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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein dynamisches
Rillenlager mit einem inneren Lagerteil und einem äußeren Lagerteil, der um den inneren
Lagerteil drehbar ist, wobei diese Lagerteile mit zusammenarbeitenden Lagerflächen
versehen sind, zwischen denen sich ein Lagerspalt befindet, in dem es im Betrieb ein
flüssiges Schmiermittel gibt, während die Lagerfläche wenigstens eines der Lagerteile
mit einem Rillenmuster versehen ist und das dynamische Rillenlager eine ringförmige
Sperre aufweist um ein Weglecken von Schmiermittel aus dem Lagerspalt zu
vermeiden.
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Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf einen Elektromotor mit einem
Ständer und einem Läufer, der mit Drehmöglichkeit gegenüber dem Ständer mit Hilfe
eines dynamischen Rillenlagers gelagert ist, wobei der Ständer an einem inneren
Lagerteil des dynamischen Rillenlagers befestigt ist und wobei der Läufer an einem
äußeren Lagerteil des dynamischen Rillenlagers befestigt ist.
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Die Erfindung bezieht sich ebenfalls auf eine Datenspeichereinheit mit
einer Informationsplatte und mit einer Abtasteinheit zum Zusammenarbeiten mit der
Informationsplatte, wobei diese Platte mit Hilfe eines Elektromotors in einem
Gehäuse drehbar ist.
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Ein dynamisches Rillenlager und ein Elektromotor der eingangs
beschriebenen Art sind bekannt aus US 5.427.456. Der innere Lagerteil des bekannten
dynamischen Rillenlagers umfasst eine fest angeordnete Achse, die mit einer
kreiszylinderförmigen Oberfläche versehen ist, auf der das Rillenmuster vorgesehen ist. Der
äußere Lagerteil des bekannten dynamischen Rillenlagers umfasst eine Büchse, die
um die Achse drehbar ist und die mit einer weichen kreiszylinderförmigen Oberfläche
versehen ist, zum Zusammenarbeiten mit der Lageroberfläche der Achse. Ein
Lagerspalt zwischen dem inneren Lagerteil und dem äußeren Lagerteil enthält ein flüssiges
Schmiermittel, in dem beim Drehen durch Interaktion mit den Rillen ein zunehmender
Druck aufgebaut wird. Ein durchaus bekanntes Problem bei vielen dynamischen
Rillenlagern ist, dass über einer kritischen Geschwindigkeit des dynamischen
Rillenlagers ein Weglecken von flüssigem Schmiermittel aus dem Lagerspalt auftritt. Bei dem
bekannten dynamischen Rillenlager erstreckt sich der Lagerspalt ganz bis an den
Boden der Achse, wo diese abgeschrägt ist, so dass das flüssige Schmiermittel durch die
Oberflächenspannung eine kapillare Dichtung bildet. Als Hilfe bei der Bildung der
Abdichtung durch die Oberflächenspannung ist eine ringförmige Sperre in Form eines
Sperrfilms, auf dem Boden des Lagerspaltes vorgesehen. Der Sperrfilm macht die
feste/flüssige Oberflächenspannung höher als die Summe der festen/gasförmigen
Oberflächenspannung und der flüssigen/gasförmigen Oberflächenspannung und
erzeugt auf diese Art und Weise eine Oberflächenspannungssperre für den Durchgang
des flüssigen Schmiermittels durch den Lagerspalt. Der empfohlene in einem
dynamischen Rillenlager, bekannt aus US 5.427.456 zu verwendende Sperrfilm ist NYE-
BAR Sperrfilm.
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Ein Nachteil des bekannten dynamischen Rillenlagers ist, dass zum
Erzeugen eine Oberflächenspannungssperre gegen das Weglecken des Schmiermittels,
ein zusätzliches Material, und zwar ein Sperrfilm verwendet werden muss. Um einen
derartigen Sperrfilm auf den Lagerteilen anzubringen, ist ein zusätzlicher
technologischer Schritt bei der Herstellung eines dynamischen Rillenlagers erforderlich, und
zwar eine Prozedur zum Sprühen, Bürsten oder Tropfen. Es sei bemerkt, dass äußerste
Sorgfalt beachtet werden soll, damit ein Sperrfilm nicht die Lageroberflächen berührt,
da eine Verunreinigung dieser Oberflächen mit dem Sperrfilm machen würde, dass
diese Oberflächen nicht mit Schmiermittel benetzt werden könnten. Weiterhin ist der
Sperrfilm empfindlich für Abrieb.
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Es ist nun u. a. eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein
dynamisches Rillenlager der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, wobei ein Weglecken
von flüssigem Schmiermittel aus dem dynamischen Rillenlager vermieden wird, auch
bei relativ hohen Geschwindigkeiten des äußeren Lagerteils, der sich um den inneren
Lagerteil dreht.
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Die vorliegende Erfindung weist dazu das Kennzeichen auf, dass die
genannte ringförmige Sperre einen ringförmigen inneren Vorsprung aufweist, der in
dem äußeren Lagerteil integriert ist und gegenüber der Lagerfläche des äußeren
Lagerteils erhaben ist und den Lagerspalt begrenzt. Dieser erhabene ringförmige innere
Vorsprung wird nachstehend im restlichen Teil des Textes als Ringsperre bezeichnet.
Das flüssige Schmiermittel, das im Betrieb aus dem Lagerspalt zwischen den
miteinander zusammenarbeitenden Lagerflächen weg leckt, bildet eine Schicht, welche die
Lagerfläche des äußeren Lagerteils grenzend an die Ringsperre bedeckt, und zwar
unter dem Einfluss der Zentrifugalkraft, die auf das flüssige Schmiermittel einwirkt.
