhalb des ringförmigen Zwischenraums verläuft, um
magnetisch ein ferromagnetisches Fluid zurückzuhalten, das in den
Zwischenraum eingegeben worden ist.
Wegen seines flüssigen Zustandes gewährleistet das ferromagne
tische Fluid eine glatte gleichmäßige Rotation der Welle, wobei
der ringförmige Zwischenraum wirksam abgedichtet wird.
Dieser flüssige Zustand des ferromagnetischen Fluids führt jedoch
auch zu der Möglichkeit einer Zerstäubung unter der Wirkung von
Zentrifugalkraft, wenn sie rotierend mit der Welle bewegt wird,
was zu einem Verlust des teuren Materials und, was noch wichtiger
ist, zu einer Verschmutzung der Umgebung führt.
Insbesondere bei Spindelmotoren, die zum Antrieb von Datenträger
platten (Magnetplatten, optische Platten, etc.) verwendet werden,
sollte die Verschmutzung des Raums neben der Platte bzw. der Disk
vermieden werden, weil dies einen zuverlässigen Einschreib- und
Auslesebetrieb beeinträchtigen könnte. Demzufolge ist zur
Vermeidung des Zerstäubens bzw. Zerstreuens von ferromagnetischen
Fluid eine Gegenmaßnahme absolut notwendig, wenn es verwendet
wird, um eine Dichtung für den Spindelmotor vorzusehen.
Demzufolge liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen
Magnetfluid-Dichtungs-Aufbau verfügbar zu machen, der ein
wirksames Abdichten ohne Zerstreuung des ferromagnetischen
Materials ermöglicht.
Weiterhin zielt die Erfindung darauf ab, einen Magnetfluid-
Dichtungs-Aufbau zu schaffen, der zusätzlich zur Zerstäubungs
vermeidung eine magnetische Leckage von einem in dem Aufbau
eingebauten Permanentmagneten zu verhindern vermag.
Weiterhin soll mit der Erfindung ein Magnetfluid-Dichtungs-Aufbau
geschaffen werden, welcher zusätzlich die Möglichkeit eliminiert,
daß ferromagnetisches Fluid in Berührung mit dem bzw. den Fingern
einer Bedienungsperson während der Handhabung des Dichtungsauf
baus gelangt.
Schließlich soll mit der Erfindung ein Magnetfluid-Dichtungs-Auf
bau geschaffen werden, der zusätzlich das Vermischen des
ferromagnetischen Fluids mit Schmiermittel verhindert, welches
zur Schmierung eines Lagers benutzt wird.
Erfindungsgemäß ist ein Magnetfluid-Dichtungs-Aufbau vorgesehen,
bestehend aus: einem ringförmigen Dichtungszwischenraum der mit
einem Außenraum kommuniziert; einer ringförmigen magnetisie
renden Einrichtung zur Bildung eines magnetischen Feldes in dem
Zwischenraum; einem ferromagnetischen Fluid, das in dem zwischen
raum mittels des magnetischen Feldes zurückgehalten, jedoch in
dem Zwischenraum drehbar bewegbar ist; einer Zerstäubungsvermei
dungseinrichtung, die in axialer Richtung außerhalb des ringför
migen Zwischenraums zur Vermeidung eines Zerstäubens des ferro
magnetischen Fluids zu dem Außenraum bei der drehenden Bewegung
des ferromagnetischen Fluids vorgesehen ist.
Die Zerstäubungs- bzw. Zerstreuungsvermeidungseinrichtung kann
die Form einer ringförmigen Tasche oder Deckels oder Ansatzes
aufweisen, die bzw. der in axialer Richtung außerhalb des
Dichtungszwischenraums vorgesehen ist. Der ringförmige Deckel
kann aus einem magnetischen Material (Material mit einer hohen
magnetischen Permeabilität) oder einem permanentmagnetisierten
Material bestehen.
