DE102008062524A1

DE102008062524A1 - Fluid-dynamic bearing system for rotating spindle motor in hard disk storage drive, has inwardly directed collar fixed in free space under formation of slot, where slot connects axial section of bearing gap with radial section of gap

Info

Publication number: DE102008062524A1
Application number: DE200810062524
Authority: DE
Inventors: Martin Engesser; Stefan Schwamberger
Original assignee: Minebea Co Ltd
Current assignee: MinebeaMitsumi Inc
Priority date: 2008-12-16
Filing date: 2008-12-16
Publication date: 2010-06-17

Abstract

The system has a shaft (10) including a layer (12), which divides the shaft into two sections (10a, 10b) with large and small diameters, respectively. Radial bearings (28, 30) are arranged at a region of one of the sections. The other section is mounted at a bearing component (22) such that a ring-shaped free space is formed between the layer and the component. An inwardly directed collar (16) of a bearing bushing (14) is fixed in the free space under formation of a slot (20) filled with bearing fluid. The slot connects an axial section of a bearing gap (18) with a radial section of the gap. An independent claim is also included for a spindle motor comprising a stator.

Description

Gebiet der ErfindungField of the invention

Die Erfindung betrifft ein fluiddynamisches Lagersystem nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein derartiges Lagersystem kann insbesondere zur Drehlagerung eines Spindelmotors verwendet werden, wie er beispielsweise für Festplattenspeicherantriebe eingesetzt wird.The The invention relates to a fluid dynamic bearing system according to the preamble of claim 1. Such a storage system, in particular for pivotal mounting a spindle motor can be used, as for example for hard disk storage drives is used.

Stand der TechnikState of the art

Fluiddynamische Lagersysteme für Spindelmotoren können generell in zwei unterschiedliche Gruppen eingeteilt werden: Lagersysteme für Motoren mit drehender Welle und üblicherweise nur einseitig geöffnetem Lagersystem (z. B. single plate design) und Lagersysteme für Motoren mit stehender Welle. Ein entscheidender Vorteil der zweiten Gruppe ist die Möglichkeit, die stehende Welle des Spindelmotors nicht nur an einem Ende mit dem Gehäuse zu verbinden, sondern auch das andere Ende an der Gehäuseabdeckung zu befestigen. Dadurch erhalten solche Motortypen eine wesentlich größere strukturelle Steifigkeit im Vergleich zu Motoren mit rotierender Welle, wodurch sie besonders geeignet sind für Festplattenlaufwerke mit großer Speicherplattenanzahl und/oder besonderen Anforderungen, wie z. B. Server-Motoren mit hoher Datendichte oder Notebook-Motoren, die häufigeren oder stärkeren Vibrationen während des normalen Betriebs ausgesetzt sind.fluid Dynamic Storage systems for Spindle motors can generally divided into two different groups: storage systems for engines with rotating shaft and usually only open on one side Storage system (eg single plate design) and storage systems for engines with standing wave. A decisive advantage of the second group is the possibility, the standing wave of the spindle motor not only at one end the housing but also connect the other end to the case cover to fix. This gives such engine types a substantial larger structural Stiffness compared to motors with rotating shaft, whereby They are particularly suitable for hard disk drives with big ones Disk count and / or special requirements, such. B. server engines with high data density or notebook engines, the more frequent or stronger Vibrations during normal operation.

Bei fluiddynamischen Lagersystemen ist es wichtig, dass eine sogenannte Stopperfunktion vorgesehen ist, welche eine übermäßige axiale Relativbewegung zwischen der Lagerbuchse und der Welle und damit auch ein Herausfallen der Welle aus der Lagerbuchse verhindert. Aus dem Stand der Technik sind vielfältige Ausführungen von Stopperelementen bekannt. Vorzugsweise werden mechanische Stopper verwendet, welche beispielsweise ein zusätzliches Bauteil in Form eines Stopperringes umfassen, welcher bei einer übermäßigen axialen Bewegung der Welle an einer entsprechenden Anschlagsfläche der Lagerbuchse anschlägt. Derartige Stopperringe benötigen zusätzlichen Platz im Lager und erzeugen während eines Stoppervorgangs einen Partikelabrieb im Lager durch die aneinanderreibenden Stopperflächen. Um dies zu vermeiden ist es bekannt, die Stopperfunktion innerhalb eines mit Schmiermittel gefüllten Spaltes zu realisieren, so dass die Reibungsverluste verringert werden. Jedoch erhöht dies die benötigte Schmiermittelmenge. Oftmals muss durch die Anordnung eines Stopperrings auch die Fläche eines Axiallagerteils des Lagersystems reduziert werden, so dass die erzielbare Lagerkraft des Axiallagers abnimmt. Um jedoch die benötigte Tragkraft zu erreichen, muss das Axiallager eine bestimmte tragende Fläche aufweisen. Um eine geringe Lagerreibung zu erreichen ist es vorteilhaft, das Axiallager an einem möglichst kleinen Durchmesser des Lagersystems beginnen zu lassen. Dies ist aber konstruktiv häufig nicht möglich, da z. B. die Stopperanordnung im Weg ist oder aber für die Funktion der Radiallager ein bestimmter Lagerdurchmesser gefordert wird.at Fluid dynamic storage systems, it is important that a so-called Stopper function is provided, which excessive axial relative movement between the bearing bush and the shaft and thus falling out prevents the shaft from the bushing. From the prior art diverse versions of stopper elements known. Preferably, mechanical stoppers used, for example, an additional component in the form of a Stopperringes which, in an excessive axial movement of the Shaft abuts on a corresponding abutment surface of the bearing bush. such Need stopper rings additional Place in the warehouse and generate during a stopper operation a particle abrasion in the camp by the rubbing against each other Stopper surfaces. To avoid this it is known the stopper function within one filled with lubricant To realize gap, so that reduces the friction losses become. However, increased this the needed Amount of lubricant. Often must by the arrangement of a stop locking also the area a thrust bearing part of the storage system can be reduced so that the achievable bearing force of the thrust bearing decreases. However, the needed To achieve load capacity, the thrust bearing must have a certain bearing surface. In order to achieve a low bearing friction, it is advantageous that Thrust bearing on one possible small diameter of the storage system. This is but constructively often not possible, because z. B. the stopper assembly is in the way or for the function the radial bearing a certain bearing diameter is required.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein fluiddynamisches Lagersystem anzugeben, welches keine zusätzlichen Teile zur Realisierung einer Stopperfunktion benötigt und gleichzeitig einen erweiterten Bauraum zur Realisierung des Axiallagers aufweist.It The object of the invention is a fluid dynamic bearing system indicate which no additional Parts needed to realize a stopper function and at the same time a has expanded space for the realization of the thrust bearing.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Lagersystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.These The object is achieved by a Storage system solved with the features of claim 1.

Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung und weitere vorteilhafte Merkmale sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.preferred Embodiments of the invention and further advantageous features are in the dependent claims specified.

Das Lagersystem umfasst ein feststehendes oder bewegliches Lagerbauteil, eine im Lagerbauteil montierte Welle, sowie eine Lagerbuchse, welche die Welle umgibt, wobei Lagerbuchse und Welle relativ zueinander um eine Drehachse drehbar gelagert sind. Es ist ein mit einem Lagerfluid gefüllter Lagerspalt vorhanden, der zwischen einander zugewandten Oberflächen der Welle, der Lagerbuchse und dem Lagerbauteil gebildet ist. Das Lagersystem umfasst ferner zwei fluiddynamische Radiallager, die entlang eines axialen Abschnitts des Lagerspaltes angeordnet sind und durch einander zugeordnete Lagerflächen der Welle und der Lagerbuchse gebildet sind. Es ist mindestens ein fluiddynamisches Axiallager vorgesehen, das entlang eines radialen Abschnitts des Lagerspaltes angeordnet und durch einander zugeordnete Lagerflächen des Lagerbauteils und der Lagerbuchse gebildet ist. Erfindungsgemäß weist die Welle eine Stufe auf, welche die Welle in einen ersten Abschnitt mit größerem Durchmesser und einen zweiten Abschnitt mit kleinerem Durchmesser unterteilt. Die Radiallager sind im Bereich des ersten Abschnitts der Welle angeordnet, wobei der zweite Abschnitt der Welle im Lagerbauteil montiert ist, derart, dass zwischen der Stufe und dem Lagerbauteil ein ringförmiger Freiraum gebildet wird. In dem Freiraum ist ein radial einwärts gerichteter Bund der Lagerbuchse unter Bildung eines mit Lagerfluid gefüllten Spalts aufgenommen, wobei der Spalt den axialen Abschnitt des Lagerspalts mit dem radialen Abschnitt des Lagerspalts verbindet.The Bearing system includes a fixed or movable bearing component, a mounted in the bearing component shaft, and a bearing bush, which surrounds the shaft, bearing bush and shaft relative to each other are mounted rotatably about a rotation axis. It's one with a bearing fluid filled Bearing gap exists, the between facing surfaces of the Shaft, the bearing bush and the bearing component is formed. The storage system Also includes two fluid dynamic radial bearings, which along a axial portion of the bearing gap are arranged and through each other assigned storage areas the shaft and the bearing bush are formed. It is at least one fluid dynamic thrust bearing provided along a radial Section of the bearing gap arranged and assigned by each other storage areas the bearing component and the bearing bush is formed. According to the invention The shaft has a step on which the shaft is in a first section with a larger diameter and a second smaller diameter section. The radial bearings are in the area of the first section of the shaft arranged, wherein the second portion of the shaft in the bearing component is mounted, such that between the step and the bearing component a annular Free space is formed. In the free space is a radially inwardly directed Bund of the bushing to form a filled with bearing fluid gap taken, wherein the gap is the axial portion of the bearing gap connects to the radial portion of the bearing gap.

Erfindungsgemäß wird eine Stopperanordnung durch Zusammenwirken der Stufe der Welle und des Bundes der Lagerbuchse gebildet. In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind der Bund und die Stufe axial hintereinander und radial zueinander versetzt angeordnet und bilden zusammen die Stopperanordnung, d. h. eine axiale Ausfallsicherung für die Lagerbuchse bzw. die Welle. Die Stopperanordnung ist an einem relativ kleinen radialen Durchmesser des Lagers angeordnet, welcher noch innerhalb des Radius der Radiallager liegt. Dies vermindert den Reibungswiderstand des im Lagerfluid laufenden Stoppers. Ferner wird für diese Konstruktion kein zusätzliches Stopperbauteil benötigt.According to the invention, a stopper arrangement is formed by interaction of the stage of the shaft and the collar of the bearing bush. In a preferred embodiment of the invention are the Bund and the stage arranged axially one behind the other and radially offset from each other and together form the stopper assembly, ie an axial fail-safe for the bearing bush or the shaft. The stopper assembly is disposed at a relatively small radial diameter of the bearing which is still within the radius of the radial bearings. This reduces the frictional resistance of the stopper running in the bearing fluid. Furthermore, no additional stopper component is required for this construction.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist, dass es durch die Welle mit unterschiedlichem Durchmesser möglich wird, die axiale Lagerfläche zu vergrößern, indem eine Stirnseite des Bundes der Lagerbuchse zur Bildung der Axiallagerfläche mitverwendet werden kann. Der Bund der Lagerbuchse bildet also einen Teil der Lagerfläche des Axiallagers aus.One Another advantage of the invention is that it is through the shaft with different diameter possible is the axial bearing surface to enlarge by one end of the federal government of the bearing bush for the formation of the thrust bearing surface concomitantly used can be. The collar of the bearing bush thus forms part of storage area of the thrust bearing.

Die beiden Radiallager und das Axiallager sind durch Lagerrillen gekennzeichnet, die auf entsprechend zugeordneten Lagerflächen, d. h. den Lagerflächen der Welle und der Lagerbuchse oder den Lagerflächen des Lagerbauteils und der Lagerbuchse angeordnet sind. Bei Drehung der Lagerbuchse relativ zur Welle erzeugen die Lagerrillen eine Pumpwirkung auf das im Lagerspalt befindliche Lagerfluid und es bildet sich ein Druck im Lagerspalt, so dass die Lager tragfähig werden.The both radial bearings and the thrust bearing are marked by bearing grooves, on correspondingly allocated storage areas, d. H. the storage areas of Shaft and the bearing bush or the bearing surfaces of the bearing component and the bearing bush are arranged. When turning the bushing relative To the shaft, the bearing grooves generate a pumping action on the in the bearing gap located bearing fluid and it forms a pressure in the bearing gap, so that the bearings are viable become.