Die genannte Schicht hat eine Dicke, die abhängig ist von einer Menge flüssigen
Schmiermittels, die aus dem Lagerspalt weg geleckt ist. Die Schicht flüssigen
Schmiermittels liegt in Form eines Meniskus gegen die Ringsperre, gegenüber der
Lagerfläche des äußeren Lagerteils. Der Meniskus hat einen Pegel über der
Lagerfläche des äußeren Lagerteils, der abhängig ist von der Menge flüssigen Schmiermittels,
von einer Zusammensetzung des flüssigen Schmiermittels, von einer
Zusammensetzung eines Materials, aus dem die Lagerfläche und die Ringsperre hergestellt worden
sind, oder von der Geschwindigkeit des äußeren Lagerteils, wobei dieser Pegel bei
zunehmender Geschwindigkeit zunimmt. Wenn für die Ringsperre ein geeigneter
Pegel über der Lagerfläche des äußeren Lagerteils gewählt worden ist, wird erreicht,
dass der genannte Meniskus des flüssigen Schmiermittels bei relativ hohen
Geschwindigkeiten des äußeren Lagerteils nicht über die Ringsperre fließt, d. h. bei einer
vorbestimmten Menge des flüssigen Schmiermittels, so dass das Weglecken des flüssigen
Schmiermittels aus dem dynamischen Rillenlager bei den genannten relativ hohen
Geschwindigkeiten vermieden wird. Es sei bemerkt, dass eine mechanische
Ringsperre einer anderen Art aus JP-A-6-178492 bekannt ist, wobei in der Lagerfläche der
Büchse eine ringförmige Ausnehmung vorgesehen ist, wobei diese Ausnehmung den
Lagerspalt zwischen den miteinander zusammenarbeitenden Lagerflächen der Achse
und der Büchse begrenzt. Das flüssige Schmiermittel, das aus dem Lagerspalt weg
leckt, wird unter dem Einfluss einer Zentrifugalkraft, die durch die Drehung der
Büchse um die Achse auf das flüssige Schmiermittel einwirkt, in der ringförmigen
Ausnehmung festgehalten. Diese ringförmige Ausnehmung vermeidet aber nicht, dass bei
relativ hohen Drehgeschwindigkeiten der Büchse um die Achse flüssiges
Schmiermittel weg leckt. Diese relativ hohen Drehgeschwindigkeiten treten beispielsweise
dann auf, wenn das dynamische Rillenlager in einem Elektromotor zum Antreiben
einer Festplatte eines Computers benutzt wird. Dadurch wird die oben genannte
Ausnehmung völlig mit flüssigem Schmiermittel gefüllt, das dann über den Rand der
Ausnehmung fließt und folglich aus dem dynamischen Rillenlager weg leckt.
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Eine besondere Ausführungsform eines dynamischen Rillenlagers nach
der vorliegenden Erfindung weist dazu das Kennzeichen auf, dass die Ringsperre
einen Innendurchmesser hat, der kleiner ist als ein Durchmesser der Lagerfläche des
inneren Lagerteils grenzend an die Ringsperre. Wenn für die Ringsperre ein
bestimmter innerer Durchmesser gewählt wird, wird erreicht, dass eine Menge flüssigen
Schmiermittels benutzt werden kann, ohne dass in dem dynamischen Rillenlager ein
Weglecken auftritt, wobei diese Menge den Lagerspalt nahezu völlig bis an die
erhabene Ringsperre füllt. Eine befriedigende Verteilung des flüssigen Schmiermittels in
dem dynamischen Rillenlager bei jeder angewandten Geschwindigkeit und eine
befriedigende Wirkung des dynamischen Rillenlagers werden dadurch erzielt.
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Eine weitere Ausführungsform eines dynamischen Rillenlagers nach
der vorliegenden Erfindung weist das Kennzeichen auf, dass die Ringsperre einen
Innendurchmesser hat, der größer ist als ein Durchmesser der Lagerfläche des inneren
Lagerteils, grenzend an die Ringsperre, und kleiner als ein Durchmesser der
Lagerfläche des äußeren Lagerteils, grenzend an die Ringsperre. Die Applikation des inneren
Lagerteils in dem äußeren Lagerteil während der Herstellung des dynamischen
Rillenlagers wird dadurch vereinfacht, dass die Ringsperre mit dem genannten inneren
Durchmesser versehen wird. Die Verwendung einer Menge des flüssigen
Schmiermittels, die den Lagerspalt grenzend an die erhabene Ringsperre vermeidet nur zum
Teil ein Weglecken flüssigen Schmiermittels aus dem dynamischen Rillenlager bei
dieser weiteren Ausführungsform des dynamischen Rillenlagers nach der
vorliegenden Erfindung.
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Wieder eine andere Ausführungsform eines dynamischen Rillenlagers
nach der vorliegenden Erfindung weist das Kennzeichen auf, dass die Ringsperre eine
laterale Fläche hat, die dem Lagerspalt zugewandt ist, der gegenüber der Lagerfläche
des äußeren Lagerteils schief ist. Die Verwendung der genannten lateralen Fläche
reduziert
den Pegel des Meniskus, mit dem das flüssige Schmiermittel an der Ringsperre
anliegt. Der Meniskus des flüssigen Schmiermittels liegt an der lateralen Fläche der
Ringsperre in einem sog. Kontaktwinkel, der abhängig ist von der Zusammensetzung
des flüssigen Schmiermittels, von der Zusammensetzung des Materials, aus dem die
Ringsperre hergestellt worden ist, oder von der Zusammensetzung der Deckschicht,
mit der die Ringsperre bedeckt ist, und von der Geschwindigkeit des äußeren
Lagerteils. In dem Verhältnis, wie der Kontaktwinkel zwischen dem Meniskus und der
genannten lateralen Fläche abnimmt, nimmt der Pegel des Meniskus über der
Lagerfläche des äußeren Lagerteils zu. Da die genannte laterale Fläche gegenüber der
Lagerfläche des äußeren Lagerteils schräg ist, hat der Meniskus eine reduzierte Krümmung,
so dass der genannte Pegel des Meniskus ebenfalls reduziert ist. Die für die
Ringsperre erforderliche Höhe wird auf diese Art und Weise begrenzt.