Nachfolgend wird die Erfindung näher anhand von bevorzugten
Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten
Zeichnungen erläutert. Es zeigt
Fig. 1 eine Schnittansicht, die ein Kugellager darstellt, in
das ein Magnetfluid-Dichtungs-Aufbau gemäß einer
ersten Ausbildungsform der Erfindung eingebaut ist;
Fig. 2 eine vergrößerte Schnittansicht, die einen hauptsäch
lichen Abschnitt des in Fig. 1 dargestellten Dichtungs
aufbaus zeigt;
Fig. 3 eine Schnittansicht, die ein Kugellager darstellt, in
das ein Magnetfluid-Dichtungs-Aufbau gemäß einer
zweiten Ausbildungsform der Erfindung eingebaut ist;
Fig. 4 eine vergrößerte Schnittansicht, die einen hauptsäch
lichen Abschnitt des in Fig. 3 gezeigten Dichtungsauf
baus darstellt;
Fig. 5 eine Schnittansicht, die ein Kugellager darstellt, in
das ein Magnetfluid-Dichtungs-Aufbau gemäß einer
dritten Ausbildungsform der Erfindung eingebaut ist;
Fig. 6 eine vergrößerte Schnittansicht, die einen hauptsäch
lichen Abschnitt des in Fig. 5 gezeigten Dichtungsauf
baus darstellt;
Fig. 7 eine Schnittansicht, die ein Kugellager darstellt, in
das ein Magnetfluid-Dichtungs-Aufbau gemäß einer
vierten Ausbildungsform der Erfindung eingebaut ist;
Fig. 8 eine Schnittansicht, die einen Magnetfluid-Dichtungs-
Aufbau gemäß einer fünften Ausbildungsform der
Erfindung in einen Spindelmotor eingebaut darstellt;
Fig. 9 eine Schnittansicht, die einen Magnetfluid-Dichtungs-
Aufbau gemäß einer sechsten Ausbildungsform der
Erfindung in einen Spindelmotor eingebaut darstellt;
Fig. 10 eine Schnittansicht, die einen Magnetfluid-Dichtungs-
Aufbau gemäß einer siebten Ausbildungsform der
Erfindung, eingebaut in einen Spindelmotor, darstellt;
Fig. 11 eine Schnittansicht, die einen Magnetfluid-Dichtungs-
Aufbau gemäß einer achten Ausbildungsform der Erfin
dung, eingebaut in einen Spindelmotor, darstellt;
Fig. 12 eine Schnittansicht, die einen Magnetfluid-Dichtungs-
Aufbau gemäß einer neunten Ausbildungsform, eingebaut
in einen Spindelmotor, darstellt, und
Fig. 13 bis 19 Schnittansichten, die nur der Offenbarung dienen und
jeweils ein Kugellager darstellen, in das eine
unterschiedliche Art eines Magnetfluid-Dichtungs-
Aufbaus eingebaut ist.
In den gesamten beigefügten Figuren wird auf identische oder
ähnliche Zeichen mit denselben Bezugszahlen und Buchstaben zur
Erleichterung der Erklärung verwiesen.
In Fig. 1 der beigefügten Zeichnungen ist ein Kugellager 1
dargestellt, in das ein Magnetfluid-Dichtungs-Aufbau gemäß der
ersten Ausbildungsform der Erfindung eingebaut ist. Das Lager 1
besitzt einen auf einer zentralen Welle 3 befestigten Innen
laufring 2, einen den Innenlaufring 2 umgebenden Außenlaufring 4
und eine ringförmige Reihe von Kugeln 5, die zwischen den beiden
Laufringen 2, 4 angeordnet sind. Die Kugeln 5 werden in geeigne
ter Weise mittels eines Paars von ringförmigen Käfigen 6
gehalten. Ein Paar Fettdichtplatten 7 erstreckt sich radial von
dem Außenlaufring 4 nach innen bis zu einer Stelle ziemlich kurz
vor dem Innenlaufring 2, so daß ein ringförmiger Zwischenraum
gebildet ist, der mit Fett bzw. Schmiermittel B gefüllt ist, um
eine gleichmäßige relative Drehung zwischen den beiden Laufringen
zu gewährleisten.
Der Magnetfluid-Dichtungs-Aufbau ist an einem Ende des Lagers 1
angeordnet und weist einen ringförmigen Permanentmagneten 8 auf,
der um den Innenlaufring 2 des Lagers so befestigt ist, daß er
sich nach außen in Richtung auf den Außenlaufring 4 erstreckt.
Der Magnet 8 besitzt eine äußere Umfangsoberfläche 8 a, die
geringfügig von der inneren Umfangsoberfläche 4 a des Außenrings 4
beabstandet ist, um einen kleinen ringförmigen Dichtspielraum 9
zu bilden, der sich in axialer Richtung des Lagers erstreckt.
Wie besser in Fig. 2 dargestellt, sorgt die äußere Umfangsfläche
8 a des Permanentmagneten 8 für ein Paar magnetische Gegenpole N,
S an axial beabstandeten Stellen. Wenn demzufolge eine geeignete
Menge an ferromagnetischem Fluid A in den Dichtspielraum 9
eingegeben wird, sammelt sich das Fluid getrennt an den N- und S-
Polen, wo die magnetische Flußdichte am höchsten ist. Das auf
diese Weise gesammelte magnetische Fluid dichtet wirksam den
ringförmigen Spielraum 9 ab, wobei es eine glatte relative
Rotation zwischen den beiden Lagerlaufringen 2, 4 gewährleistet.
Gemäß dem in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausbildungsbeispiel
besitzt der Außenring 4 einen ringförmigen einstückigen Ansatz
10, der sich in radialer Richtung nach innen zu einer Position
erstreckt, die in axialer Richtung außerhalb des Dichtspielraums
9 liegt, um eine ringförmige konkave Oberfläche 11 vorzusehen,
die sich dadurch anschließt. Der Abstand von jedem Punkt der
konkaven Oberfläche 11 zu jedem Oberflächenabschnitt des
Permanentmagneten 8 ist größer als die Größe Y des Dichtspiel
raums 9. Demzufolge ist die magnetische Flußdichte zwischen dem
Permanentmagneten 8 und der konkaven Oberfläche 11 niedriger als
die innerhalb des Dichtspielraums 9, so daß das magnetische Fluid
A das Bestreben haben wird, sich innerhalb des Dichtspielraums 9
zu sammeln.
