-
Gebiet der Erfindung
-
Die
Erfindung betrifft ein fluiddynamisches Lagersystem, gemäß den
Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Derartige fluiddynamische Lager
werden beispielsweise zur Drehlagerung von Spindelmotoren eingesetzt,
die wiederum zum Antrieb von Speicherplattenlaufwerken, Lüftern
oder ähnlichem dienen.
-
Stand der Technik
-
Bei
einem fluiddynamischen Lager bekannter Bauart, wie es in einem Spindelmotor
verwendet wird, ist eine Welle in einer Lagerbohrung einer Lagerbuchse
drehbar gelagert. Der Durchmesser der Bohrung ist geringfügig
größer als der Durchmesser der Welle, so dass
zwischen den Oberflächen der Lagerbuchse und der Welle
ein mit einem Lagerfluid gefüllter Lagerspalt verbleibt.
-
Die
einander zugewandten Oberflächen der Welle und/oder der
Lagerbuchse weisen Druck erzeugende Lagerstrukturen auf, als Teil
von zwei axial voneinander getrennten fluiddynamischen Radiallagern.
Die Radiallager sind durch einen Separatorspalt voneinander getrennt.
Ein freies Ende der Welle ist mit einer Nabe verbunden, deren untere
Fläche zusammen mit einer Stirnfläche der Lagerbuchse
ein fluiddynamisches Axiallager ausbildet. Hierzu ist eine der einander
zugewandten Oberflächen der Nabe oder der Lagerbuchse mit
Druck erzeugenden Lagerstrukturen versehen.
-
Die
beiden Radiallager sowie das Axiallager erzeugen in bekannter Weise
eine gerichtete Pumpwirkung, so dass das Lagerfluid in einer bestimmten Richtung
durch den Lagerspalt und den Rezirkulationskanal zirkuliert. Diese
gerichtete Pumpwirkung wird beispielsweise durch spiralförmige
Lagerrillenstrukturen des Axiallagers und unsymmetrische Lagerrillenstrukturen
zumindest des oberen, der Lageröffnung benachbarten Radiallagers
erzielt. Das untere, dem geschlossenen Lagerende benachbarte Radiallager
kann asymmetrisch oder auch symmetrisch ausgebildet sein. Die Gesamtpumpwirkung
der unsymmetrisch ausgebildeten Radiallager ist dabei in Richtung
des Separatorspalts gerichtet. Dadurch ist sichergestellt, dass
im Separatorspalt immer ein gewisser Überdruck herrscht.
Ein Unterdruck im Separatorspalt ist zu vermeiden, da dadurch im
Lagerfluid gelöste Gasbläschen ausgasen können
und diese Gasbläschen die Funktion der Radiallager beeinträchtigen
können.
-
Auf
Grund von Fertigungstoleranzen ist jedoch die Lagerbohrung nicht
exakt zylindrisch, sondern kann leicht konusförmig sein. 2 zeigt
einen Längsschnitt durch eine Lagerbuchse 110 mit
einer Lagerbohrung 111. Man erkennt die einzelnen, zylindrischen
Abschnitte der Lagerbohrung 111, wobei der mittlere Separatorbereich
einen etwas größeren Durchmesser als die Radiallagerbereiche
aufweist.