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Eine besondere Ausführungsform eines dynamischen Rillenlagers nach
der vorliegenden Erfindung weist das Kennzeichen auf, dass der innere Lagerteil eine
kegelförmige Oberfläche hat, die gegenüber der lateralen Fläche der Ringsperre liegt,
wobei es zwischen der lateralen Fläche der Ringsperre und der kegelförmigen Fläche
eine ringförmige Kammer gibt, wobei diese Kammer sich in einer Richtung weg von
dem Lagerspalt erweitert. Wenn das dynamische Rillenlager stationär ist, wird ein
Teil des flüssigen Schmiermittels aus dem Lagerspalt fließen. Das flüssige
Schmiermittel wird zwischen der lateralen Fläche der Ringsperre und der genannten
kegelförmigen Fläche des inneren Lagerteils in der genannten Kammer einen Meniskus bilden,
wobei dieses flüssige Schmiermittel einer Kapillarkraft ausgesetzt wird, die als
Ergebnis der sich erweiternden Form der ringförmigen Kammer auf den Lagerspalt
gerichtet ist. Diese Kapillarkraft vermeiden ein Weglecken des flüssigen Schmiermittels
aus dem dynamischen Rillenlager, auch wenn dieses dynamische Rillenlager stationär
ist.
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Eine weitere Ausführungsform eines dynamischen Rillenlagers nach
der vorliegenden Erfindung weist das Kennzeichen auf, dass die kegelförmige
Oberfläche sich in einer Richtung weg von dem Lagerspalt bis jenseits der lateralen Fläche
der Ringsperre erstreckt. Bei dieser weiteren Ausführungsform ist die sich erweiternde
ringförmige Kammer relativ groß, so dass unter dem Einfluss der Kapillarwirkung
eine relativ große Menge des flüssigen Schmiermittels in der ringförmigen Kammer
festgehalten wird, während das dynamische Rillenlager stationär ist.
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Nach der vorliegenden Erfindung weist ein Elektromotor der eingangs
erwähnten Art das Kennzeichen auf, dass das darin benutzte dynamische Rillenlager
ein dynamisches Rillenlager nach der vorliegenden Erfindung ist. Die günstigen
Eigenschaften des dynamischen Rillenlagers nach der vorliegenden Erfindung, wie oben
beschrieben, werden mit besonderem Vorteil angewandt in dem Elektromotor, weil
Verunreinigung des Elektromotors durch wegleckendes flüssiges Schmiermittel aus
dem dynamischen Rillenlager bei relativ hohen Geschwindigkeiten des Elektromotors
vermieden wird.
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Nach der vorliegenden Erfindung weist eine Datenspeichereinheit der
eingangs beschriebenen Art das Kennzeichen auf, dass der dabei benutzte
Elektromotor ein Elektromotor nach der vorliegenden Erfindung ist. Die günstigen
Eigenschaften des Elektromotors nach der vorliegenden Erfindung und des dabei
verwendeten dynamischen Rillenlagers, wie oben beschrieben, werden mit besonderem
Vorteil bei der Datenspeichereinheit angewandt, weil Verunreinigung der
Datenspeichereinheit und der darin benutzten Informationsplatte, verursacht durch
wegleckendes flüssiges Schmiermittel aus dem dynamischen Rillenlager des Elektromotors bei
relativ hohen Geschwindigkeiten des Elektromotors vermieden wird.
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Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind in der
Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
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Fig. 1a einen Elektromotor nach der vorliegenden Erfindung, der mit
einer ersten Ausführungsform eines dynamischen Rillenlagers nach der vorliegenden
Erfindung versehen ist,
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Fig. 1b eine detaillierte Darstellung einer Ringsperre des dynamischen
Rillenlagers nach Fig. 1a, bei laufendem Motor,
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Fig. 2a eine Darstellung eines Elektromotors nach der vorliegenden
Erfindung, der mit einer zweiten Ausführungsform eines dynamischen Rillenlagers
nach der vorliegenden Erfindung versehen ist,
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Fig. 2b eine detaillierte Darstellung einer Ringsperre des dynamischen
Rillenlagers nach Fig. 2a bei laufendem Motor,
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Fig. 3a eine Darstellung eines Elektromotors nach der vorliegenden
Erfindung, der mit einer dritten Ausführungsform eines dynamischen Rillenlagers
nach der vorliegenden Erfindung versehen ist,
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Fig. 3b eine detaillierte Darstellung einer Ringsperre des dynamischen
Rillenlagers nach Fig. 3a bei laufendem Motor,
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Fig. 4 eine schematische Draufsicht einer Datenspeichereinheit mit
einem Elektromotor und einem dynamischen Rillenlager nach der vorliegenden
Erfindung, und
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Fig. 5 eine Seitenansicht der Datenspeichereinheit nach Fig. 4.
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In den Fig. 1a, 2a und 3a sind entsprechende Teile des in diesen
Figuren dargestellten Elektromotors sowie die betreffenden ersten, zweiten und dritten
Ausführungsformen des darin verwendeten dynamischen Rillenlagers nach der
vorliegenden Erfindung durch die gleichen Bezugszeichen angegeben.
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Der in Fig. 1a dargestellte Elektromotor 1 umfasst einen Ständer 3 und
einen Läufer 5, der mit Drehmöglichkeiten um eine Drehungsachse 7 gegenüber dem
Ständer 3 mit Hilfe einer ersten Ausführungsform eines dynamischen Rillenlagers 9
nach der vorliegenden Erfindung gelagert ist. Der Ständer 3 umfasst eine elektrische
Spule 11, die in Fig. 1a nur schematisch dargestellt ist, während der Läufer 5 einen
Magneten 13 umfasst, der mit der elektrischen Spule 11 zusammenarbeitet und der in
Fig. 1a nur schematisch dargestellt ist.