Eine stirnseitige Fläche des Bundes der Lagerbuchse und eine durch die Stufe gebildete ringförmige Fläche der Welle können zusammen ein zweites fluiddynamisches Axiallager ausbilden, das durch Lagerrillen gekennzeichnet ist, die auf der Lagerfläche des Bundes der Lagerbuchse bzw. der Welle angeordnet sind. Die Lagerkraft des zweiten Axiallagers ist in diesem Fall entgegen der Lagerkraft des ersten Axiallagers gerichtet.A frontal surface the collar of the bearing bush and an annular surface formed by the step Wave can together form a second fluid dynamic thrust bearing, the characterized by bearing grooves which are on the bearing surface of the Federal of the bearing bush or the shaft are arranged. The bearing force of the second thrust bearing is in this case against the bearing force directed the first thrust bearing.

Vorzugsweise ist zumindest ein Teil der Lagerflächen des Axiallagers auf einem kleineren radialen Durchmesser angeordnet als die Lagerflächen der Radiallager. Dies sind insbesondere die Anteile der Axiallagerflächen, die durch den Bund der Lagerbuchse gebildet sind. Das vermindert insbesondere die Lagerreibung des Axiallagers, da das Axiallager an einem sehr kleinen Durchmesser des Lagers beginnt, wo die Umfangsgeschwindigkeit der relativ zueinander bewegten Lagerbauteile gering ist und damit eine geringe Lagerreibung nach sich zieht.Preferably is at least a part of the bearing surfaces of the thrust bearing on one smaller radial diameter arranged as the bearing surfaces of the Radial bearings. These are in particular the proportions of the thrust bearing surfaces, the formed by the collar of the bearing bush. This reduces in particular the Bearing friction of the thrust bearing, since the thrust bearing on a very small Diameter of the bearing starts where the peripheral speed of the relative to each other moving bearing components is low and thus a low bearing friction.

In bekannter Weise sind die offenen Enden des Lagerspaltes durch Dichtungsmittel abgedichtet. Die Dichtungsmittel können beispielsweise Kapillardichtungen umfassen oder auch Pumpdichtungen, d. h. Dichtungszonen mit Rillenstrukturen, die eine dynamische Pumpwirkung auf das Lagerfluid ausüben und dieses im Lagerspalt halten. Diese Pumpdichtungen sind dynamische Pumpdichtungen, die ihre Dichtungswirkung nur im Betrieb des Lagers erreichen.In known manner, the open ends of the bearing gap by sealant sealed. The sealants may, for example, capillary seals include or pumping seals, d. H. Sealing zones with groove structures, which exert a dynamic pumping action on the bearing fluid and keep this in the storage gap. These pumping seals are dynamic Pumping seals, their sealing effect only during operation of the bearing to reach.

In einer Ausgestaltung der Erfindung kann in der Lagerbuchse ein mit Lagerfluid gefüllter Rezirkulationskanal angeordnet sein, der voneinander entfernte Abschnitte des Lagerspaltes miteinander verbindet und damit für einen geschlossenen Kreislauf und eine Zirkulation des Lagerfluids im Lager sorgt. Eine Öffnung des Rezirkulationskanals mündet dabei im Bereich des Axiallagers in den Lagerspalt. Vorzugsweise ist die Öffnung des Rezirkulationskanals durch die Lagerrillen des Axiallagers nicht überdeckt. Die andere Öffnung des Rezirkulationskanals mündet jenseits der Radiallager in einen Spalt am Ende der Welle.In An embodiment of the invention can in the bearing bush with a Bearing fluid filled Rezirkulationskanal be arranged, the mutually distant sections of the bearing gap connects and thus for a closed circuit and a circulation of the bearing fluid in the Warehouse ensures. An opening the recirculation channel opens while in the area of the thrust bearing in the bearing gap. Preferably is the opening of the recirculation channel is not covered by the bearing grooves of the thrust bearing. The other opening the recirculation channel opens beyond the radial bearings into a gap at the end of the shaft.

Das fluiddynamische Lager kann vorzugsweise in einem Spindelmotor eingesetzt werden, wobei die Welle entweder als feststehendes Bauteil oder auch rotierendes Bauteil des Motors ausgebildet sein kann.The Fluid dynamic bearing may preferably be used in a spindle motor be with the shaft either as a stationary component or Also rotating component of the engine may be formed.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

1 zeigt schematisch einen Schnitt durch ein erfindungsgemäßes fluiddynamisches Lagersystem. 1 schematically shows a section through a fluid dynamic bearing system according to the invention.

2 zeigt einen Schnitt durch einen Spindelmotor mit einem erfindungsgemäßen fluiddynamischen Lagersystem. 2 shows a section through a spindle motor with a fluid dynamic bearing system according to the invention.

3 zeigt einen Schnitt durch eine andere Ausgestaltung eines Spindelmotors mit einem erfindungsgemäßen fluiddynamischen Lagersystem. 3 shows a section through another embodiment of a spindle motor with a fluid dynamic bearing system according to the invention.

3a zeigt eine abgewandelte Ausgestaltung des Spindelmotors aus 3 3a shows a modified embodiment of the spindle motor 3

4 zeigt eine Aufsicht auf eine Lagerfläche des Axiallagers. 4 shows a plan view of a bearing surface of the thrust bearing.

5 zeigt eine Aufsicht auf eine Lagerfläche des Axiallagers. 5 shows a plan view of a bearing surface of the thrust bearing.

6 zeigt eine Aufsicht auf eine Lagerfläche des Axiallagers. 6 shows a plan view of a bearing surface of the thrust bearing.