-
Durch
die fertigungsbedingte Abweichung der Lagerbohrung von der idealen
zylindrischen Form, insbesondere im Bereich der fluiddynamischen
Radiallager, hat der Lagerspalt eine sich axial entlang der Radiallager ändernde
Breite. Je kleiner die Breite des Lagerspaltes ist, desto größer
werden die Wirkung der Lagerrillenstrukturen und der in diesem Spaltbereich
erzeugte Druck. Dadurch ist es möglich, dass sich die bevorzugte
Pumprichtung der Radiallager aufhebt oder sogar umkehrt. 4 zeigt ein
Diagramm von Druckverläufen in einem Fluidlager gemäß dem
Stand der Technik. Der Druck im Lagerspalt ist über den
zulässigen Toleranzbereich des Durchmessers der Lagerbohrung
berechnet. Es sind verschiedene mögliche Druckverläufe
des Lagers innerhalb des Toleranzbereiches dargestellt. Die Ordinate
beschreibt den Druck in Pascal. Auf der Abszisse ist der Verlauf
des Lagerspaltes dargestellt, ausgehend vom Axiallagerbereich, über
den ersten Radiallagerbereich, den Separatorbereich und den zweiten
Radiallagerbereich. Die Kurve 160 stellt ein mögliches
Extrem dar, bei dem der Lagerspalt und damit der durch die Radiallager
erzeugte Druck maximal ist. In diesem Fall wird eine ausreichende Pumpwirkung
der Lager in Richtung des Separators erzielt, so dass der Druck
im Separator erheblich über dem Umgebungsdruck ist. Bei
ungünstigen Abweichungen der Lagerbohrung von der Idealform
auf Grund von Fertigungstoleranzen kann jedoch der Druckverlauf
ein anderes Extrem erreichen, das in Kurve 162 dargestellt
ist. Hierbei ist der durch Radiallager erzeugte Druck wesentlich
geringer als bei der Kurve 160. Ferner erkennt man, dass
der Gesamtdruck der beiden Radiallager nicht in Richtung des Separators
gerichtet ist, sondern in entgegengesetzter Richtung. Dadurch entsteht
im Separator ein Druck, der unterhalb des Umgebungsdruckes liegt, was
die Gefahr der Ausgasung von Luftbläschen im Lagerfluid
nach sich zieht. Dieser Unterdruck im Separator ist also zu vermeiden.
-
Man
könnte zwar die Toleranzvorgaben verringern, so dass der
Fall gemäß der Kurve 162 nicht eintreten
kann. Da die Lagerdimensionen sehr klein sind, ist eine Serienfertigung
mit solchen Toleranzvorgaben jedoch sehr schwierig und teuer.
-
Die
US 7,201,517 offenbart ein
hydrodynamisches Lager und beschreibt, dass durch Herstellungstoleranzen
die Größe des Lagerspaltes und die Form der Lagerrillenstrukturen
variieren können. Dies kann wie oben beschrieben zu einem Auftreten eines
negativen Druckes im Separatorspalt führen. Um dies zu
vermeiden wird vorgeschlagen, die Form der Lagerrillenstrukturen
so zu ändern, dass auf jeden Fall eine Pumpwirkung in Richtung
des Separatorspalts erzielt wird. Eine andere Möglichkeit
wird beschrieben, bei der der Lagerspalt in Richtung des Separatorspalts
vergrößert wird, so dass die Pumpwirkung in Richtung
des Separatorspalts sich ebenfalls vergrößert
und damit ein Unterdruck im Separatorspalt vermieden wird. Es wird
jedoch nicht beschrieben, in welchem Maße sich die Breite
des Lagerspalts ändert. Auf Grund der Breite des Lagerspaltes
von einigen Mikrometern kann auf Grund von Herstellungstoleranzen
nicht sichergestellt werden, dass sich die Breite des Lagerspaltes
wie gewünscht tatsächlich in Richtung des Separatorspaltes
vergrößert.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Es
ist die Aufgabe der Erfindung, ein fluiddynamisches Lagersystem
der eingangs genannten Art anzugeben, bei dem einer Bildung eines
Unterdrucks im Separatorbereich zwischen den Radiallagerabschnitten
vermieden wird.
-
Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Lagersystem
gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
-
Bevorzugte
Ausgestaltungen und weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung
sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
-
Das
fluiddynamische Lager umfasst eine Lagerbuchse mit einer zentralen
Lagerbohrung und eine in der Lagerbohrung drehbar angeordneten Welle.
Einander zugewandte Oberflächen der Welle und der Lagerbohrung
sind durch einen mit einem Lagerfluid gefüllten Lagerspalt
voneinander getrennt. Entlang des Lagerspaltes sind ein erster Radiallagerabschnitt
und ein zweiter Radiallagerabschnitt angeordnet, zwischen welchen
ein Separatorabschnitt angeordnet ist. Die Breite des Lagerspalts
variiert mit der axialen Länge. Der Lagerspalt weist im
Bereich des ersten und des zweiten Radiallagerabschnitts an den dem
Separatorabschnitt zugewandten Seiten eine erste und eine zweite
innere Breite ib1 und ib2 auf und an den dem Seperatorabschnitt
abgewandten Seiten eine erste und eine zweite äußere
Breite ab1 und ab2 auf.