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Wie Fig. 1a weiterhin zeigt, hat das dynamische Rillenlager 9 einen
inneren Lagerteil 15 und einen äußeren Lagerteil 17, der um die Drehungsachse 7
gegenüber dem inneren Lagerteil 15 drehbar ist. Der innere Lagerteil 15 ist an dem
Ständer 3 des Elektromotors 1 befestigt, während der äußere Lagerteil 17 an dem
Läufer 5 des Elektromotors 1 befestigt ist. Der innere Lagerteil 15 umfasst eine Achse 19,
die gegenüber dem Ständer 3 fest angeordnet ist und die eine Mittellinie 21 aufweist,
die mit der Drehungsachse 7 zusammenfällt. Die Achse 19 ist mit einer glatten
kreiszylinderförmigen Lagerfläche 23 versehen, die zu der Mittellinie 21 konzentrisch ist.
Der innere Lagerteil 15 umfasst weiterhin eine ringförmige Lagerplatte 25, die mit
ringförmigen Lagerflächen 27 und 29 versehen ist, die sich senkrecht zu der
Mittellinie 21 erstrecken. Der äußere Lagerteil 17 umfasst eine Lagerbüchse 31, die an dem
Läufer 5 befestigt ist und eine Mittellinie 33 aufweist, die im Betrieb mit der
Mittellinie 21 der Achse 19 nahezu zusammenfällt. Die Lagerbüchse 31 hat eine
kreiszylinderförmige Lagerfläche 35, die auf einer Innenseite vorgesehen ist, konzentrisch zu
der Mittellinie 33 und die mit der Lagerfläche 23 der Achse 19 zusammenarbeitet. Der
äußere Lagerteil 17 umfasst weiterhin eine ringförmige Lagerkammer 37, in der die
Lagerplatte 25 des inneren Lagerteils 15 vorhanden ist. Die Lagerkammer 37 ist mit
Hilfe einer ringförmigen Schließplatte 39 des äußeren Lagerteils 17 abgeschlossen.
Die Lagerkammer 37 ist mit einer glatten, ringförmigen Lagerfläche 41 versehen, die
sich senkrecht zu der Mittellinie 33 erstreckt und mit der ringförmigen Lagerfläche 29
der Lagerplatte 25 zusammenarbeitet, während die Schließplatte 39 mit einer glatten
ringförmigen Lagerfläche 43 versehen ist, die sich senkrecht zu der Mittellinie 33
erstreckt und mit der ringförmigen Lagerfläche 27 der Lagerplatte 25 zusammenarbeitet.
Zwischen den miteinander zusammenarbeitenden Lagerflächen 23 und 35 gibt es
einen Lagerspalt 45, zwischen den miteinander zusammenarbeitenden Lagerflächen 29
und 41 gibt es einen Lagerspalt 47 und zwischen den miteinander
zusammenarbeitenden Lagerflächen 27 und 43 gibt es einen Lagerspalt 49, in den genannten Spalten 45,
47 und 49 gibt es im Betrieb ein flüssiges Schmiermittel, wie beispielsweise ein
Schmieröl oder ein Fett.
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Wie in Fig. 1a weiterhin dargestellt, sind in der Lagerfläche 35 der
Lagerbüchse 31 in einem axialen Abstand von einander ein erstes Rillenmuster 51 und
ein zweites Rillenmuster 53 vorgesehen, wobei jedes Muster eine Anzahl aufeinander
folgender Rillenpaare 55a, 55b aufweist, die in einer V-Form und mit regelmäßigen
Zwischenräumen vorgesehen sind. Die Rillenmuster 51 und 53 bilden in Kombination
mit der glatten Lagerfläche 23 der Achse 19 ein radiales dynamisches Rillenlager 57,
in dem unter dem Einfluss einer Pumpwirkung der Rillen 55a, 55b bei Drehung der
Lagerbüchse 31 um die Achse 19 ein stabilisierender Druckaufbau des in den Rillen
55a, 55b vorhandenen flüssigen Schmiermittels stattfindet, so dass der äußere
Lagerteil 17 senkrecht zu der Drehungsachse 7 gegenüber dem inneren Lagerteil 15
unterstützt wird. Die ringförmigen Lagerflächen 27 und 29 der Lagerplatte 25 sind
ebenfalls mit betreffenden Rillenmustern 59 und 61 versehen. Die Rillenmuster 59 und 61,
die nur in der Seitenansicht nach Fig. 1a sichtbar sind, umfassen wieder je eine Anzahl
aufeinanderfolgender Rillenpaare 63, die in einer V-Form mit regelmäßigen
Zwischenräumen vorgesehen sind. Die Rillenmuster 59 und 61 bilden in Kombination mit
der glatten Lagerfläche 43 bzw. der glatten Lagerfläche 41 des äußeren Lagerteils 17
ein axiales dynamisches Rillenlager 65, in dem unter dem Einfluss einer
Pumpwirkung der Rillen 63 bei Drehung des äußeren Lagerteils 17 um den inneren Lagerteil
15 ein stabilisierender Druckaufbau des flüssigen Schmiermittels in den Rillen 63
stattfindet, so dass der äußere Lagerteil 17 parallel zu der Drehungsachse 7 gegenüber
dem inneren Lagerteil 15 unterstützt wird.
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Wie Fig. 1a weiterhin zeigt, umfasst das dynamische Rillenlager 9 des
Elektromotors 1 Mittel 67 zur Vermeidung eines Wegleckens von flüssigem
Schmiermittel aus dem dynamischen Rillenlager 9. Die genannten Mittel 67 sind in
Fig. 1b detailliert dargestellt und umfassen eine Ringsperre 69, die gegenüber der
Lagerfläche 35 des äußeren Lagerteils 17 erhaben ist und den Lagerspalt 45 begrenzt.
Wie Fig. 1b weiterhin zeigt, wird die Lagerfläche 23 des inneren Lagerteils 15 durch
einen reduzierten Teil 71 der Achse 19 begrenzt. Die Ringsperre 69 hat einen
Innendurchmesser DR, der kleiner ist als ein Durchmesser D1 der Lagerfläche 23 des
inneren Lagerteils 15 neben der Ringsperre 69. Weiterhin hat die Ringsperre 69 eine
laterale Fläche 73, die dem Lagerspalt 45 zugewandt ist, die gegenüber der Lagerfläche
35 des äußeren Lagerteils 17 schief ist, wobei die laterale Fläche 73 mit der
Lagerfläche 35 einen stumpfen Winkel β einschließt, wie in Fig. 1b dargestellt.
