DE102009048916A1

DE102009048916A1 - Fluid-dynamic bearing e.g. roller bearing, system for rotary mounting of spindle motor, has shaft arranged in bush, and bearing gap including open end sealed by seal gap, where opening of seal gap is aligned in pointed angle towards axis

Info

Publication number: DE102009048916A1
Application number: DE200910048916
Authority: DE
Inventors: Lei Jiang
Original assignee: Minebea Co Ltd
Current assignee: Minebea Co Ltd
Priority date: 2009-10-10
Filing date: 2009-10-10
Publication date: 2011-04-14

Abstract

The system (1) has a shaft (3) arranged partially in a bearing bush (2) and rotatably supported around a rotation axis (12) relative to the bush. A pressure plate (5) is connected with the shaft, and a counterplate (6) is connected with the bush. Fluid-dynamic radial bearings (7, 8) are formed by bearing areas of the shaft and the bush. Fluid-dynamic axial bearings (13a, 13b) are formed by bearing areas of the pressure plate, bush and the counterplate. An open end of a bearing gap (4) is sealed by a seal gap (9). An opening of the seal gap is aligned in a pointed angle towards the axis.

Description

Gebiet der ErfindungField of the invention

Die Erfindung betrifft ein fluiddynamisches Lagersystem, insbesondere zur Drehlagerung eines Spindelmotors z. B. für den Antrieb von Festplattenlufwerken.The invention relates to a fluid dynamic bearing system, in particular for the rotational mounting of a spindle motor z. B. for driving hard disk drives.

Stand der TechnikState of the art

Spindelmotoren bestehen im Wesentlichen aus Stator, Rotor und mindestens einem zwischen beiden angeordneten Lagersystem. Der elektromotorisch angetriebene Rotor ist mithilfe des Lagersystems gegenüber dem Stator drehgelagert. Als Lagersysteme können sowohl Wälzlager als auch hydrodynamische Gleitlager verwendet werden.Spindle motors consist essentially of stator, rotor and at least one bearing system arranged between them. The electric motor-driven rotor is rotatably mounted with respect to the stator by means of the bearing system. As bearing systems both rolling bearings and hydrodynamic bearings can be used.

Ein hydrodynamisches Lagersystem umfasst eine Lagerbuchse und eine Welle, die in einer axialen Bohrung der Lagerbuchse angeordnet ist. Die Welle rotiert frei in der Lagerbuchse, wobei die beiden Teile zusammen ein Radiallager bilden. Die in gegenseitiger Wirkverbindung stehenden Lageroberflächen von Welle und Lagerbuchse sind durch einen dünnen, konzentrischen und mit einem Schmiermittel gefüllten Lagerspalt voneinander beabstandet. In wenigstens einer der Lageroberflächen ist ein Rillenmuster eingearbeitet, welches infolge der rotatorischen Relativbewegung lokale Beschleunigungskräfte auf das im Lagerspalt befindliche Schmiermittel ausübt. Auf diese Weise entsteht eine Art Pumpwirkung, die zur Ausbildung eines homogenen und gleichmäßig dicken Schmiermittelfilms führt, der durch Zonen hydrodynamischen Druckes stabilisiert wird. Der zusammenhängende, kapillare Schmiermittelfilm und der selbstzentrierende Mechanismus des hydrodynamischen Radiallagers sorgen für eine stabile, konzentrische Rotation zwischen Welle und Buchse.A hydrodynamic bearing system includes a bushing and a shaft disposed in an axial bore of the bushing. The shaft rotates freely in the bearing bush, whereby the two parts together form a radial bearing. The interacting bearing surfaces of the shaft and bearing bush are spaced apart by a thin, concentric and filled with a lubricant bearing gap. In at least one of the bearing surfaces, a groove pattern is incorporated, which as a result of the rotational relative movement exerts local acceleration forces on the lubricant present in the bearing gap. In this way creates a kind of pumping action, which leads to the formation of a homogeneous and uniformly thick lubricant film, which is stabilized by zones hydrodynamic pressure. The cohesive, capillary lubricant film and the self-centering mechanism of the hydrodynamic radial bearing provide a stable, concentric rotation between shaft and bush.