-
Erfindungsgemäß liegen
die Differenzen aus innerer und äußerer Breite
ib1 – ab1 sowie ib2 – ab2 in einem Intervall von
a – t bis a + t, wobei a größer als null
ist und t größer als a ist.
-
Das
bedeutet, dass die erste und zweite innere Breite ib1 und ib2 des
Lagerspaltes im statistischen Durchschnitt größer
ist als die jeweils zugeordnete erste und zweite äußere
Breite ab1 und ab2. Bei ungünstigen Toleranzverhältnissen
kann es aber vorkommen, dass die erste und zweite innere Breite
ib1 und ib2 des Lagerspaltes kleiner ist als die jeweils zugeordnete
erste und zweite äußere Breite ab1 und ab2. In
diesem Fall ist die Differenz der Lagerspaltbreiten jedoch sehr
klein und hat keinen nennenswerten Einfluss auf die bevorzugte Pumprichtung
der Radiallager.
-
Bevorzugt
beträgt der Parameter a = 0,15 Mikrometer und der Parameter
t beträgt 0,5 Mikrometer. Diese Werte ergeben sich aus
der Lagergeometrie und gewährleisten, dass unabhängig
von den Fertigungstoleranzen eine gewünschte Pumpwirkung
in Richtung des Separators erzeugt werden kann, wodurch der Druck
im Seperatorabschnitt stets größer als null ist.
-
Betrachtet
man eine Anzahl von toleranzbehafteten Lagerbauteile, so wird durch
die Erfindung erreicht, dass statistisch betrachtet bei den meisten Lagern
der Durchmesser der Lagerbohrung und damit auch die Breite des Lagerspalts
am jeweils äußeren Ende der Radiallagerabschnitte
kleiner als am jeweils inneren, dem Separatorabschnitt zugewandten Ende.
Die Lagerbohrung weist also einen Durchmesser auf, der sich entlang
der Radiallagerabschnitte in Richtung des Separatorabschnittes vergrößert.
Es ergibt sich eine Zunahme der Breite des Lagerspalts in Richtung
des Separatorabschnitts.
-
Der
Herstellungs-Toleranzbereich ist jedoch so groß, dass auch
der umgekehrte Fall auftreten kann, nämlich dass der Durchmesser
der Lagerbohrung und damit die Breite des Lagerspalts am äußeren,
dem Separatorbereich abgewandten Ende der Radiallagerabschnitte
geringfügig größer ist als am inneren,
dem Separatorabschnitt zugewandten Ende. In diesem Fall ist jedoch
die Abweichung von der Zylindrizität geringer als im umgekehrten
Fall, so dass aufgrund der Asymmetrie der Radiallagerstrukturen
des oberen Axiallagers und der dadurch resultierenden in Richtung
zum Separatorbereich orientierten Pumpwirkung immer noch sichergestellt
ist, dass im Separatorbereich kein Unterdruck entstehen kann.
-
Im
oben beschriebenen Fall wird der Durchmesser der Lagerbohrung variiert,
um eine unterschiedliche Breite des Lagerspalts zu erzeugen. Dabei
wird davon ausgegangen, dass der Wellendurchmesser weitgehend konstant
bleibt, da sich dieser mit großer Genauigkeit herstellen
lässt.
-
In
einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass
nicht der Durchmesser der Lagerbohrung, sondern der Durchmesser
der Welle variiert und somit sich die Breite des Lagerspalts ändert.
Der Durchmesser der Welle ist dann statistisch betrachtet bei den
meisten Lagern am jeweils äußeren Ende der Radiallagerabschnitte
größer als am jeweils inneren Ende, das dem Separatorabschnitt
benachbart ist. Der Durchmesser der Welle verkleinert sich also
entlang der Radiallagerabschnitte in Richtung des Separatorabschnitts,
was eine Zunahme der Breite des Lagerspalts in Richtung des Separatorabschnitts
bedeutet.
-
Bei
fluiddynamischen Lagern für Spindelmotoren, wie sie beispielsweise
in 2,5 Zoll Festplattenlaufwerken eingesetzt werden, beträgt
die durchschnittliche Breite des Lagerspalts zwischen 2 und 5 Mikrometer.
Der Durchmesser der Lagerbohrung beträgt ca. 2–5
Millimeter.