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Die Wirkungsweise der Mittel 67 zur Vermeidung eines Wegleckens
von flüssigem Schmiermittel aus dem dynamischen Rillenlager 9 ist nun wie folgt.
Wie es bei dynamischen Rillenlagern üblich und bekannt ist, wird im Betrieb über
einer kritischen Geschwindigkeit des dynamischen Rillenlagers 9 ein Weglecken von
flüssigem Schmiermittel in dem Lagerspalt 45 zwischen den miteinander
zusammenarbeitenden Lagerflächen 23 und 35 auftreten. Die genannte Geschwindigkeit wird
bestimmt durch u. a. eine Höhe des Lagerspaltes 45 und durch eine Viskosität und
Oberflächenspannung des flüssigen Schmiermittels bestimmt. Das im Betrieb aus dem
Lagerspalt 45 zwischen den miteinander zusammenarbeitenden Lagerflächen 23 und
35 weg leckende flüssige Schmiermittel wird durch Drehung durch den äußeren Teil
17 unter dem Einfluss von Reibungskräften zwischen dem flüssigen Schmiermittel
und der Lagerfläche 35 des äußeren Lagerteils 17 mitgeführt. Die Zentrifugalkraft, die
auf das flüssige Schmiermittel einwirkt, sorgt dafür, dass die Lagerfläche 35 des
äußeren Lagerteils 17 mit einer Schicht flüssigen Schmiermittels 75 einer nahezu
homogenen Dicke t bedeckt wird, grenzend an die Ringsperre 69, wobei diese Dicke t
abhängig ist von einer Menge flüssigen Schmiermittels, die in dem Lagerspalt 45 vorhanden
ist. Wie Fig. 1b zeigt, liegt die Schicht flüssigen Schmiermittels 75 an der schrägen
lateralen Fläche 73 der Ringsperre 69 in Form eines Meniskus 77 an. Wie Fig. 1b
zeigt, hat der Meniskus 77 einen Pegel h über der Lagerfläche 35 des äußeren
Lagerteils 17. Der Pegel h ist abhängig von der Menge flüssigen Schmiermittels in dem
Lagerspalt 45, von der Zusammensetzung des flüssigen Schmiermittels, von der
Zusammensetzung des Materials, aus dem der äußere Lagerteil 17 und die Ringsperre 69
hergestellt sind, oder von der Zusammensetzung einer Deckschicht, mit der die
Ringsperre 69 bedeckt ist, von der Drehzahl des Motors 1 und von dem stumpfen
Winkel β zwischen der lateralen Fläche 73 und der Lagerfläche 35. Der Pegel h
nimmt mit einer zunehmenden Menge flüssigen Schmiermittels in dem Lagerspalt 45
zu. Wie Fig. 1b zeigt, liegt der Meniskus 77 an der lateralen Fläche 73 der Ringsperre
69 in einem sog. Kontaktwinkel α. Der Kontaktwinkel α hat einen Wert, der abhängig
ist von der genannten Zusammensetzung des flüssigen Schmiermittels, von der
genannten Zusammensetzung des Materials, aus dem der äußere Lagerteil 17 und die
Ringsperre 69 hergestellt sind, oder von der genannten Zusammensetzung der
Deckschicht, mit der die Ringsperre 69 bedeckt ist, und von der Drehzahl des Elektromotors
1.
Der Kontaktwinkel α wird kleiner bei einer zunehmenden Drehzahl des
Elektromotors 1, was verursacht, dass der Pegel h des Meniskus 77 über der Lagerfläche
35 ansteigt. Da der Kontaktwinkel α bei einer bestimmten Drehzahl eine Funktion der
Zusammensetzung des flüssigen Schmiermittels und der Zusammensetzung des
Materials, aus dem der äußere Lagerteil 17 und die Ringsperre 69 hergestellt sind, oder der
Zusammensetzung der Deckschicht, mit der die Ringsperre 69 bedeckt ist, ist der
Pegel h des Meniskus 77 ebenfalls abhängig von dem stumpfen Winkel β zwischen der
lateralen Fläche 73 und der Lagerfläche 35. Zum Beibehalten eines bestimmten
Kontaktwinkels α wird der Pegel h des Meniskus 77 steigen, wenn der genannte Winkel β
kleiner wird, d. h. wenn die laterale Fläche 73 steiler wird. Dadurch, dass für die
Ringsperre 69 ein geeigneter Pegel über der Lagerfläche 35 des äußeren Lagerteils 17
gewählt wird, wird erreicht, dass der Meniskus 77 nicht über die Ringsperre 69 fließt,
unter der Bedingung, dass es eine vorbestimmte Menge flüssigen Schmiermittels in
dem Lagerspalt 45 gibt, dass es eine vorbestimmte Zusammensetzung des flüssigen
Schmiermittels gibt und dass es eine vorbestimmte Zusammensetzung des Materials
gibt, aus de, der äußere Lagerteil 17 und die Ringsperre 69 hergestellt sind, und dass
es einen vorbestimmten Winkel β zwischen der lateralen Fläche 73 und der
Lagerfläche 35 gibt und dass es eine vorbestimmte maximale Drehzahl des Elektromotors 1
gibt. Ein Weglecken des flüssigen Schmiermittels aus dem dynamischen Rillenlager 9
im Betrieb wird auf diese Art und Weise vermieden, wobei ein Weglecken ebenfalls
bei relativ hohen Drehzahlen des Elektromotors 1 vermieden wird, und zwar durch
einen günstigen Entwurf der Höhe der Ringsperre 69 über der Lagerfläche 35. Da der
Innendurchmesser DR der Ringsperre 69 bei der ersten Ausführungsform des
dynamischen Rillenlagers 9 nach der vorliegenden Erfindung kleiner ist als der Durchmesser
DI der Lagerfläche 23 des irmeren Lagerteils 15, ist ein relativ hoher Pegel h des
Meniskus 77 erlaubt, so dass beispielsweise eine relativ große Menge des flüssigen
Schmiermittels, das den Lagerspalt 45 im Wesentlichen bis an die Ringsperre 69
völlig füllt, erlaubt ist, ohne dass ein Weglecken auftritt. Eine gute Verteilung des
flüssigen Schmiermittels über das dynamische Rillenlager 9 und eine befriedigende
Wirkung des dynamischen Rillenlagers 9 werden dadurch erzielt.