Beschreibung von bevorzugten Ausgestaltungen der ErfindungDescription of preferred Embodiments of the invention

1 zeigt einen Schnitt durch eine schematische Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Lagersystems. Das Lagersystem umfasst ein feststehendes Lagerbauteil 22, in welchem eine Welle 10 aufgenommen ist. Die Welle umfasst einen ersten Abschnitt 10a, welcher einen größeren Durchmesser aufweist, und über eine Stufe 12 in einen zweiten Abschnitt mit kleinerem Außendurchmesser übergeht. Der zweite Abschnitt 10b ist im Lagerbauteil 22 gehalten, während der erste Abschnitt 10a von einer Lagerbuchse 14 umgeben ist, welche mittels zweier Radiallager 28 und 30 drehbar um eine Drehachse 24 gelagert ist. Zwischen dem Außenumfang des Abschnitts 10a der Welle und dem Innenumfang einer in der Lagerbuchse 14 angeordneten Lagerbohrung verbleibt ein mit Lagerfluid gefüllter Lagerspalt 18, entlang welchem die Radiallager 28 und 30 angeordnet sind. 1 shows a section through a schematic embodiment of the storage system according to the invention. The storage system comprises a fixed bearing component 22 in which a wave 10 is included. The shaft includes a first section 10a , which has a larger diameter, and a step 12 in a second section with a smaller outer diameter passes. The second section 10b is in the bearing component 22 held during the first section 10a from a bearing bush 14 surrounded by two radial bearings 28 and 30 rotatable about an axis of rotation 24 is stored. Between the outer circumference of the section 10a the shaft and the inner circumference of one in the bearing bush 14 arranged bearing bore remains filled with bearing fluid bearing gap 18 along which the radial bearings 28 and 30 are arranged.

Die Stufe 12 der Welle 10 ist in einem axialen Abstand zur Oberfläche des Lagerbauteils 22 angeordnet, so dass zwischen der Oberfläche des Lagerbauteils 22 und der Stufe 12 ein Freiraum gebildet wird. In diesem Freiraum ist ein Bund 16 der Lagerbuchse angeordnet, welcher sich radial einwärts erstreckt. Der Bund 16 liegt im Freiraum unter Bildung eines mit Lagerfluid gefüllten Spaltes 20, der in einen radialen Abschnitt des Lagerspaltes 18 übergeht der zwischen der Oberfläche des Bauteils 22 und der Stirnseite der Lagerbuchse bzw. des Bundes 16 verläuft. Der Spalt 20 verbindet somit einen axialen Abschnitt des Lagerspaltes 18, entlang welchem die Radiallager 28, 30 angeordnet sind, mit einem radialen Abschnitt des Lagerspaltes 18, entlang welchem ein Axiallager 32 angeordnet ist. Optional kann der Bund 16 durch eine Platte 26 gebildet sein, die in eine Aussparung der Lagerbuchse 14 eingesetzt wird. Die Platte 26 ist schematisch durch die gestrichelten Linien dargestellt. Das Axiallager 32 ist im radialen Abschnitt des Lagerspaltes 18 zwischen der Oberfläche des Lagerbauteils 22 und der Stirnfläche der Lagerbuchse 14 bzw. des Bundes 16 angeordnet. Das Axiallager 32 ist durch Rillenstrukturen gekennzeichnet, die sich ausgehend vom kleinsten verfügbaren Durchmesser des Bundes 16 radial nach außen über die Fläche der Lagerbuchse 14 erstrecken. Zwischen der anderen Stirnseite des Bundes 16 und der Stufe 12 der Welle 10 kann optional ein zweites Axiallager 34 angeordnet sein, das entgegengesetzt zum Axiallager 32 arbeitet.The stage 12 the wave 10 is at an axial distance to the surface of the bearing component 22 arranged so that between the surface of the bearing component 22 and the stage 12 a free space is formed. In this space is a covenant 16 arranged the bearing bush which extends radially inwardly. The Bund 16 lies in the free space to form a gap filled with bearing fluid 20 placed in a radial section of the bearing gap 18 The transition between the surface of the component 22 and the end face of the bearing bush or the federal government 16 runs. The gap 20 thus connects an axial portion of the bearing gap 18 along which the radial bearings 28 . 30 are arranged, with a radial portion of the bearing gap 18 along which a thrust bearing 32 is arranged. Optionally, the federal government 16 through a plate 26 be formed in a recess of the bearing bush 14 is used. The plate 26 is shown schematically by the dashed lines. The thrust bearing 32 is in the radial section of the bearing gap 18 between the surface of the bearing component 22 and the end face of the bearing bush 14 or the federal government 16 arranged. The thrust bearing 32 is characterized by groove structures extending from the smallest available diameter of the collar 16 radially outward over the surface of the bearing bush 14 extend. Between the other front of the covenant 16 and the stage 12 the wave 10 Optionally a second thrust bearing 34 be arranged opposite to the thrust bearing 32 is working.