-
Erfindungsgemäß ist
der Durchmesser der Lagerbohrung und/oder der Welle derart gestaltet, dass
die Differenz zwischen der Breite des äußeren Endes
ab1 und des inneren Endes ib1 des Lagerspaltes des ersten Radiallagerabschnitts
in einem Intervall a – t bis a + t liegt, wobei bevorzugt
a = 0,15 beträgt und t = 0,5 Mikrometer beträgt.
Das bedeutet, dass unter Ausnutzung des vorgegebenen Toleranzbereiches
die Breite des Lagerspalts am inneren Ende des ersten Radiallagerbereichs
statistisch betrachtet bei den meisten Lagern größer
ist als am äußeren Ende. Analoges gilt für
den zweiten Radiallagerbereich, wobei hier bevorzugt a = 0,15 Mikrometer beträgt
und t = 0,45 Mikrometer beträgt. Auch hier ist die Breite
des Lagerspalts am inneren Ende des zweiten Radiallagerabschnittes
unter Ausnutzung des vorgegebenen Toleranzbereiches statistisch
betrachtet bei den meisten Lagern größer als der Durchmesser
am äußeren Ende.
-
In
alternativer Weise kann der Durchmesser der Lagerbohrung in den
Radiallagerabschnitten gleich bleiben und sich dagegen der Durchmesser der
Welle verändern. Der Durchmesser der Welle zwischen dem äußeren
Ende und dem inneren Ende des zweiten Radiallagerabschnittes beträgt
dann –0,15 ± 0,45 Mikrometer. Der Durchmesser
der Welle zwischen dem inneren Ende und dem äußeren
Ende des ersten Radiallagerschnittes beträgt 0,15 ± 0,5
Mikrometer.
-
Erfindungsgemäß wird
das fluiddynamische Lager in einem Spindelmotor verwendet, der ein
feststehendes sowie ein drehbewegliches Motorbauteil umfasst, die
relativ zueinander um eine zentrale Achse drehbar gelagert sind.
Das fluiddynamische Lager umfasst dabei die zwei Radiallager sowie
mindestens ein Axiallager zur Aufnahme von axialen Kräften.
Der Antrieb des Spindelmotors erfolgt über eine elektromagnetische
Antriebseinheit mit einem Stator, der am feststehenden Motorbauteil
angeordnet ist und einem ringförmigen Rotormagneten, der
am drehbeweglichen Motorbauteil radial gegenüberliegend
dem Stator angeordnet ist. Nachfolgend wird die Erfindung anhand
eines Ausführungsbeispiels beschrieben.
-
Aus
dem Ausführungsbeispiel ergeben sich weitere Merkmale und
Vorteile der Erfindung.
-
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
-
1a zeigt
einen Längsschnitt durch einen Spindelmotor mit einer ersten
Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen fluiddynamischen
Lagers.
-
1b zeigt
einen vergrößerten Ausschnitt des Lagerspalts
der 1
-
2 zeigt
eine Lagerbuchse des Lagers gem. dem Stand der Technik
-
3 zeigt
eine schematische Ansicht einer Lagerbuchse des Lagers gemäß der
Erfindung.
-
4 zeigt
eine schematische Darstellung der Druckverteilung im Lagerspalt
bei einem Lager gemäß dem Stand der Technik.
-
5 zeigt
eine schematische Darstellung der Druckverteilung im Lagerspalt
bei einem Lager gemäß der Erfindung.
-
Beschreibung eines bevorzugten
Ausführungsbeispiels der Erfindung
-
Die 1 zeigt einen Schnitt durch einen Spindelmotor
mit einem erfindungsgemäßen fluiddynamischen Lagersystem.
Der Spindelmotor umfasst eine feststehende Lagerbuchse 10,
die eine zentrale Lagerbohrung 11 aufweist und das feststehende Bauteil
des Lagersystems ausbildet. In die Bohrung der Lagerbuchse 10 ist
eine Welle 12 eingesetzt, deren Durchmesser geringfügig
kleiner ist, als der Durchmesser der Bohrung. Zwischen den Oberflächen
der Lagerbuchse 10 und der Welle 12 verbleibt ein
Lagerspalt 14, der mit einem Lagerfluid, vorzugsweise einem
Lageröl gefüllt ist. Die einander gegenüberliegenden
Oberflächen der Welle 12 und der Lagebuchse 10 bilden
zwei fluiddynamische Radiallager 18, 22 aus, mittels
denen die Welle 12 um eine Rotationsachse 50 drehbar
in der Lagerbuchse 10 gelagert ist. Die Radiallager 18, 22 sind
durch Lagerrillenstrukturen 20, 24 gekennzeichnet,
die auf die Oberfläche der Welle 12 und/oder der
Lagerbuchse 10 aufgebracht sind. Die Lagerrillenstrukturen 20, 24 üben
bei Rotation der Welle 12 eine Pumpwirkung auf das im Lagerspalt 14 zwischen
Welle 12 und Lagerbuchse 10 befindliche Lagerfluid
aus, so dass die Radiallager 18, 22 tragfähig
werden.