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Es sei bemerkt, dass die Verwendung des genannten
Innendurchmessers DR der Ringsperre 69 eine mechanische Aufteilung erforderlich macht,
beispielsweise in der Achse 19, zur Erleichterung der Anordnung der Lagerbüchse 31 um die
Achse 19. Eine derartige Aufteilung ist in Fig. 1a dargestellt, und zwar durch das
Bezugszeichen 79.
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Wie oben bereits erwähnt wurde, nimmt der Pegel h des Meniskus 77
über der Lagerfläche 35 zu, wenn der Winkel β zwischen der Lagerfläche 35 und der
lateralen Fläche 73 der Ringsperre 69 abnimmt. Die Verwendung der schrägen
lateralen Fläche 73 reduziert die erforderliche Höhe der Ringsperre 69 über der Lagerfläche
35, wobei die erforderliche Höhe der Sperre 69, unter der Bedingung, dass es eine
bestimmte maximale Drehzahl des Elektromotors 1 gibt, abnimmt bei Zunahme des
Winkels β. Wenn der Winkel β aber zunimmt, nimmt eine axiale Länge der lateralen
Fläche 73 der Sperre 69, durch LR bezeichnet, zu. Ein maximal zulässiger Wert für
den Winkel β wird auf entsprechende Art und Weise ebenfalls durch einen
konstruktionsmäßig maximal zulässigen Wert für die axiale Länge LR bestimmt.
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Bei dem Elektromotor 81 nach Fig. 2a ist der Läufer 5 mit einer
Drehmöglichkeit gegenüber dem Ständer 3 um eine Drehungsachse 7 mit Hilfe einer
zweiten Ausführungsform eines dynamischen Rillenlagers 83 nach der vorliegenden
Erfindung gelagert. Das dynamische Rillenlager 83 umfasst Mittel 85 zur Vermeidung
eines Wegleckens des flüssigen Schmiermittels aus dem dynamischen Rillenlager 83,
wobei diese Mittel anders sind als die Mittel 67 der ersten Ausführungsform des oben
beschriebenen dynamischen Rillenlagers 9. Die genannten Mittel 85 sind in Fig. 2b
detailliert dargestellt und umfassen, so wie die oben beschriebenen Mittel 67, eine
Ringsperre 87, die über die Lagerfläche 35 des äußeren Lagerteils 17 hinausragt und
den Lagerspalt 45 begrenzt. Im Gegensatz zu dem dynamischen Rillenlager 9 umfasst
der innere Lagerteil 15 des dynamischen Rillenlagers 83 eine Achse 89 konstanten
Durchmessers DI, so dass die Lagerfläche 23 der Achse 89 einen Durchmesser DI hat,
grenzend an die Ringsperre 87, die einem Durchmesser DI der Achse 89 außerhalb des
Lagerspaltes 45 entspricht. Wie Fig. 2b zeigt, hat die Ringsperre 87 des dynamischen
Rillenlagers 83 einen Innendurchmesser DR, der größer ist als der Durchmesser DI der
Lagerfläche 23 des inneren Lagerteils 15 grenzend an die Ringsperre 87 und kleiner
als ein Durchmesser Do der Lagerfläche 35 des äußeren Lagerteils 17 grenzend an die
Ringsperre 87. Weiterhin hat die Ringsperre 87, so wie die Ringsperre 69 des
dynamischen Rillenlagers 9, eine laterale Fläche 91, die dem Lagerspalt 45 zugewandt ist und
die gegenüber der Lagerfläche 35 des äußeren Lagerteils 17 schräg ist, während mit
der Lagerfläche 35 ein stumpfer Winkel β eingeschlossen wird. Die Wirkungsweise
der Mittel 85 des dynamischen Rillenlagers 83 entspricht der Wirkungsweise der
Mittel 67des dynamischen Rillenlagers 9. Die Verwendung einer ausreichenden
Menge flüssigen Schmiermittels in dem Lagerspalt 45 des dynamischen Rillenlagers
83, das den Lagerspalt grenzend an die Ringsperre 87 nur teilweise füllt. Ergibt in
Zusammenarbeit mit einem geeigneten Wert des Winkels β, dass der Meniskus 77 des
flüssigen Schmiermittels 75 im Betrieb bei einer vorbestimmten Drehzahl des
Elektromotors 81 die Ringsperre 87 nicht übersteigen wird. Ein Weglecken flüssigen
Schmiermittels aus dem dynamischen Rillenlager 83 wird auf diese Art und Weise
durch eine Ringsperre 87 vermieden, deren innerer Durchmesser DR größer ist als der
Durchmesser D1 der Lagerfläche 23 des inneren Lagerteils 15 grenzend an die Sperre
87. Da für die Sperre 87 der innere Durchmesser DR gewählt worden ist, braucht für
die Achse 89 des inneren Lagerteils 15 nicht ein reduzierter Teil gewählt zu werden,
so dass die Konstruktion, die Herstellung und das Zusammenbauen des dynamischen
Rillenlagers 83 vereinfacht werden.