Die Verschiebung entlang der Rotationsachse wird durch entsprechend ausgestaltete hydrodynamische Axiallager verhindert. Bei einem hydrodynamischen Axiallager sind die in gegenseitiger Wirkverbindung stehenden Lageroberflächen, von denen wenigstens eine mit einem Rillenmuster versehen ist, jeweils in der zur Rationsachse senkrechten Ebene angeordnet und durch einen dünnen, vorzugsweise ebenen, mit Schmiermittel gefüllten, Lagerspalt axial voneinander beabstandet.The displacement along the axis of rotation is prevented by appropriately designed hydrodynamic thrust bearings. In a hydrodynamic thrust bearing, the mutually interacting bearing surfaces, at least one of which is provided with a groove pattern, each arranged in the direction perpendicular to the ration axis and axially spaced from each other by a thin, preferably flat, filled with lubricant, bearing gap.

Die Steifigkeit hydrodynamischer Lager wird im Wesentlichen durch die Lagerspaltdicke, die Viskosität des Schmiermittels sowie durch die Formgebung bzw. Ausgestaltung des Rillenmusters bestimmt.The rigidity of hydrodynamic bearings is determined essentially by the bearing gap thickness, the viscosity of the lubricant and by the shaping or configuration of the groove pattern.

Die zur Aufnahme der axialen Kräfte vorgesehenen hydrodynamischen Drucklager werden vorzugsweise durch die beiden Stirnflächen einer am Ende der Welle angeordneten Druckplatte gebildet, wobei der einen Stirnfläche der Scheibe eine entsprechende Stirnfläche der Lagerbuchse und der anderen Stirnfläche die innen liegende Stirnfläche einer Abdeckplatte zugeordnet ist. Die Gegenplatte bildet also ein Gegenlager zur Druckplatte und verschließt das gesamte Lagersystem nach unten und verhindert, dass Luft in den mit Schmiermittel gefüllten Lagerspalt eindringt. Die offenen Enden des Lagerspaltes sind beispielsweise durch kapillare Spaltdichtungen abgedichtet.The hydrodynamic thrust bearing provided for receiving the axial forces are preferably formed by the two end faces of a pressure plate arranged at the end of the shaft, the one end face of the disc being assigned a corresponding end face of the bearing bush and the other end face the inner end face of a cover plate. The counter-plate thus forms an abutment to the pressure plate and closes the entire bearing system down and prevents air from entering the lubricant-filled bearing gap. The open ends of the bearing gap are sealed, for example, by capillary gap seals.

Die US 7,008,112 B2 offenbart ein einfach aufgebautes Lagersystem, bei dem ein fluiddynamisches Axiallager verwendet wird, das eine mit der Welle verbundene Druckplatte und eine Lagerplatte als Gegenlager umfasst. Die Welle ist in einer Sinterbuchse gelagert. Die gesamte Lageranordnung ist von einem Gehäuse umgeben, das als Tiefziehteil hergestellt ist. Der Querschnitt des Dichtungsspalts ausgehend vom Lagerspalt zum offenen Ende des äußeren Lagerbauteils monoton erweitert. Die Welle ist in diesem Bereich zylindrisch ausgebildet.The US 7,008,112 B2 discloses a simply constructed bearing system that uses a fluid dynamic thrust bearing that includes a pressure plate connected to the shaft and a bearing plate as an abutment. The shaft is mounted in a sintered bushing. The entire bearing assembly is surrounded by a housing which is made as a deep-drawn part. The cross section of the sealing gap extends monotonously from the bearing gap to the open end of the outer bearing component. The shaft is cylindrical in this area.