-
An
der Unterseite der Welle 12 ist ein einteilig mit der Welle
oder als separates Bauteil ausgebildeter Stopperring 16 angeordnet,
der einen vergrößerten Außendurchmesser
im Vergleich zum Durchmesser der Welle 12 aufweist. Der
Stopperring 16 verhindert ein Herausfallen der Welle 12 aus
der Lagerbuchse 10. Das Lager ist an dieser Seite der Lagerbuchse 10 durch
eine Abdeckplatte 34 verschlossen.
-
Ein
freies Ende der Welle 12 ist mit einem topfförmigen
Bauteil 26 verbunden, welches die Lagerbuchse teilweise
umgibt. Eine untere, ebene Fläche des topfförmigen
Bauteils 26 bildet zusammen mit einer Stirnfläche
der Lagerbuchse 10 ein fluiddynamisches Axiallager 28 aus.
Hierbei ist die Stirnfläche der Lagerbuchse 10 und/oder
die gegenüberliegende Fläche des topfförmigen
Bauteils 26 mit Lagerrillenstrukturen 30 versehen,
die bei Rotation der Weile 12 eine Pumpwirkung auf das
im Lagerspalt 14 zwischen dem Bauteil 26 und der
Stirnseite der Lagerbuchse 10 befindliche Lagerfluid ausübt,
so dass das Axiallager 28 tragfähig wird. In der
Lagerbuchse 10 kann ein Rezirkulationskanal 32 vorgesehen
sein, der einen am äußeren Rand des Axiallagers 28 befindlichen
Abschnitt des Lagerspalts 14 mit einem unterhalb des unteren
Radiallagers 22 befindlichen Abschnitt des Lagerspalts 14 verbindet
und eine Zirkulation des Lagerfluids im Lager unterstützt.
-
Die
Lagerbuchse 10 ist in einer Basisplatte 36 des
Spindelmotors angeordnet. An dem topfförmigen Bauteil 26 ist
eine ringförmige Nabe 38 angeordnet, die an ihrem
Außenumfang einen umlaufenden Rand aufweist. Die Bauteile 26 und 38 können
auch einteilig ausgebildet sein. Die Lagerbuchse 10 umgebend
ist eine Statoranordnung 40 an der Basisplatte 36 angeordnet,
welche aus einem ferromagnetischen Statorblechpaket sowie aus entsprechenden
Statorwicklungen besteht. Diese Statoranordnung 40 ist umgeben
von einem ringförmigen Rotormagneten 42, welcher
in einem Rückschlussring 44 mit größerem
Durchmesser angeordnet ist und am Innenumfang des umlaufenden Randes
der Nabe 38 befestigt ist. Falls die Nabe 38 beispielsweise
ferromagnetisch ist, so kann auf einen Rückschlussring
verzichtet werden. Dargestellt ist ein Außenläufermotor.
Alternativ kann selbstverständlich ein Innenläufermotor Verwendung
finden. Unterhalb des Rotormagneten 42 ist ein ferromagnetischer
Metallring 46 angeordnet, der den Rotormagneten anzieht,
wodurch sich eine nach unten zur Basisplatte 36 hin gerichtete Kraft
ergibt. Diese Kraft dient der axialen Vorspannung des Lagersystems.
-
Der
Lagerspalt 14 umfasst einen axialen Abschnitt, der sich
entlang der Welle 10 und der Radiallager 18, 22 erstreckt,
und einen radialen Abschnitt, der sich entlang der Stirnseite der
Lagerbuchse 10 und des Axiallagers 28 erstreckt.