Für den Anwendungsfall des Einbaus des Lagers 1 in einen (nicht
dargestellten) Spindelmotor kann die zentrale Welle 3 zusammen
mit dem Innenlaufring 2 stationär gehalten werden, während der
Außenlaufring 4 in einem (nicht dargestellten) Rotor bzw. Nabe
befestigt sein kann, die zum Antreiben eine oder mehrere
Festspeicherplatten trägt. In diesem Fall rotiert der Außenlauf
ring 4 relativ zu dem stationären Innenlaufring 2. Alternativ
kann der Außenlaufring 4 in einem (nicht dargestellten) stationä
ren Gestell befestigt sein, während die zentrale Welle 3, die
drehbar ist, einen Rotor bzw. eine Nabe trägt. In diesem Fall
rotiert der Innenlaufring 2 relativ zu dem stationären Außenlauf
ring 4.
Wenn die beiden Lagerlaufringe 2, 4 wie oben erwähnt relativ
zueinander rotieren, wird auch das magnetische Fluid A rotierend
innerhalb des ringförmigen Abdichtspielraums 9 mit einer darauf
wirkenden Zentrifugalkraft X (siehe Fig. 1) bewegt. Diese
Zentrifugalkraft X kann dazu neigen, einen Teil des magnetischen
Fluids A von dem übrigen Teil zu trennen. Praktisch verwendet
jedoch die konkave Oberfläche 11 die Zentrifugalkraft X, um einen
solchen Teil des magnetischen Fluids zur Rückkehr zu dem
Dichtspielraum 9 zu leiten. Auf diese Weise wird das magnetische
Fluid A wirksam an einem Zerstäuben in den Außenraum gehindert,
um dadurch einen verschmutzungsfreien Zustand zu gewährleisten,
damit bei dem Anwendungsfall bei einem Spindelmotor Daten
trägerplatten nicht nachteilig beeinträchtigt werden.
Die Fig. 3 und 4 zeigen ein weiteres Kugellager 1, in das ein
Magnetfluid-Dichtungs-Aufbau gemäß der zweiten Ausbildungsform
der Erfindung eingebaut ist. Bei dieser Ausbildungsform ist die
innere Umfangsoberfläche 4 a des Lageraußenlaufrings 4 mit einer
ringförmigen Nut 12 an einer Stelle axial außerhalb des Dich
tungsspielraums 9 gebildet, um eine Tasche für das Sammeln von
Fluid vorzusehen. Die ringförmige Nut 12 ist vorzugsweise
bogenförmig oder halbkreisförmig im Querschnitt, kann jedoch auch
eine andere Querschnittsform besitzen. Die zweite Ausbildungsform
ist sonst dieselbe wie die erste Ausbildungsform.
Gemäß der zweiten Ausbildungsform ist die magnetische Flußdichte,
die durch den Permanentmagneten 8 geschaffen wird, in dem
ringförmigen Dichtspielraum 9 höher als in der ringförmigen Nut
bzw. Taschen 12, so daß das ferromagnetische Fluid A das
Bestreben haben wird, sich innerhalb des Dichtungsspielraums 9 zu
sammeln. Bei relativer Drehung zwischen den beiden Lagerlaufrin
gen 2, 4 kann ein Teil des magnetischen Fluids A unter Wirkung
von Zentrifugalkraft von dem restlichen Teil getrennt werden. Die
ringförmige Tasche 12 dient jedoch dazu, einen derartigen
Fluidteil zu sammeln, der schließlich hinein in den Dichtspiel
raum 9 geführt wird (wo die magnetische Flußdichte höher ist),
wenn die relative Drehung zwischen den beiden Laufringen 2, 4
beendet wird. Auf diese Weise ist es möglich, ein Zerstäuben des
magnetischen Fluids A zu verhindern.
Die ringförmige Nut 12 kann sehr leicht eingearbeitet bzw.
gebildet werden. Außerdem ermöglicht das Fehlen von radial nach
innen weisenden Ansätzen an dem Außenlaufring 4 das Einsetzen des
Permanentmagneten von oben, um dadurch die Montage des Dichtungs
aufbaus in dem Lager zu erleichtern.
Gemäß der dritten Ausbildungsform der Erfindung, die in den Fig. 5
und 6 dargestellt ist, wird der sich in axialer Richtung
erstreckende ringförmige Spielraum 9, der zwischen der inneren
Umfangsoberfläche 4 a des Lageraußenlaufrings 4 und der äußeren
Umfangsoberfläche 8 a des Permanentmagneten 8 gebildet wird, nicht
zum Dichtungszweck verwendet. Stattdessen ist ein ringförmiger
Deckel 13, der aus einem magnetischen Material (mit hoher
magnetischer Permeabilität, jedoch nicht permanent magnetisiert)
an einer Endseite 4 b des Außenlaufrings 4 angebracht, um sich in
radialer Richtung nach innen parallel zu dem Permanentmagneten 8
derart zu erstrecken, daß ein ringförmiger Dichtspielraum 14, der
sich radial erstreckt, zwischen dem ringförmigen Deckel 13 und
dem Magneten 8 gebildet wird. Der Magnet 8 besitzt eine axiale
Außenoberfläche 8 b, die ein Paar magnetisch entgegengesetzte Pole
N, S vorsehen. Außerdem ist die Größe Z des Dichtspielraums 14
kleiner als die Breite Y des sich in axialer Richtung erstrecken
den Spielraums 9, damit sichergestellt ist, daß die magnetische
Flußdichte in dem Dichtspielraum 14 höher ist als in dem sich in
axialer Richtung erstreckenden Spielraum 9. Hierdurch wird das
ferromagnetische Fluid A innerhalb des Dichtspielraums 14
gesammelt zurückgehalten.