In der JP 2004162779 A wird ein V-förmiger Dichtungsspalt für ein fluiddynamisches Lager gezeigt, der sich am oberen Ende der Lagerbuchse befindet. Der Dichtungsspalt dient als Kapillardichtung und soll durch seine Form eine bessere Steifigkeit und bessere Laufruhe der Welle gewährleisten. Hierbei weitet sich der Randbereich der Lagerbuchse nach außen, wobei sich die Welle hingegen, in Richtung ihrer Mittelachse nach innen verjüngt.In the JP 2004162779 A a V-shaped seal gap for a fluid dynamic bearing is shown, which is located at the upper end of the bearing bush. The sealing gap serves as a capillary seal and should ensure a better rigidity and smoother running of the shaft due to its shape. In this case, the edge region of the bearing bush expands outward, wherein the shaft, however, tapers inwardly in the direction of its central axis.

Bei allen oben beschriebenen Anordnungen sind die Dichtungsspalte etwa parallel zur Rotationsachse oder leicht von der Rotationsachse weg gerichtet. Dadurch ergibt sich der Nachteil, dass es bei hohen Drehzahlen aufgrund der Fliehkraft, die auf das Lagerfluid wirkt, dazu kommen kann, dass das Lagerfluid aus dem Dichtungsspalt herausgedrückt wird. Dies führt zu einer Kontamination der Außenbereiche des Lagers bzw. Motorkomponenten. Das Lager kann wegen Mangel an Lagerfluid versagen.In all the arrangements described above, the sealing gaps are approximately parallel to the axis of rotation or slightly away from the axis of rotation. This results in the disadvantage that at high speeds due to the centrifugal force acting on the bearing fluid, it may happen that the bearing fluid is forced out of the sealing gap. This leads to a contamination of the outer areas of the bearing or engine components. The bearing may fail due to lack of bearing fluid.

Gegenstand der ErfindungSubject of the invention

Aufgabe der Erfindung ist ein fluiddynamisches Lagersystem anzugeben, das im Vergleich zu bekannten Lageranordnungen eine verbesserte Abdichtung des Lagerspaltes aufweist, die auch bei höheren Drehzahlen eine Dichtwirkung gewährleistet.The object of the invention is to specify a fluid-dynamic bearing system which, compared to known bearing arrangements, has an improved sealing of the bearing gap, which ensures a sealing effect even at relatively high rotational speeds.

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

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

Die Erfindung betrifft ein fluiddynamisches Lagersystem, mit einer feststehenden Lagerbuchse und einer teilweise in der Lagerbuchse angeordneten und relativ zu dieser um eine Rotationsachse drehgelagerten Welle und eine mit der Welle verbundene Druckplatte. Die Lagerbauteile bilden Lagerflächen aus, die durch einen mit einem Lagerfluid gefüllten Lagerspalt voneinander beabstandet sind, wobei durch einander gegenüberliegende Lagerflächen der Welle und der Lagerbuchse zwei axial voneinander beabstandete fluiddynamische Radiallager und durch einander gegenüberliegende Lagerflächen der Druckplatte und der Lagerbuchse zwei gegeneinander wirkende fluiddynamische Axiallager gebildet sind. Ein offenes Ende des Lagerspalts ist durch einen Dichtungsspalt abgedichtet, das andere Ende ist fest verschlossen.The invention relates to a fluid dynamic bearing system, with a fixed bearing bush and a partially arranged in the bearing bush and rotatably mounted relative to this about a rotation axis shaft and a pressure plate connected to the shaft. The bearing components form bearing surfaces, which are spaced from each other by a bearing fluid filled with a bearing fluid, wherein formed by opposing bearing surfaces of the shaft and the bearing bush two axially spaced fluid dynamic radial bearings and by opposing bearing surfaces of the pressure plate and the bearing bush against each other two fluid dynamic thrust bearing are. An open end of the bearing gap is sealed by a sealing gap, the other end is firmly closed.