Am radial äußeren Ende seines radialen Abschnitts
geht der Lagerspalt 14 in einen Spalt mit größerem
Spaltabstand über, welcher teilweise als Dichtungsspalt 48 wirkt.
Der Spalt erstreckt sich anfänglich ausgehend vom Lagerspalt 14 radial
nach außen und geht in einen axialen Abschnitt über,
der sich entlang des Außenumfangs der Lagerbuchse 10 zwischen
der Lagerbuchse 10 und einem zylindrischen Abschnitt des
topfförmigen Bauteils 26 erstreckt und den Dichtungsspalt 48 bildet.
Bei einem Durchmesser der Lagerbuchse 10 von einigen Millimetern
beträgt die Breite des Dichtungsspalts 48 typischerweise
50–300 Mikrometer. Die äußere Mantelfläche
der Lagerbuchse 10 sowie die innere Mantelfläche
des topfförmigen Bauteils 26 sind zylindrisch
und bilden die Begrenzung des Dichtungsspaltes 48. Somit
verläuft der Dichtungsspalt 48 im Wesentlichen
parallel zur Rotationsachse 50.
-
1b zeigt
einen vergrößerten Ausschnitt des Lagerspalts 14 der 1a.
Gleiche Bauteile sind hierbei mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Deutlich zu erkennen sind die drei Abschnitte des Lagerspalts 14,
der erste Radiallagerabschnitt 14a, der zweite Radiallagerabschnitt 14c und
der dazwischen liegende Separatorabschnitt 14b. Die Breite
des Lagerspalts 14 variiert über dessen axiale
Länge. Im Bereich der Radiallagerabschnitte 14a, 14c weist
der Lagerspalt 14 jeweils eine äußere
Breite ab1, ab2 auf, die an der dem Seperatorabschnitt 14b abgewandten
Seite liegt, und eine innere Breite ib1, ib2, die an der dem Separatorabschnitt 14b zugewandten Seite
liegt.
-
Die
Breite des Lagerspalts 14 wird bestimmt durch den Durchmesser
der Lagerbohrung 11 und durch den Durchmesser der Welle 12.
Erfindungsgemäß liegen die Differenzen ib1 – ab1
und ib2 – ab2 von innerer Breite ib1, ib2 und äußerer
Breite ab1, ab2 des Lagerspalts 14 in einem Intervall von
a – t bis a + t wobei a größer als null
ist und t größer ist als a.
-
Die
Erfindung wird nun anhand weiterer Zeichnungen verdeutlicht. In
den 2 und 3 ist als Beispiel eine Variante
gezeigt, bei der der Durchmesser der Welle 12 konstant
gehalten wird, wodurch die Variation der Breite des Lagerspalts 14 allein
durch die Variation der Lagerbohrung 11 herrührt.
-
In
der Praxis treten selbstverständlich bei beiden den Lagerspalt
begrenzenden Lagerbauteilen, der Welle sowie der Lagerbohrung innerhalb
der Lagerbuchse, Fertigungs-Toleranzen auf, wobei der Aussendruchmesser
der Welle deutlich geringer toleranzbehaftet ist als der Innendurchmesser
der Lagerbohrung innerhalb der Lagerbuchse, so dass de facto der
größte Anteil der Toleranzen von der Fertigungs-Ungenauigkeit
der Lagerbohrung herrührt.
-
2 zeigt
eine Lagerbuchse 110 gemäß dem Stand
der Technik. Man erkennt, dass die Lagerbohrung 111 im
Bereich der Radiallagerabschnitte sowie dem Separatorabschnitt im
Wesentlichen zylindrisch ausgebildet ist. Es gilt daher D1* = D2*
und D3* = D4*.
-
3 zeigt
eine Lagerbuchse 10, wie sie im Spindelmotor gemäß 1 verwendet wird. Die Lagerbuchse 10 weist
eine Lagerbohrung 11 auf, bei der Radiallagerabschnitte 14a und 14c nicht
zylindrisch sondern konisch ausgebildet sind. Der Separatorabschnitt 14b ist
nach wie vor zylindrisch ausgebildet. In 3 sind die
Durchmesserunterschiede der Lagerbohrung 11 zur bessern
Verdeutlichung übertrieben dargestellt. Der erste Lagerabschnitt 14a weist
am äußeren Ende einen Durchmesser D1 auf, der
kleiner ist, als der Durchmesser D2 am inneren Ende, das an den
Separatorabschnitt 14b angrenzt. Der zweite Radiallagerabschnitt 14c weist
am äußeren Ende einen Durchmesser D3 auf, der
kleiner ist, als der Durchmesser D4 am inneren Ende, das an den
Separatorabschnitt 14b angrenzt. Erfindungsgemäß liegt
die Differenz zwischen dem Durchmesser D1 und dem Durchmesser D2,
also D1 – D2 liegt in einem Intervall von a – t
bis a + t, bevorzugt in einem Intervall 0,15 ± 0,5 Mikrometer.