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Bei dem Elektromotor 93 aus Fig. 3a ist der Läufer 5 mit
Drehmöglichkeiten um die Drehungsachse 7 gegenüber dem Ständer 3 mit Hilfe einer dritten
Ausführungsform eines dynamischen Rillenlagers 95 nach der vorliegenden Erfindung
gelagert. Das dynamische Rillenlager 95 umfasst Mittel 97 zur Vermeidung eines
Wegleckens flüssigen Schmiermittels aus dem dynamischen Rillenlager 95, die anders
sind als die oben beschriebenen Mittel 67 der ersten Ausführungsform des
dynamischen Rillenmusters 9 und anders sind als die Mittel 85 der zweiten Ausführungsform
des dynamischen Rillenlagers 83. Die genannten Mittel 97 sind in Fig. 3b detailliert
dargestellt und umfassen eine Ringsperre 99, die gegenüber der Lagerfläche 35 des
äußeren Lagerteils 17 höher liegt und der Ringsperre 69 des dynamischen Rillenlagers
9 entspricht, d. h. einen Innendurchmesser DR hat, der kleiner ist als ein Durchmesser
D I der Lagerfläche 23 des inneren Lagerteils 15 grenzend an die Ringsperre 99. Die
Ringsperre 99 umfasst weiterhin, wie die Ringsperre 69 des dynamischen Rillenlagers
9, eine laterale Fläche 101, die dem Lagerspalt 45 zugewandt ist, die gegenüber der
Lagerfläche 35 des äußeren Lagerteils 17 schräg ist und die mit der Lagerfläche 35
einen stumpfen Winkel β einschließt.
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Wie Fig. 3a und Fig. 3b weiterhin zeigen, hat der innere Lagerteil 15
eine Achse 103, die mit einer kegelförmigen Fläche 105 versehen ist, vorgesehen
gegenüber der lateralen Fläche 101 der Ringsperre 99. Wie Fig. 3b zeigt, schließt die
kegelförmige Fläche 105 mit der Lagerfläche 23 des inneren Lagerteils 15 einen
stumpfen Winkel γ ein, wobei dieser Winkel γ kleiner ist als der Winkel β, so dass es
zwischen der lateralen Fläche 101 der Ringsperre 99 und der kegelförmigen Fläche
105 des inneren Lagerteils 15 eine ringförmige Kammer 107 gibt, die in der Richtung
weg von dem Lagerspalt sich erweitert. Wie Fig. 3b weiterhin zeigt, erstreckt sich die
kegelförmige Fläche 105 in axialer Richtung weg von dem Lagerspalt 45 bis jenseits
der lateralen Fläche 101 der Ringsperre 99.
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Wenn der Elektromotor 93 sich dreht, entspricht die Wirkung der
Ringsperre 99 zur Vermeidung eines Wegleckens flüssigen Schmiermittels aus dem
dynamischen Rillenlager 95 der Wirkung der Ringsperre 69 des dynamischen
Rillenlagers 9. Die Ringsperre 99 vermeidet auf entsprechende Art und Weise ein
Weglecken aus dem dynamischen Rillenlager 95 auch bei relativ hohen Drehzahlen des
Elektromotors 93 so dass eine Menge flüssigen Schmiermittels in dem Lagerspalt 45
benutzt werden kann, die den Lagerspalt 45 bis an die Ringsperre 99 nahezu völlig füllt.
Fig. 3b zeigt das flüssige Schmiermittel 109, wenn der Elektromotor 93 stationär ist,
wenn ein Teil des flüssigen Schmiermittels 109 unter dem Einfluss kapillarer Kräfte
aus dem Lagerspalt 45 wegfließt. Wie Fig. 3b zeigt, bildet das flüssige Schmiermittel
109, das in dem stationären Zustand aus dem Lagerspalt 45 weg geströmt ist, einen
Meniskus 111 in der Ringkammer 107 zwischen der lateralen Fläche 101 der
Ringsperre 99 und der kegelförmigen Fläche 105 des inneren Lagerteils 15. Durch die
Divergenz der Ringkammer 107, gesehen von dem Lagerspalt 45 aus, wird das flüssige
Schmiermittel 109 in der Ringkammer 107 einer Kapillarkraft ausgesetzt, die auf den
Lagerspalt 45 gerichtet ist. Die genannte Kapillarkraft behält das flüssige
Schmiermittel 109 in der Ringkammer 107, während der Elektromotor 93 sich in dem
stationären Zustand befindet, so dass ein Weglecken des flüssigen Schmiermittels aus dem
dynamischen Rillenlager 95 vermieden wird, auch wenn der Elektromotor 93 nicht
läuft. Die Tatsache, dass die kegelförmige Fläche 105 sich von dem Lagerspalt 45 in
axialer Richtung bis jenseits der lateralen Fläche 101 der Ringsperre 99 erstreckt
bedeutet, dass die Ringkammer 107 ein Volumen hat, das so groß wie nur möglich ist, so
dass unter dem Einfluss der Kapillarwirkung eine relativ große Menge flüssigen
Schmiermittels in der Ringkammer 107 festgehalten werden kann, wenn der
Elektromotor 93 stationär ist.
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Die Fig. 4 und 5 zeigen schematisch eine Datenspeichereinheit 113, die
mit einem Elektromotor 1, 81, 93 versehen ist, der ein dynamisches Rillenlager 9, 83,
95 nach der vorliegenden Erfindung umfasst. Die Datenspeichereinheit 113 umfasst
eine Anzahl paralleler Informationsplatten 115, die um die Drehungsachse 7 des
Elektromotors 1, 81, 93 in einem Gehäuse 117 mit Hilfe des genannten Elektromotors
1, 81, 98 sich drehen können. Die Informationsplatten 115 sind beispielsweise sog.
Festplatten zum Gebrauch in einem Computer. Wie Fig. 5 zeigt, sind die
Informationsplatten 115 dazu mit regelmäßigen axialen Zwischenräumen an dem Läufer 5 des
Elektromotors 1, 81, 93 befestigt, während der Ständer 3 des Elektromotors 1, 81, 93
an einer Bodenplatte 119 des Gehäuses 117 befestigt ist. Die Datenspeichereinheit 113
ist weiterhin mit einer Abtasteinheit 121 mit einer Anzahl Magnetköpfe 123 versehen
zum Zusammenarbeiten mit den Informationsplatten 115. Die Magnetköpfe 123 sind
an einem Arm 125 befestigt, der gegenüber dem Gehäuse 117 und die
Informationsplatten schwenkbar ist und wobei es für jede Informationsplatte 115 einen einzelnen
Magnetkopf 123 gibt. Es sei bemerkt, dass nur einer der Magnetköpfe 123 in Fig. 4
sichtbar ist, während der Arm 125 und die Magnetköpfe 123 in Fig. 5 der Einfachheit
halber nicht dargestellt sind. Wenn der Läufer 5 mit den Informationsplatten 115 mit
Hilfe des Elektromotors 1, 81, 93 um die Drehungsachse 7 gedreht wird, und wenn die
Magnetköpfe 123 mit Hilfe des Arms 125 gegenüber die Informationsplatte 115
gebracht werden, werden die Informationsplatten 115 durch die Magnetköpfe 123
ausgelesen oder eingeschrieben.