Das Reservoir für das Lagerfluid wird durch den Dichtungsspalt gebildet, der sich an den Lagerspalt anschließt und am offenen Ende des äußeren Lagerbauteils zwischen einander zugewandeten Oberflächen des äußeren und des inneren Lagerbauteils angeordnet ist. Der Dichtungsspalt ist vorzugsweise als Kapillardichtung ausgebildet, deren Querschnitt sich zum offenen Ende des Gehäuses keilförmig erweitert. Dies wird vorzugsweise dadurch erreicht, dass ein Abschnitt der Welle konisch ausgebildet ist und mit einer gegenüberliegenden, konisch verlaufenden Fläche der Lagerbuchse den Dichtungsspalt begrenzt, sodass sich der Querschnitt des Dichtungsspalts in Richtung zum Lagerspalt hin verringert. Erfindungsgemäß ist die Öffnung des Dichtungsspalts in einem spitzen Winkel in Richtung zur Rotationsachse des Lagers gerichtet.The reservoir for the bearing fluid is formed by the sealing gap, which adjoins the bearing gap and is disposed at the open end of the outer bearing member between facing surfaces of the outer and the inner bearing member. The sealing gap is preferably designed as a capillary seal whose cross-section widens wedge-shaped to the open end of the housing. This is preferably achieved in that a portion of the shaft is conical and with an opposite, tapered surface of the bearing bushing limits the sealing gap, so that the cross-section of the sealing gap is reduced in the direction of the bearing gap. According to the invention, the opening of the sealing gap is directed at an acute angle in the direction of the axis of rotation of the bearing.

Ein wesentlicher Vorteil des nach innen gerichteten Dichtungsspaltes ist, dass insbesondere bei höheren Drehzahlen die Dichtwirkung der Kapillardichtung durch auf das Lagerfluid wirkende Zentrifugalkräfte unterstützt wird. Durch die in Richtung der Rotationsachse gerichtete Öffnung des Dichtungsspalts wird das Lagerfluid im Betrieb des Lagers durch die Fliehkräfte radial nach außen und entlang der geneigten Oberfläche der Lagerbuchse in Richtung des Lagerspalts, also in das Lagerinnere gedrückt. Dadurch wird ein Austreten von Lagerfluid aus dem Dichtungsspalt sicher verhindert.A significant advantage of the inwardly directed sealing gap is that especially at higher speeds, the sealing effect of the capillary seal is supported by acting on the bearing fluid centrifugal forces. By directed in the direction of the axis of rotation opening of the sealing gap, the bearing fluid is pressed during operation of the bearing by the centrifugal forces radially outward and along the inclined surface of the bearing bush in the direction of the bearing gap, ie in the bearing interior. As a result, leakage of bearing fluid from the sealing gap is reliably prevented.

Das bedeutet auch, dass aufgrund der Form des Dichtungsspaltes in Verbindung mit den im Betrieb des Lagers wirkenden Kapillarkräften ein höher Ölstand im Kapillarspalt vorgesehen werden kann, was eine erhöhte Lebensdauer des Lagers erlaubt.This also means that due to the shape of the sealing gap in conjunction with the capillary forces acting during operation of the bearing, a higher oil level in the capillary gap can be provided, which allows an increased life of the bearing.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand mehrerer Ausführungsbeispiele mit Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Aus den Zeichnungen und ihrer Beschreibung ergeben sich weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung.The invention will be described below with reference to several embodiments with reference to the drawings. From the drawings and their description, there are further advantages and features of the invention.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

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

2 zeigt eine nähere Darstellung des Dichtungsspaltes des erfindungsgemäßen fluiddynamischen Lagersystems 2 shows a closer view of the sealing gap of the fluid dynamic bearing system according to the invention

3 zeigt eine schematische Darstellung der auf das Fluid wirkenden Kräfte beim Stand der Technik 3 shows a schematic representation of the forces acting on the fluid forces in the prior art

4 zeigt eine schematische Darstellung der auf das Fluid wirkenden Kräfte bei dem erfindungsgemäßen Lagersystem 4 shows a schematic representation of the forces acting on the fluid forces in the storage system according to the invention

5 zeigt eine schematische Darstellung des Dichtungsspaltes 5 shows a schematic representation of the sealing gap

6 zeigt den Dichtungsspalt mit einem Neigungswinkel von α₂= 10° 6 shows the sealing gap with an inclination angle of α ₂ = 10 °