Bei relativer Drehung zwischen dem Innen- und dem Außenlaufring
2, 4 ist eine Zentrifugalkraft X bestrebt, das magnetische Fluid
A weiter in den Dichtspielraum 14 zu bewegen, jedoch nicht in dem
Ausmaß, daß sich das Fluid A tatsächlich in den sich axial
erstreckenden Spielraum 9 gegen die magnetische Anziehung des
Permanentmagneten 8 bewegt. Anders ausgedrückt, dient die
Zentrifugalkraft X bei Kombination mit der Abdeckfunktion des
ringförmigen Deckels 13 dazu, ein Zerstäuben des magnetischen
Fluids A zu verhindern. Demzufolge sieht der ringförmige Deckel
13 eine Doppelfunktion vor, indem er das Zerstäuben von Fluid
verhindert und indem er den Dichtspielraum 14 bildet.
Der sich in axialer Richtung erstreckende Dichtspielraum 9 dient
andererseits dazu, ein Vermischen des Schmiermittels B mit dem
magnetischen Fluid A zu verhindern. Genauer gesagt, wird ein
Abschnitt des Schmiermittels B, wenn er zufällig in den Raum
unmittelbar unterhalb des Magneten 8 fließen sollte, unter
Wirkung der Zentrifugalkraft zu der inneren Umfangsoberfläche 4 a
des Außenlaufrings 4 befördert, um sich auf diesem abzulagern.
Der sich in axialer Richtung erstreckende Spielraum 9 ist jedoch
ausreichend, um einen derartigen Schmiermittelanteil von dem
magnetischen Fluid A fernzuhalten.
Fig. 7 veranschaulicht ein weiteres Lager 1, in das ein Magnet
fluid-Dichtungs-Aufbau gemäß der vierten Ausbildungsform der
Erfindung eingebaut ist. Der Dichtungsaufbau dieser Ausbildungs
form sieht ähnlich aus wie der Dichtungsaufbau der dritten
Ausbildungsform, unterscheidet sich von dieser jedoch in den
folgenden Punkten.
Der sich in axialer Richtung erstreckende ringförmige Spielraum
9, der zwischen der Außenumfangsoberfläche 8 a des Permanentmagne
ten 8 und der inneren Umfangsoberfläche 4 a des Lageraußenlauf
rings 4 gebildet ist, wird zur Dichtung verwendet. Zu diesem
Zweck sieht die äußere Umfangsoberfläche 8 a des Magneten ein Paar
magnetisch entgegengesetzter Pole N, S vor, um das ferromagneti
sche Fluid A innerhalb des Dichtungsspielraums 9 zurückzuhalten.
Ein ringförmiger Deckel 15, der aus einem permanent magnetisier
ten Material besteht, ist an einer Endfläche 4 b des Außenlauf
rings 4 angebracht, um sich in radialer Richtung nach innen
parallel zu dem Permanentmagneten 8 derart zu erstrecken, daß ein
sich in radialer Richtung erstreckender ringförmiger Spielraum 14
zwischen dem Permanentmagneten 8 und dem permanentmagnetischen
ringförmigen Deckel 15 gebildet ist.
Der permanentmagnetische Deckel 15 besitzt einen N-Pol, der näher
an dem N-Pol des permanenten Magneten angeordnet ist. Hierdurch
tritt im wesentlichen kein magnetischer Fluß über den sich in
radialer Richtung erstreckenden Spielraum 14, damit eine
magnetische Leckage sowohl von dem Permanentmagneten 8 als auch
von dem permanent magnetisierten Deckel 15 zu der Außenseite
verhindert wird. Anders ausgedrückt, schneidet der sich in
radialer Richtung erstreckende Spielraum 14, der zwischen den
beiden Magneten 8, 15 gebildet ist, jegliche magnetische
Flußschleifen (die eine Brücke von N-Pol zu dem S-Pol bilden) ab,
welche sich zu dem Raum außerhalb des Lagers 1 erstrecken
könnten.
Gemäß der vierten Ausbildungsform von Fig. 7 erfüllt der
ringförmige Deckel 15, der permanent magnetisiert ist, drei
Funktionen. Zunächst dient der Deckel 15 dazu, ein Zerstäuben des
ferromagnetischen Fluids A während der Relativdrehung zwischen
den beiden Lagerlaufringen 2, 4 zu verhindern. Zweitens schließt
er eine magnetische Leckage aus, die magnetische Datenträger
platten bei dem Anwendungsfall eines Spindelmotors beeinträchti
gen könnten. Drittens verhindert er, daß der bzw. die Finger
einer Bedienungsperson in eine direkte Berührung mit dem
magnetischen Fluid A während der Handhabung bzw. der Montage des
Lagers 1 gelangen.
Fig. 8 zeigt einen Magnetfluid-Dichtungs-Aufbau gemäß der fünften
Ausbildungsform der Erfindung. Der Dichtungsaufbau dieser
Ausbildungsform unterscheidet sich grundsätzlich von denen der
vorangehenden Ausbildungsformen darin, daß er nicht in ein
Kugellager eingebaut ist, sondern zwischen einer stationären
zentralen Achse 3 und einem Rotor bzw. einer Nabe 18 eines
Spindelmotors für den drehenden Antrieb eines oder mehrerer
(nicht dargestellter) Datenträgerplatten angeordnet ist.