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Der Elektromotor 1, 81, 93 soll mit einer relativ hohen Drehzahl sich
drehen, damit die Zeit, erforderlich zum Auslesen oder Einschreiben der
Informationsplatten 115 beschränkt wird. Der Elektromotor 1, 81, 93 mit dem darin verwendeten
dynamischen Rillenmuster 9, 83, 96 eignet sich durchaus zum Gebrauch in der
Datenspeichereinheit 113, weil ein Weglecken des flüssigen Schmiermittels bei
solchen hohen Drehzahlen in dem in dem Elektromotor 1, 81, 93 verwendeten
dynamischen Rillenlager 9, 83, 95 vermieden wird. Auf diese Art und Weise wird tatsächlich
vermieden, dass die Informationsplatten 115 und die Magnetköpfe 123 durch
weglekkendes flüssiges Schmiermittel verunreinigt werden. Eine derartige Verunreinigung
der Informationsplatten 115 und der Magnetköpfe 123 verursacht meistens eine
Störung in der Wirkung der Datenspeichereinheit 113 und in der Wirkung des damit
kombinierten Computers. Die leckdichten dynamischen Rillenlager 9, 83, 95 schaffen
außerdem eine relativ lange, störungsfreie Betriebszeit des Elektromotors 1, 81, 93.
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Die oben beschriebenen dynamischen Rillenlager 9. 83, 95 umfassen je
eine radiales dynamisches Rillenlager 57 mit einer zusammenarbeitenden
kreiszylindrischen Lagerfläche 23, 35 und ein axiales dynamisches Rillenlager 65 mit
zusammenarbeitenden ringförmigen Lagerflächen 27, 43 und 29, 41. Es sei bemerkt, dass
die Erfindung ebenfalls anwendbar ist bei dynamischen Rillenlagern, bei denen die
miteinander zusammenarbeitenden Lagerflächen eine andere Form haben, wie
beispielsweise dynamische Rillenlager mit kegelförmigen oder sphärischen Lagerflächen,
die eine radiale sowie eine axiale Lagerfunktion haben.
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Es sei bemerkt, dass, wie oben beschrieben, der innere Durchmesser DR
der Ringsperre 69, 87, 99 in Bezug auf den Durchmesser D1 der Lagerfläche 23 des
inneren Lagerteils 15 grenzend an die Ringsperre 69, 87, 99 und in Bezug auf den
Durchmesser DO der Lagerfläche 35 des äußeren Lagerteils 17 grenzend an die
Ringsperre 87 definiert ist. Die genannten Durchmesser D&sub1; und DO in den oben
beschriebenen dynamischen Rillenlagern 9, 83, 95 entsprechen einem Durchmesser der
Lagerfläche 23 des inneren Lagerteils 15 grenzend an das Rillenmuster 51, 53 bzw. einem
Durchmesser der Lagerfläche 35 des äußeren Lagerteils 17 grenzend an die
Rillenmuster 51, 53. Nach der vorliegenden Erfindung können die Lagerflächen des inneren
Lagerteils und des äußeren Lagerteils abwechselnd eine Durchmesser haben grenzend
an die Ringsperre, der anders ist als die Durchmesser der genannten Lagerflächen
grenzend an die Rillenmuster. So kann beispielsweise die Achse 19 des inneren
Lagerteils 15 des in Fig. 1a dargestellten dynamischen Rillenlagers 9 über der Lagerplatte
25 einen Durchmesser erhalten, der beispielsweise größer ist als der
Durchmesser D1, wobei in diesem Fall die Schließplatte 39 mit einer Ringsperre versehen ist um
ein Weglecken des flüssigen Schmiermittels längs der Schließplatte 39 zu vermeiden.
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Es sei weiterhin bemerkt, dass der stumpfe Winkel β, der durch die
laterale Fläche 73, 91, 101 der Ringsperre 69, 87, 99 mit der Lagerfläche 35 des
äußeren Lagerteils 17 eingeschlossen ist auf alternative Weise etwa 90º betragen kann,
wobei in diesem Fall die laterale Fläche 73, 91, 101 nahezu senkrecht auf die
Lagerfläche 35 steht. Die Sperre 69, 87, 99 kann auf diese Art und Weise relativ einfach
vorgesehen werden, aber der Meniskus 77 des flüssigen Schmiermittels 75 wird dann
einen relativ hohen Pegel h über der Lagerfläche 35 haben.
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Es sei ferner bemerkt, dass das dynamische Rillenlager 9, 83, 95 bei
Anordnungen benutzt werden kann, die anders sind als die Speichereinheit 113, wie
diese oben beschrieben worden ist, beispielsweise in einem Elektromotor einer sich
drehenden Abtasteinheit bei einem Magnetbandgerät. Weiterhin kann das dynamische
Rillenlager in einem anderen Motortyp als in einem Elektromotor, beispielsweise in
einem pneumatischen Motor, verwendet werden.
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Zum Schluss sei bemerkt, dass die Erfindung ebenfalls anwendbar ist
bei einem Elektromotor für eine Datenspeichereinheit, die nur eine einzige drehbare
Informationsplatte umfasst. Das dynamische Rillenlager nach der vorliegenden
Erfindung eignet sich durchaus zur Miniaturisierung, so dass eine derartige
Datenspeichereinheit und die darin verwendete Informationsplatte relativ klein bemessen sein
können.