2 zeigt einen Schnitt durch einen Spindelmotor, welcher ein Lagersystem mit den Merkmalen des Lagers aus 1 umfasst. Der Spindelmotor umfasst eine Basisplatte 36, in welcher das Lagerbauteil 22 angeordnet ist. Das Lagerbauteil 22 ist im Querschnitt etwa topfförmig ausgebildet und weist eine zentrale Bohrung auf, in welcher die Welle 10, genauer gesagt der zweite Abschnitt 10b der Welle 10 gehalten ist. Der erste Abschnitt 10a der Welle ist von der Lagerbuchse 14 unter Bildung eines Lagerspaltes 18 umgeben. Am unteren Ende weist die Lagerbuchse 14 einen nach Innen gerichteten Bund 16 auf, der in einem Zwischenraum zwischen dem Lagerbauteil 22 und der Stufe 12 der Welle 10 angeordnet ist und durch einen Spalt 20 mit dem radialen Abschnitt des Lagerspaltes 18 verbunden ist. Im axialen Abschnitt des Lagerspaltes 18 zwischen Welle 10 und Lagerbuchse 14 sind zwei Radiallager 28, 30 angeordnet, die durch entsprechende Lagerstrukturen, im dargestellten Beispiel sinusförmige Lagerstrukturen, gekennzeichnet sind. Im radialen Abschnitt des Lagerspaltes 18 ist ein Axiallager 32 angeordnet. De Lagerflächen des Axiallagers 32 werden gebildet durch entsprechende Oberflächen des Lagerbauteils 22 sowie Oberflächen der Lagerbuchse 14 und des Bundes 16. Das Axiallager 32 umfasst Lagerrillen, die sich ausgehend vom kleinsten Durchmesser des Bundes bis hin zum größten Durchmesser der Lagerbuchse 14 erstrecken. Dadurch kann dem Axiallager 32 eine größtmögliche Fläche zugestanden werden. Die rotierende Lagerbuchse 14 ist mit einer Nabe 38 verbunden, die etwa topfförmig ausgebildet ist und in ihrem Innenraum das Antriebssystem des Spindelmotors beherbergt. An einem inneren Umfang der Nabe 38 ist durch einen Abstandshalter 48 positioniert ein entsprechender Rotormagnet 44 angeordnet, der einer an der Basisplatte 36 angeordneten Statoranordnung 46 gegenüberliegt. Die Statoranordnung 46 umfasst Statorwicklungen, die entsprechend mit Strom beaufschlagt ein magnetisches Wechselfeld erzeugen, wodurch der Rotormagnet 44 und damit der gesamte Rotor angetrieben wird. Unterhalb des Rotormagneten 44 ist ein ferromagnetischer Zugring 50 angeordnet, welcher den Rotor nach unten in Richtung der Basisplatte anzieht. Diese magnetische Kraft wirkt entgegengesetzt der durch das Axiallager 32 erzeugten Axiallagerkraft und hält das Lager im axialen Gleichgewicht. Der Lagerspalt 18 ist am oberen freien Ende der Welle 10 durch eine Kapillardichtung 40 abgedichtet und an einem unteren Ende durch eine Kapillardichtung 42, welche durch einen Innenumfang des Lagerbauteils 22 und den Außenumfang der Lagerbuchse 14 begrenzt wird. Die Kapillardichtung 42 dient ferner als Fluidreservoir und Ausgleichsvolumen für das Lagerfluid. 2 shows a section through a spindle motor, which is a storage system with the characteristics of the camp 1 includes. The spindle motor comprises a base plate 36 in which the bearing component 22 is arranged. The bearing component 22 is approximately cup-shaped in cross-section and has a central bore, in which the shaft 10 , more precisely the second section 10b the wave 10 is held. The first paragraph 10a the shaft is from the bearing bush 14 forming a bearing gap 18 surround. At the bottom of the bearing bush 14 an inward-facing waistband 16 on, in a space between the bearing component 22 and the stage 12 the wave 10 is arranged and through a gap 20 with the radial portion of the bearing gap 18 connected is. In the axial section of the bearing gap 18 between wave 10 and bearing bush 14 are two radial bearings 28 . 30 arranged, which are characterized by corresponding bearing structures, in the example shown sinusoidal bearing structures. In the radial section of the bearing gap 18 is a thrust bearing 32 arranged. De bearing surfaces of the thrust bearing 32 are formed by corresponding surfaces of the bearing component 22 as well as surfaces of the bearing bush 14 and the federal government 16 , The thrust bearing 32 includes bearing grooves that extend from the smallest diameter of the collar to the largest diameter of the bearing bush 14 extend. This allows the thrust bearing 32 be granted the largest possible area. The rotating bushing 14 is with a hub 38 connected, which is approximately pot-shaped and houses in its interior the drive system of the spindle motor. On an inner circumference of the hub 38 is through a spacer 48 positioned a corresponding rotor magnet 44 arranged, one at the base plate 36 arranged stator assembly 46 opposite. The stator arrangement 46 includes stator windings, which are energized accordingly generate an alternating magnetic field, whereby the rotor magnet 44 and so that the entire rotor is driven. Below the rotor magnet 44 is a ferromagnetic pull ring 50 arranged, which attracts the rotor downwards in the direction of the base plate. This magnetic force acts opposite to that through the thrust bearing 32 generated axial bearing force and keeps the bearing in axial balance. The bearing gap 18 is at the upper free end of the shaft 10 through a capillary seal 40 sealed and at the bottom by a capillary seal 42 , which by an inner circumference of the bearing component 22 and the outer circumference of the bearing bush 14 is limited. The capillary seal 42 also serves as a fluid reservoir and compensating volume for the bearing fluid.

3 zeigt einen Spindelmotor mit fluiddynamischem Lagersystem in einer anderen Ausgestaltung. Die Welle 110 ist in einer Bohrung einer feststehenden Lagerbuchse 114 drehbar aufgenommen, bildet also ein Teil des Rotors des Spindelmotors. Die Welle 110 und die Lagerbuchse 114 sind durch einen mit Lagerfluid gefüllten Lagerspalt 118 voneinander getrennt. Die Welle 110 umfasst einen ersten Abschnitt 110a mit größerem Durchmesser, der in der Lagerbuchse 114 angeordnet ist, und einen zweiten Abschnitt 110b mit kleinerem Durchmesser, der größtenteils aus der Lagerbuchse 114 heraussteht. An dem aus der Lagerbuchse 114 herausstehenden Abschnitt 110b der Welle 110 ist eine Nabe 138 angeordnet, die etwa topfförmig ausgebildet ist und ein elektromagnetisches Antriebssystem beherbergt. Die Welle 110 bzw. der Abschnitt 110a der Welle 110 und die Lagerbuchse 114 bilden zusammen zwei Radiallager 128, 130. Ein axialer Abschnitt des Lagerspalts 118 erstreckt sich entlang der Welle 110 und den Radiallagern 128, 130 und geht über in einen mit Lagerfluid gefüllten Spalt 120, der gebildet wird zwischen einem radial nach innen gerichteten Bund 116 der Lagerbuchse. Der Bund 116 der Lagerbuchse 114 ist in einem Freiraum zwischen einer Stufe 112 der Welle 110 und einer gegenüberliegenden Stirnfläche der Nabe 138 angeordnet. 3 shows a spindle motor with fluid dynamic bearing system in another embodiment. The wave 110 is in a bore of a fixed bushing 114 rotatably received, so forms part of the rotor of the spindle motor. The wave 110 and the bearing bush 114 are by a bearing fluid filled with bearing fluid 118 separated from each other. The wave 110 includes a first section 110a with larger diameter, in the bearing bush 114 is arranged, and a second section 110b with a smaller diameter, mostly from the bushing 114 protrudes. On the from the bushing 114 protruding section 110b the wave 110 is a hub 138 arranged, which is approximately pot-shaped and houses an electromagnetic drive system. The wave 110 or the section 110a the wave 110 and the bearing bush 114 Together they form two radial bearings 128 . 130 , An axial section of the bearing gap 118 extends along the shaft 110 and the radial bearings 128 . 130 and goes over to a warehouse fluid-filled gap 120 which is formed between a radially inwardly directed collar 116 the bearing bush. The Bund 116 the bearing bush 114 is in a space between a stage 112 the wave 110 and an opposite end face of the hub 138 arranged.