-
Die
Differenz D4 – D3 zwischen dem Durchmesser D4 und dem Durchmesser
D3 liegt in einem Intervall von a – t bis a + t, das bevorzugt
gegeben ist durch +0,15 ± 0,45 Mikrometer. Auf Grund dieses Durchmesserunterschiedes
der Lagerbohrung 11 innerhalb der einzelnen Radiallagerbereiche
ist es erfindungsgemäß festgelegt, dass sich der
Durchmesser der Lagerbohrung 11 in Richtung des Separatorabschnitts 14b für
die Mehrzahl von Lagern statistisch betrachtet vergrößert
bzw. für eine geringere Anzahl von Lagern lediglich etwas
verkleinert, wobei aufgrund der im Lager herrschenden Druckverhältnisse
jedoch noch immer sichergestellt ist, dass im Separator ein positiver
Druck herrscht. Dies ist erfindungsgemäß immer
der Fall, auch unter Ausnutzung der Toleranzvorgaben von ±0,5
beziehungsweise ±0,45 Mikrometer.
-
5 zeigt
ein Diagramm des Druckes im Lagerspalt berechnet über den
zulässigen Toleranzbereich des Lagerbohrungsdurchmessers.
Bei maximaler Toleranz, entsprechend der Kurve 60, ist
der Lagerdruck im Bereich des ersten und zweiten Radiallagers sehr
hoch und die Pumprichtung zumindest des oberen Radiallagers 18 ist
immer in Richtung des Separators gerichtet. Dadurch ist auch der
Druck im Separator wesentlich größer als der Umgebungsdruck.
Im zweiten Fall, am unteren Ende der Toleranzgrenze, was der Kurve 62 entspricht,
ist der Druck in den Radiallagern wesentlich geringer und im ersten
Radiallager sogar vom Separator weg gerichtet. Trotzdem sinkt der
Druck im Separator nicht unter den Umgebungsdruck, so dass die Gefahr
von einem Ausgasen von Luftbläschen aus dem Lagerfluid
nicht besteht.
-
- 10
- Lagerbuchse
- 11
- Lagerbohrung
- 12
- Welle
- 14
- Lagerspalt
- 14a
- Radiallagerabschnitt
- 14b
- Separatorabschnitt
- 14c
- Radiallagerabschnitt
- 16
- Stopperring
- 18
- Radiallager
- 20
- Lagerrillenstrukturen
- 22
- Radiallager
- 24
- Lagerrillenstrukturen
- 26
- Topfförmiges
Bauteil
- 28
- Axiallager
- 30
- Lagerrillenstrukturen
- 32
- Rezirkulationskanal
- 34
- Abdeckplatte
- 36
- Basisplatte
- 38
- Nabe
- 40
- Statoranordnung
- 42
- Rotormagnet
- 44
- Rückschlussring
- 46
- Metallring
- 48
- Dichtungsspalt
- 50
- Rotationsachse
- 60
- Kurve
- 62
- Kurve
- 110
- Lagerbuchse
- 111
- Lagerbohrung
- 160
- Kurve
- 162
- Kurve
- ab1
- äußere
Breite des Lagerspalts im Bereich des ersten Radiallagerabschnitts
- ib1
- innere
Breite des Lagerspalts im Bereich des ersten Radiallagerabschnitts
- ab2
- äußere
Breite des Lagerspalts im Bereich des zweiten Radiallagerabschnitts
- ib2
- innere
Breite des Lagerspalts im Bereich des zweiten Radiallagerabschnitts
- a+/–t
- Intervall
- D1,
D1*
- Durchmesser
- D2,
D2*
- Durchmesser
- D3,
D3*
- Durchmesser
- D4,
D4*
- Durchmesser
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-