Genauer gesagt, ist ein ringförmiger Permanentmagnet 8, der in
axialer Richtung zwischen einem Paar von ringförmigen Polstücken
bzw. Platten 16, 17 umgeben ist, in der Nabe 18 radial nach innen
erstreckend befestigt, so daß ein sich in axialer Richtung
erstreckender ringförmiger Dichtspielraum 9 zwischen der Achse 3
und dem Magneten 8 (einschl. der Polplatten 16, 17) gebildet
wird. Gemäß dem dargestellten Beispiel sieht die obere Polplatte
16 einen N-Pol vor, während die untere Polplatte 17 einen S-Pol
liefert. Eine Menge ferromagnetischen Fluids A ist nur zwischen
der Achse 3 und der oberen Polplatte 16 eingebracht, obgleich
eine weitere Menge des ferromagnetischen Fluids A auch zwischen
der Achse 3 und der unteren Polplatte 16 zugeführt werden könnte.
Auf der oberen Polplatte 16 ist ein ringförmiger Deckel 15
aufeinander geschichtet vorgesehen, der aus einem permanent
magnetisierten Material besteht. Der Deckel besitzt einen
radialen äußeren Abschnitt 15 a, der an der unteren Polplatte 16
beispielsweise mittels eines Klebstoffs angebracht ist und einem
radialen inneren Abschnitt 15 b, der geringfügig von dem äußeren
Abschnitt 15 a über einen geneigten Zwischenabschnitt 15 c
angehoben ist, um einen sich in radialer Richtung erstreckenden
Zwischenraum 14 zu bilden. Dieser ringförmige Zwischenraum dient
als Tasche zur Aufnahme eines unter Wirkung der Zentrifugalkraft
zerstäubten Abschnitts des magnetischen Fluids A, wenn die Nabe
18 um die zentrale Achse 3 gedreht wird.
Der radiale innere Abschnitt 15 b des Deckels 15 liefert einen
N-Pol der dichter zu der N-Polplatte 16 angeordnet ist, um eine
magnetische Leckage zu verhindern, wie oben beschrieben. Der
Deckel 15 dient auch dazu, eine Kontaktierung des magnetischen
Fluids A mit dem bzw. den Fingern einer Bedienungsperson als auch
mit einem Einwickelpapier 19 zu verhindern, das vorgesehen sein
kann, um den Spindelmotor vor dessen Einbau in eine (nicht
dargestellte) Antriebseinheit zu schützen.
Fig. 9 zeigt einen Magnetfluid-Dichtungs-Aufbau (sechste
Ausbildungsform der Erfindung) zu der sehr ähnlich dem Dichtungs
aufbau von Fig. 8 ist, sich von diesem jedoch in den folgenden
Punkten unterscheidet. Wie dargestellt, besitzt der ringförmige
Magnetdeckel 15 einen aufrechtstehenden Zwischenabschnitt 15 c
zwischen dem radialen äußeren Abschnitt 15 a und dem radialen
inneren Abschnitt 15 b. Der radiale äußere Abschnitt 15 a ist mit
einem ringförmigen axialen 15 d gebildet, der mit Preßsitz auf der
Nabe 18 des Spindelmotors zu befestigen ist. Weiterhin sieht der
radiale innere Abschnitt 15 b einen S-Pol vor, der dichter zu der
oberen Polplatte 16 angeordnet ist, die ebenfalls als ein S-Pol
des Magneten 8 dient.
Die siebte Ausbildungsform, die in Fig. 10 dargestellt ist,
verwendet einen ringförmigen Magnetdeckel 15, der geringfügig in
seiner Gesamtheit von der oberen Polplatte 16 beabstandet ist, um
einen sich in radialer Richtung erstreckenden ringförmigen
Zwischenraum 14 zu bilden, der als Tasche dient. Ersichtlicher
weise arbeitet der Deckel 15 im wesentlichen in derselben Weise
wie die Deckel, die in den Fig. 8 und 9 dargestellt worden sind.
Die achten und neunten Ausbildungsformen, die in den Fig. 11 und
12 dargestellt sind, entsprechend jeweils den fünften und
sechsten Ausbildungsformen 8 und 10 mit der Ausnahme, daß die
magnetischen Polteile bzw. Platten 16, 17 fehlen und daß das
ferromagnetische Fluid A an beiden magnetischen Polen des
Permanentmagneten 8 eingesetzt ist.
Bei jeder der in den Fig. 8 bis 12 dargestellten Ausbildungsfor
men kann die zentrale Welle 3 drehbar statt stationär sein. In
diesem Fall trägt die Welle 3 eine (nicht dargestellte) Nabe, auf
der eine oder mehrere Datenträgerplatten befestigt sind, während
ein mit dem Bezugszeichen 18 bezeichneter Abschnitt ein stationä
res Gestell zur drehbaren Lagerung der Welle 3 mittels (nicht
dargestellter) Lager bildet.