Eine untere Stirnfläche der Nabe 138 bildet zusammen mit einer Stirnseite der Lagerbuchse 114 ein Axiallager 132 aus, das in einem radial verlaufenden Abschnitt des Lagerspalts 118 angeordnet ist. Der Spalt 120, der den Bund 116 der Lagerbuchse 114 umgibt verbindet den axialen Abschnitt des Lagerspalts 118 mit dem radialen Abschnitt des Lagerspalts 118.A lower end face of the hub 138 forms together with a front side of the bearing bush 114 a thrust bearing 132 from, in a radially extending portion of the bearing gap 118 is arranged. The gap 120 who is the covenant 116 the bearing bush 114 surrounds connects the axial portion of the bearing gap 118 with the radial portion of the bearing gap 118 ,

Am Außendurchmesser des Axiallagers 132 geht der Lagerspalt 118 in einen Dichtungsspalt 140 mit größerem Spaltabstand über. Der Dichtungsspalt 140 setzt sich über den Außenumfang der Lagerbuchse 114 in axialer Richtung fort und erweitert sich konisch nach außen in Form einer konischen Kapillardichtung. Der Dichtungsspalt wird begrenzt durch den Außendurchmesser der Lagerbuchse 114 und einen inneren Rand der Nabe 138. Im Bereich des Außendurchmessers des Axiallagers 132 endet ein Rezirkulationskanal 148, welcher den radialen Außenbereich des Axiallagers 132 mit dem Lagerspalt 118 am unteren Ende der Welle verbindet und somit für einen Druckausgleich sorgt und eine Zirkulation des Lagerfluids im Lagerspalt 118 gewährleistet. Der Rezirkulationskanal 148 kann z. B. durch eine Bohrung in der Lagerbuchse 114 schräg zur Drehachse 124 des Motors realisiert werden. Das Lagersystem ist am unteren Wellenabschnitt 110a durch eine Platte 126 verschlossen, die in einer Aussparung der Lagerbuchse 114 dem unteren Wellenende gegenüberliegend angeordnet ist.At the outer diameter of the thrust bearing 132 the storage gap goes 118 in a sealing gap 140 with larger gap distance over. The sealing gap 140 sits over the outer circumference of the bearing bush 114 in the axial direction and widens conically outwards in the form of a conical capillary seal. The sealing gap is limited by the outer diameter of the bearing bush 114 and an inner edge of the hub 138 , In the area of the outer diameter of the thrust bearing 132 ends a recirculation channel 148 , which is the radial outer region of the thrust bearing 132 with the bearing gap 118 connects at the lower end of the shaft and thus ensures a pressure equalization and a circulation of the bearing fluid in the bearing gap 118 guaranteed. The recirculation channel 148 can z. B. through a hole in the bearing bush 114 obliquely to the axis of rotation 124 be realized of the engine. The storage system is at the lower shaft section 110a through a plate 126 closed in a recess of the bearing bush 114 the lower shaft end is arranged opposite.

Die Radiallager 128, 130 bestehen vorzugsweise jeweils aus einer Anzahl von radial zueinander versetzten fischgrätenartigen Strukturen, die asymmetrisch ausgebildet sind und unterschiedlich lange Lagerrillen aufweisen. Die Gesamtpumpwirkung des Radiallagers 128 ist in Richtung des unteren Radiallagers 130 gerichtet, während das Radiallager 130 in seiner Gesamtwirkung ganz leicht in Richtung des Axiallagers 128 pumpt. So wird sichergestellt, dass im Bereich zwischen den Radiallagern im Betrieb stets ein positiver Druck herrscht.The radial bearings 128 . 130 each preferably consist of a number of radially herringbone structures that are offset asymmetrically and have bearing grooves of different lengths. The total pumping action of the radial bearing 128 is in the direction of the lower radial bearing 130 directed while the radial bearing 130 in its overall effect quite easily in the direction of the thrust bearing 128 inflated. This ensures that there is always a positive pressure in the area between the radial bearings during operation.

Die Lagerfläche des Axiallagers 132 umfasst in bekannter Weise Lagerstrukturen in Form von Spiralrillen oder fischgrätenförmigen Rillenmustern. Diese Lagerrillen erstrecken sich vorzugsweise vom kleinsten radialen Durchmesser des Bundes 116 radial nach außen bis zum größten Durchmesser der Lagerbuchse 114. Die durchgehenden Lagerstrukturen führen zu einer besseren Pumpwirkung und damit größeren Tragfähigkeit des Axiallagers.The bearing surface of the thrust bearing 132 includes in a known manner bearing structures in the form of spiral grooves or herringbone groove patterns. These bearing grooves preferably extend from the smallest radial diameter of the collar 116 radially outward to the largest diameter of the bearing bush 114 , The continuous bearing structures lead to a better pumping action and thus greater load capacity of the thrust bearing.

3a zeigt eine alternative Ausgestaltung der Welle 110 aus 3. Die Welle 110' umfasst zwei Stufen 112 und '112', welche die Welle 110' in drei Abschnitte 110a, 110b und 110c mit unterschiedlichen Durchmessern unterteilt. Der Abschnitt 110a mit dem größten Durchmesser umfasst die Radiallager 128, 130. Der Abschnitt 110b mit geringerem Durchmesser, grenz direkt an die Nabe 138 an und bildet einen Freiraum, in den der Bund 116 der Lagerbuchse 114 eingreift. Die Welle 110 besitzt außerdem einen Abschnitt 110c, der einen geringeren Durchmesser als der Abschnitt 110b aufweist und der komplett in der Nabe 138 gehalten wird. 3a shows an alternative embodiment of the shaft 110 out 3 , The wave 110 ' includes two stages 112 and '112', which is the wave 110 ' in three sections 110a . 110b and 110c divided with different diameters. The section 110a with the largest diameter includes the radial bearings 128 . 130 , The section 110b with smaller diameter, border directly to the hub 138 and forms a free space in which the federal government 116 the bearing bush 114 intervenes. The wave 110 also has a section 110c that has a smaller diameter than the section 110b and completely in the hub 138 is held.

Erfindungsgemäß müssen keine durchgehenden Axiallagerstrukturen vorhanden sein.According to the invention, no continuous thrust bearing structures be present.

4 zeigt eine Aufsicht auf die Axiallagerfläche auf der Lagerbuchse 114, wobei spiralförmige Lagerrillen 152 des Axiallagers 132 dargestellt sind. Ferner ist am Außendurchmesser der Lagerbuchse 114 eine Öffnung des Rezirkulationskanals 148 dargestellt. In dieser Ausgestaltung erstrecken sich die Lagerrillen ausgehend vom inneren Durchmesser des Bundes 116 bis etwa in die Mitte der Stirnfläche der Lagerbuchse 114, so dass die Öffnung des Rezirkulationskanals 148 nicht überdeckt wird. 4 shows a plan view of the thrust bearing surface on the bearing bush 114 , where spiral-shaped bearing grooves 152 of the thrust bearing 132 are shown. Further, on the outer diameter of the bearing bush 114 an opening of the recirculation channel 148 shown. In this embodiment, the bearing grooves extend from the inner diameter of the collar 116 to about the middle of the end face of the bearing bush 114 so that the opening of the recirculation channel 148 is not covered.

5 zeigt eine andere Ausgestaltung von Lagerrillen 154 des Axiallagers auf der Stirnfläche der Lagerbuchse 114 bzw. des Bundes 116. Hier erstrecken sich die Lagerrillen 154 vom Innendurchmesser des Bundes 116 bis hin zum äußeren Rand der Lagerbuchse 114. Lediglich der Bereich der Öffnung des Rezirkulationskanals 148 ist ausgespart und wird nicht von Lagerrillen 154 überdeckt. 5 shows another embodiment of bearing grooves 154 of the thrust bearing on the end face of the bearing bush 114 or the federal government 116 , Here the bearing grooves extend 154 from the inside diameter of the federal government 116 up to the outer edge of the bearing bush 114 , Only the area of the opening of the recirculation channel 148 is left out and is not from bearing grooves 154 covered.

6 zeigt eine Ausgestaltung von Lagerrillen 156, welche sich ausgehend vom inneren Durchmesser des Bundes 116 bis hin zum äußeren Rand der Lagerbuchse 114 erstrecken. Ferner sind abwechselnd mit diesen Lagerrillen kürzere Lagerrillen 158 vorgesehen, die sich vom inneren Durchmesser des Bundes 116 bis etwa in die Mitte der Lagerfläche der Lagerbuchse 114 erstrecken. In diesem Bereich ist auch eine Öffnung des Rezirkulationskanals 148 vorgesehen, der somit nicht von den Lagerrillen 158 überdeckt wird. 6 shows an embodiment of bearing grooves 156 , which are based on the inner diameter of the covenant 116 up to the outer edge of the bearing bush 114 extend. Furthermore, alternating with these bearing grooves shorter bearing grooves 158 provided, differing from the inner diameter of the covenant 116 to about the middle of the bearing surface of the bearing bush 114 extend. In this area is also an opening of the recirculation channel 148 provided, thus not from the bearing grooves 158 is covered.

1010: Wellewave
10a10a: Abschnitt der Wellesection the wave
10b10b: Abschnitt der Wellesection the wave
1212: Stufestep
1414: Lagerbuchsebearing bush
1616: BundFederation
1818: Lagerspaltbearing gap
2020: Spaltgap
2222: Lagerbauteilbearing component
2424: Drehachseaxis of rotation
2626: Platte (optional)plate (Optional)
2828: Radiallagerradial bearings
3030: Radiallagerradial bearings
3232: Axiallagerthrust
3434: Axiallager (optional)thrust (Optional)
3636: Basisplattebaseplate
3838: Nabehub
4040: Dichtungsspaltseal gap
4242: Dichtungsspaltseal gap
4444: Rotormagnetrotor magnet
4646: Statoranordnungstator
4848: Abstandhalterspacer
5050: Zugringpull ring
110, 110'110 110 ': Wellewave
110a110a: Abschnitt der Wellesection the wave
110b110b: Abschnitt der Wellesection the wave
110c110c: Abschnitt der Wellesection the wave
112112: Stufestep
114114: Lagerbuchsebearing bush
116116: BundFederation
118118: Lagerspaltbearing gap
120120: Spaltgap
124124: Drehachseaxis of rotation
126126: Platteplate
128128: Radiallagerradial bearings
130130: Radiallagerradial bearings
132132: Axiallagerthrust
136136: Basisplattebaseplate
138138: Nabehub
140140: Dichtungsspaltseal gap
144144: Rotormagnetrotor magnet
146146: Statoranordnungstator
148148: Rezirkulationskanalrecirculation
150150: Zugringpull ring
152152: Lagerrillenraceways
154154: Lagerrillenraceways
156156: Lagerrillenraceways
158158: Lagerrillenraceways