Bei den vorgenannten Ausbildungsformen existiert eine Einrich
tung, um ein Zerstäuben des ferromagnetischen Fluids A unter
Einfluß der Zentrifugalkraft zu verhindern, und ein derartiges
Zerstäubungsverhindern stellt ein gemeinsames Merkmal dar, das in
dieser Anmeldung beansprucht werden soll. Andererseits ist als
vorteilhaft anzusehen, daß die Anordnung (siehe Fig. 1 bis 6),
bei der ein Magnetfluid-Dichtungs-Aufbau in ein Kugellager
eingebaut ist, ebenfalls neu und vorteilhaft zur Gewährleistung
einer kompakten Ausbildung ist. In der nachfolgenden Beschreibung
werden demzufolge verschiedenartige alternative Anordnungen für
ein Kugellager, in das ein Magnetfluid-Dichtungs-Aufbau eingebaut
ist, zu Offenbarungszwecken erläutert.
Fig. 13 zeigt ein Kugellager 1, das in seiner grundsätzlichen
Anordnung ähnlich dem in Fig. 1 gezeigten ist, dem jedoch ein
Zerstäubungsverhinderungsabschnitt fehlt, der in bestimmter Weise
das Zerstäuben des ferromagnetischen Fluids A aufgrund von
Zentrifugalkraft verhindert. Stattdessen ist die innere Umfangs
oberfläche 4 a des Lageraußenrings 4 mit einer ringförmigen
Ausnehmung 19 an einer Stelle zwischen den beiden Magnetpolen N,
S des ringförmigen Permanentmagneten 8 sowie mit einer ringförmi
gen Hilfsausnehmung 20 an einer Stelle axialen innerhalb der erst
erwähnten Ausnehmung 19 gebildet. Diese Ausnehmungen 19, 20
erhöhen die magnetische Flußdichte bei den beiden magnetischen
Polen des Permanentmagneten 8, um das magnetische Fluid A
konzentriert innerhalb des ringförmigen Dichtungszwischenraum 9
zurückzuhalten. Weiterhin dient die ringförmige Hilfsausnehmung
dazu, einen Teil des Schmiermittels B aufzunehmen, der möglicher
weise in den Raum zwischen dem Magneten 8 und der anschließenden
Schmiermitteldichtplatte 7 eintreten könnte.
Bei einem anderen Kugellager, das in Fig. 14 gezeigt ist, ist die
äußere Umfangsoberfläche 4 a des Permanentmagneten 8 mit einer
ringförmigen Ausnehmung 21 zwischen den beiden Magnetpolen N, S
gebildet, während die innere Umfangsoberfläche 4 a des Lageraußen
laufrings 4 nicht mit einer derartigen Ausnehmung gebildet ist.
Offensichtlich erfüllt die ringförmige Ausnehmung 21 dieselbe
Funktion wie oben beschrieben. Der Permanentmagnet 8 besitzt
gerundete Umfangsränder 8 c, die weiterhin die örtliche Konzen
trierung des magnetischen Flusses an den beiden Polen N, S des
Magneten 8 unterstützen. In der Praxis sorgen die gerundeten
Umfangsränder 8 c in Kombination mit der ringförmigen Ausnehmung
21 für ein gutes zurückhalten des ferromagnetischen Fluids A
innerhalb des ringförmigen Dichtungszwischenraums 9 um dessen
Zerstäubung unter Einfluß von Zentrifugalkraft bis zu einem
gewissen Grad zu verhindern.
Fig. 15 zeigt ein weiteres Kugellager 1, das eine Kombination der
in den Fig. 13 und 14 dargestellten Anordnungen entspricht. Wie
gezeigt, ist die äußere Umfangsoberfläche 8 a des ringförmigen
Permanentmagneten 8 mit einer ersten ringförmigen Ausnehmung 21
zwischen den beiden Magnetpolen N, S gebildet, während die innere
Umfangsoberfläche 4 a des Lageraußenlaufrings 4 mit einer zweiten
ringförmigen Ausnehmung 19 an einer Stelle gegenüber der ersten
ringförmigen Ausnehmung sowie mit einer ringförmigen dritten bzw.
Hilfsausnehmung 20 an einer Stelle axial nach innen von der
zweiten ringförmigen Ausnehmung 19 gebildet. Weiterhin besitzt
der Permanentmagnet 8 gerundete Umfangsränder 8 c. Offensichtlich
tragen die ringförmigen Ausnehmungen 19, 20, 21 und die abgerun
deten Umfangsränder 8 c alle zu einem guten Zurückhalten des
ferromagnetischen Fluids A innerhalb des ringförmigen Dichtungs
zwischenraums 9 bei.
Ein weiteres Kugellager, das in Fig. 16 dargestellt ist, weist
einen ersten Permanentmagneten 8′ auf, der einen groß-förmigen
Querschnitt besitzt und einen zweiten Permanentmagneten 8′′, der
flach ist. Demgemäß bilden die beiden Permanentmagneten 8′, 8′′
nach Zusammenschluß eine ringförmige Ausnehmung 21′, die in ihrer
Funktion ähnlich der ringförmigen Ausnehmung 21 ist, die in Fig. 14
gezeigt worden ist. Der erste Magnet 8′ sieht zwei magnetische
entgegengesetzte Pole N, S vor, wobei der N-Pol näher zu dem
Außenlaufring 4 angordnet ist. In gleicher Weise sieht der zweite
Magnet 8′′ zwei magnetische Pole N, S vor, deren S-Pol jedoch
näher zu dem Außenlaufring angeordnet ist. Der S-Pol des ersten
Magneten 8′ ist in Berührung mit N-Pol des zweiten Magneten 8′′
angeordnet, um dadurch das Zusammenhalten der beiden Magneten zu
erleichtern.