Claims

Fluid dynamic bearing system, comprising: a bearing component ( 22 ; 138 ), one in the bearing component ( 22 ; 138 ) mounted shaft ( 10 ; 110 ), a bearing bush ( 14 ; 114 ), which is the wave ( 10 ; 110 ), bearing bushing ( 14 ; 114 ) and wave ( 10 ; 110 ) relative to each other about a rotation axis ( 24 ; 124 ) are rotatably mounted, a bearing fluid filled with a bearing gap, the between facing surfaces of the shaft ( 10 ; 110 ), the bearing bush ( 14 ; 114 ) and the bearing component ( 22 ; 138 ) is formed, at least one fluid dynamic radial bearing ( 28 . 30 ; 128 . 130 ) along an axial section of the bearing gap ( 18 ; 118 ) are arranged and by mutually associated bearing surfaces of the shaft ( 10 ; 110 ) and the bearing bush ( 14 ; 114 ) is formed, at least one fluid dynamic thrust bearing ( 32 ; 132 ) along a radial section of the bearing gap (FIG. 18 ; 118 ) arranged and by mutually associated bearing surfaces of the bearing component ( 22 ; 138 ) and the bearing bush ( 14 ; 114 ), characterized in that the shaft ( 10 ; 110 ; 110 ' ) at least one stage ( 12 ; 112 ), which the shaft ( 10 ; 110 ; 110 ' ) at least in a first section ( 10a ; 110a ) with a larger diameter and a second section ( 10b ; 110b ; 110c ) with smaller diameter, wherein the radial bearings ( 28 . 30 ; 128 . 130 ) in the area of the first section ( 10a ; 110a ) of the shaft, and the second section ( 10b ; 110b ; 110c ) of the shaft in the bearing component ( 22 ; 138 ) is mounted such that between the stage ( 12 ; 112 ) and the bearing component ( 22 ; 138 ) an annular clearance is formed, in which a radially inwardly directed collar ( 16 ; 116 ) of the bearing bush ( 14 ; 114 ) to form a gap filled with bearing fluid ( 20 ; 120 ), the gap ( 20 ; 120 ) the axial portion of the bearing gap ( 18 ; 118 ) with the radial portion of the bearing gap ( 18 ; 118 ) connects.

Fluid dynamic bearing system according to claim 1, characterized in that the shaft ( 110 ' ) two steps ( 112 . 112 ' ), which the shaft ( 110 ' ) into several sections ( 110a ; 110b . 110c ) with different diameters, with the first section ( 110a ) of the shaft, the radial bearings ( 128 . 130 ), a second section ( 110b ) the federal government ( 116 ) of the bearing bush ( 114 ) and a third section ( 110c ) in the bearing component ( 138 ) is mounted,

Fluid dynamic bearing system according to claim 1 or 2, characterized in that the radial bearings ( 28 . 30 ; 128 . 130 ) are characterized by bearing grooves on the bearing surfaces of the shaft ( 10 ; 110 ) or the bearing bush ( 14 ; 114 ) or both are arranged and upon rotation of the bearing bush ( 14 ; 114 ) relative to the shaft ( 10 ; 110 ) a pumping action on the in the bearing gap ( 18 ; 118 ) produce bearing fluid.

Fluid dynamic bearing system according to one of claims 1 to 3, characterized in that the thrust bearing ( 32 ; 132 ) is characterized by bearing grooves on the bearing surfaces of the bearing component ( 22 ; 138 ) or the bearing bush ( 14 ; 114 ) or both are arranged and upon rotation of the bearing bush ( 14 ; 114 ) relative to the bearing component ( 22 ; 138 ) a pumping action on the in the bearing gap ( 18 ; 118 ) produce bearing fluid.

Fluid dynamic bearing system according to one of claims 1 to 4, characterized in that the collar ( 16 ; 116 ) of the bearing bush ( 14 ; 114 ) a part of the bearing surfaces of the thrust bearing ( 32 ; 132 ) train.

Fluid dynamic bearing system according to one of claims 1 to 5, characterized in that the collar ( 16 ; 116 ) of the bearing bush ( 14 ; 114 ) and the stage ( 12 ; 112 ) the wave ( 10 ; 110 ) are axially offset one behind the other and radially offset from each other and together an excessive axial displacement between the bushing ( 14 ; 114 ) and the wave ( 10 ; 110 ) prevent forming.

Fluid dynamic bearing system according to one of claims 1 to 6, characterized in that at least a part of the bearing surfaces of the thrust bearing ( 32 ; 132 ) is arranged on a smaller radial diameter than the bearing surfaces of the radial bearings ( 28 . 30 ; 128 . 130 ).

Fluid dynamic bearing system according to one of claims 1 to 7, characterized in that an end face of the Federal ( 16 ) of the bearing bush ( 14 ) and one through the stage ( 12 ) the wave ( 10 ) formed annular surface together a second fluid dynamic thrust bearing ( 34 ), whose bearing force counter to the bearing force of the first thrust bearing ( 32 ).

Fluid dynamic bearing system according to one of claims 1 to 8, characterized in that one or two open ends of the bearing gap ( 18 ; 118 ) by sealant ( 40 ; 42 ; 140 ) are sealed.

Fluid dynamic bearing system according to one of claims 1 to 9, characterized in that in the bearing bush ( 114 ) a recirculation channel filled with bearing fluid ( 148 ), the portions of the storage gap ( 118 ) connects to each other.

Fluid dynamic bearing system according to claim 10, characterized in that an opening of the recirculation channel ( 148 ) in the area of the thrust bearing ( 132 ) in the bearing gap ( 118 ), wherein the opening of the recirculation channel ( 148 ) by bearing grooves ( 152 ; 154 ; 156 ; 158 ) of the thrust bearing ( 132 ) is not covered.

Spindle motor having a stator and a rotor, which is rotatably mounted relative to the stator by means of a bearing system according to claims 1 to 11, and an electromagnetic drive system ( 40 . 42 . 44 ) for the rotary drive of the rotor.

Spindle motor according to claim 12, characterized in that the stator has a base plate ( 36 ), the bearing component ( 22 ) and the shaft connected to the bearing component ( 10 ).

Spindle motor according to claim 12, characterized in that the rotor is the bearing bush ( 14 ) and one with the bearing bush ( 14 ) connected hub ( 38 ).

Spindle motor according to claim 12, characterized in that the stator has a base plate ( 136 ) and connected to the base plate bearing bush ( 114 ).

Spindle motor according to claim 12, characterized in that the rotor is the shaft ( 110 ) and designed as a hub bearing component ( 138 ).