Fig. 17 zeigt eine geringfügige Modifikation bei der zwei
Magneten 8, 8′ einen groß-förmigen Querschnitt besitzen, um eine
erste ringförmige Ausnehmung 21′ zu bilden, wenn sie miteinander
verbunden sind. Die innere Umfangsoberfläche 4 a des Lageraußen
laufrings 4 ist ebenfalls mit einer zweiten ringförmigen
Ausnehmung 19 gebildet, die mit der ersten ringförmigen Ausneh
mung 21 zur Lieferung einer magnetischen Flußkonzentration
zusammenwirkt. Bei 22 ist ein Montagering angedeutet, der
verwendet wird, um die verbundenen Magnete 8′, 8′′ auf dem inneren
Laufring 2 zu befestigen.
Gemäß einer weiteren Anordnung, die in Fig. 18 gezeigt ist,
liefert ein erster ringförmiger Permanentmagnet 8′, der flach
ausgebildet ist, nur einen N-Pol nahe dem Lageraußenlaufring 4,
während ein zweiter ringförmiger Permanentmagnet 8′′, der
ebenfalls flach ist, nur einen S-Pol vorsieht, welche nahe zu dem
äußeren Laufring 4 liegt. Demzufolge arbeiten die beiden Magnete,
wenn sie zusammengeschlossen und an dem Innenlaufring mittels
eines Montagerings 22 befestigt sind, wie ein einziger Magnet.
Die Konzentration des magnetischen Flusses wird auch mittels
einer ringförmigen Ausnehmung 19 vorgesehen, die an der inneren
Umfangsoberfläche 4 a des äußeren Laufrings 4 gebildet ist.
In Fig. 19 ist schließlich eine Anordnung dargestellt, bei der
jeder der beiden ringförmigen Permanentmagnete 8′, 8′′ zwei
Magnetpole N, S vorsieht, die nahe zu dem Lageraußenlaufring 4
angeordnet sind, und der S-Pol eines Magneten 8′ schließt sich an
den S-Pol des anderen Magneten 8′′ an. Die innere Umfangsober
fläche 4 a ist mit einem Paar ringförmiger Ausnehmungen 19 a, 19 b
gebildet, die den jeweiligen Magneten 8′, 8′′ derart gegenüber
liegen, daß das ferromagnetische Fluid A dreifach verteilt
innerhalb des Dichtungszwischenraums 9 zurückgehalten wird.
Claims (21)
1. Magnetfluid-Dichtungs-Aufbau mit einem ringförmigen
Dichtzwischenraum (9, 14), der mit einem Außenraum kommuni
ziert, einer ringförmigen magnetisierenden Einrichtung (8,
16, 17) zur Bildung eines magnetischen Feldes in dem
Zwischenraum, und mit einem ferromagnetischen Fluid (A), das
in dem Zwischenraum mittels des magnetischen Feldes
zurückgehalten, jedoch in dem Zwischenraum drehbar bewegbar
ist,
gekennzeichnet durch
eine Zerstäubungsvermeidungseinrichtung (10, 12, 13, 14,
15), die in axialer Richtung außerhalb des ringförmigen
Zwischenraums zur Vermeidung eines Zerstäubens des ferro
magnetischen Fluids zu dem Außenraum bei der drehenden
Bewegung des ferromagnetischen Fluids vorgesehen ist.
2. Dichtungsaufbau nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
der Dichtungsaufbau in ein Ende eines Kugellagers (1)
eingebaut ist, das eine ringförmige Reihe von Kugeln (6)
besitzt, die zwischen einem Innenlaufring (2) und einem
Außenlaufring (4) angeordnet sind.
3. Dichtungsaufbau nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
die Magnetisiereinrichtung einen ringförmigen Permanent
magneten (8), der um den Innenlaufring (2) befestigt ist,
und eine äußere Umfangsoberfläche (8 a) gegenüber einer
inneren Umfangsoberfläche (4 a) des Außenlaufrings (4)
aufweist.
4. Dichtungsaufbau nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß
der ringförmige Dichtzwischenraum (9) zwischen der äußeren
Umfangsoberfläche (8 a) des Permanentmagneten (8) und der
inneren Umfangsoberfläche (4 a) des Außenlaufrings (4)
gebildet ist, und daß die Zerstäubungsvermeidungseinrichtung
die Form eines ringförmigen einstückigen Ansatzes (10)
besitzt, der sich in radialer Richtung nach innen von dem
Außenlaufring zu einer Stelle in axialer Richtung außerhalb
des Dichtzwischenraums erstreckt.
5. Dichtungsaufbau nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß
der Ansatz (10) des Außenlaufrings (4) eine ringförmige
konkave Oberfläche (11) vorsieht, die sich an den Dicht
zwischenraum (9) anschließt.
6. Dichtungsaufbau nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß
die Zerstäubungsvermeidungseinrichtung die Form einer
ringförmigen Nut (12) aufweist, welche an der inneren
Umfangsoberfläche (4 a) des Außenlaufrings (4) an einer
Stelle in axialer Richtung außerhalb des ringförmigen
Dichtzwischenraums (9) gebildet ist.
7. Dichtungsaufbau nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß
die Nut (12) einen bogenförmigen oder halbkreisförmigen
Querschnitt besitzt.
8. Dichtungsaufbau nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß
die Zerstäubungsvermeidungseinrichtung die Form eines
ringförmigen Deckels (13, 15) aufweist, der an dem Außen
laufring (4) an einer Stelle in axialer Richtung außerhalb
des ringförmigen Dichtzwischenraums (9) befestigt ist und
sich in radialer Richtung nach innen in gegenüberliegender
Zuordnung zu dem Permanentmagneten (8) erstreckt.
9. Dichtungsanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,
daß der ringförmige Deckel (13) aus einem magnetischen
Material besteht, und daß der ringförmige Dichtzwischenraum
(14) zwischen dem ringförmigen Deckel und dem Permanent
magneten (8) gebildet ist.
10. Dichtungsaufbau nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß
der ringförmige Dichtzwischenraum (9) zwischen der äußeren
Umfangsoberfläche (8 a) des Permanentmagneten (8) und der
inneren Umfangsoberfläche (4 a) des Außenlaufrings (4)
gebildet ist, daß der ringförmige Deckel (5) permanent
magnetisiert ist, und daß der ringförmige Deckel und der
Permanentmagnet gegenüberliegende Flächen vorsehen, die in
ihrer magnetischen Polarität identisch sind.
11. Dichtungsaufbau nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
der Dichtungsaufbau um eine zentrale Achse bzw. Welle (3)
angeordnet ist, wobei der Dichtzwischenraum (9) sich
unmittelbar an die zentrale Achse bzw. Welle anschließt.
12. Dichtungsaufbau nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet,
daß die Magnetisiereinrichtung einen ringförmigen Permanent
magneten (8) aufweist, der um die zentrale Achse bzw. Welle
(3) angeordnet und in axialer Richtung zwischen einem Paar
ringförmiger Polstücke (16, 17) geschichtet ist, und daß die
Zerstäubungsvermeidungseinrichtung die Form einer ringförmi
gen Tasche (14) besitzt, welche in axialer Richtung
außerhalb eines Vorstückes angeordnet ist und sich in
Richtung auf die zentrale Achse bzw. Welle öffnet.
13. Dichtungsaufbau nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet,
daß die Tasche (14) mittels eines ringförmigen Deckels (15)
vorgesehen ist, der einen radialen äußeren Abschnitt (15 a),
der an dem einen Polstück (16) befestigt ist, und einen
radialen inneren Abschnitt (15 b) besitzt, der geringfügig
von diesem angehoben ist.
14. Dichtungsaufbau nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet,
daß der ringförmige Deckel (15) permanent magnetisiert ist,
wobei der ringförmige Deckel und das eine Polstück (16)
gegenüberliegende Flächen bilden, die eine identische
magnetische Polarität aufweisen.
15. Dichtungsaufbau nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet,
daß die Tasche (12) durch einen ringförmigen Deckel (15)
vorgesehen ist, der sich parallel zu dem einen Polstück (16)
geringfügig axial von diesem beabstandet erstreckt.
16. Dichtungsaufbau nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet,
daß der ringförmige Deckel (15) permanent magnetisiert ist,
wobei der ringförmige Deckel und das eine Polstück (16)
gegenüberliegende Flächen vorsehen, die in ihrer magne
tischen Polarität identisch sind.
17. Dichtungsaufbau nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet,
daß die Magnetisiereinrichtung einen ringförmigen Permanent
magneten (8) aufweist, der um die zentrale Achse bzw. Welle
(3) angeordnet ist, und daß die Zerstäubungsvermeidungs
einrichtung die Form einer ringförmigen Tasche (14)
aufweist, welche in axialer Richtung außerhalb des Magneten
angeordnet ist und sich in Richtung auf die zentrale Achse
bzw. Welle öffnet.
18. Dichtungsaufbau nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet,
daß die ringförmige Tasche (14) mittels eines ringförmigen
Deckels (15) vorgesehen ist, der einen radialen äußeren
Abschnitt (15 a), welcher an dem Permanentmagneten (8)
befestigt ist, und einen radialen inneren Abschnitt (15 b)
besitzt, der geringfügig von diesem angehoben ist.
19. Dichtungsaufbau nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet,
daß der ringförmige Deckel (15) permanent magnetisiert ist,
wobei der ringförmige Deckel und der Permanentmagnet (8)
gegenüberliegende Flächen vorsehen, die identisch in der
magnetischen Polarität sind.
20. Dichtungsaufbau nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet,
daß die Tasche (14) mittels eines ringförmigen Deckels (15)
vorgesehen ist, der sich parallel zu dem Permanentmagneten
(8) geringfügig axial beabstandet von diesem erstreckt.
21. Dichtungsaufbau nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet,
daß der ringförmige Deckel (15) permanent magnetisiert ist,
wobei der ringförmige Deckel und der Permanentmagnet (8)
gegenüberliegende Flächen vorsehen, die identisch in der
magnetischen Polarität sind.
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