7 zeigt den Dichtungsspalt mit einem Neigungswinkel von α₂= 15° Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbespielen der Erfindung 7 shows the sealing gap with an inclination angle of α ₂ = 15 ° Description of preferred Ausführungsbespielen the invention

1 zeigt einen Schnitt durch ein erfindungsgemäßes fluiddynamisches Lagersystem 1, das aus zwei wesentlichen Lagerbauteilen besteht. Es ist eine Lagerbuchse 2 als äußeres Lagerbauteil vorhanden, die im Wesentlichen zylindrisch ausgebildet ist, und zugleich als Lagerbuchse und Gehäuse dient. In der Lagerbuchse ist eine Welle 3 um eine Rotationsachse 12 drehbar aufgenommen. Einander zugewandete Oberflächen der Welle 3 und der Lagerbuchse 2 sind durch einen Lagerspalt 4 voneinander getrennt. Der Lagerspalt 4 ist mit einem entsprechenden Lagerfluid, beispielsweise einem Lageröl gefüllt. 1 shows a section through a fluid dynamic bearing system according to the invention 1 , which consists of two main bearing components. It is a bearing bush 2 as an outer bearing component present, which is formed substantially cylindrical, and at the same time serves as a bearing bush and housing. In the bearing bush is a shaft 3 around a rotation axis 12 rotatably received. Mutually facing surfaces of the shaft 3 and the bearing bush 2 are through a bearing gap 4 separated from each other. The bearing gap 4 is filled with a corresponding bearing fluid, such as a bearing oil.

Auf dem zylindrischen Abschnitt 15 trägt die Lagerbuchse 2 vorzugsweise zwei Radiallager 7, 8, die durch den Lagerspalt 4 von entsprechenden Lagerflächen des zylindrischen Abschnitts 11 der Welle 3 getrennt sind. Die Radiallager 7, 8 sind vorzugsweise mit einer Lagerstruktur versehen, sie können jedoch auch als Gleitlager ausgebildet sein. In einer vorteilhaften Ausführungsform sind auf den Radiallagerflächen der Lagerbuchse 2 Lagerstrukturen in ausgeprägter oder weniger ausgeprägter Form vorhanden. Die Breite des Lagerspalts im Bereich der Radiallager 7, 8 beträgt beispielsweise etwa 3–8 μm, vorzugsweise jedoch zwischen 1,75 und 20 μm.On the cylindrical section 15 carries the bearing bush 2 preferably two radial bearings 7 . 8th passing through the bearing gap 4 from corresponding bearing surfaces of the cylindrical portion 11 the wave 3 are separated. The radial bearings 7 . 8th are preferably provided with a bearing structure, but they can also be designed as a sliding bearing. In an advantageous embodiment are on the radial bearing surfaces of the bearing bush 2 Bearing structures in pronounced or less pronounced form available. The width of the bearing gap in the area of the radial bearings 7 . 8th is for example about 3-8 microns, but preferably between 1.75 and 20 microns.

Das Lager weist zwei Axiallager 13a, 13b auf, die durch die Stirnseite der Druckplatte 5 und der Gegenplatte 6 bzw. der Lagerhülse gebildet werden. Die Axiallager 13 sind durch Lagerstrukturen gekennzeichnet, die auf einer der Lagerflächen, beispielsweise der Lagerfläche der Lagerbuchse 2 aufgebracht sind. Diese Lagerstrukturen können als sogenannte fischgrätartige Lagerstrukturen ausgebildet sein, sie können aber auch eine Spiralrillenstruktur aufweisen. Der die Axiallagerflächen voneinander trennende Abschnitt des Lagerspaltes 4 hat beispielsweise eine Breite von weniger als 100 μm, vorzugsweise 10 bis 50 μm. The bearing has two thrust bearings 13a . 13b on, passing through the front of the pressure plate 5 and the counter-plate 6 or the bearing sleeve are formed. The thrust bearings 13 are characterized by bearing structures on one of the bearing surfaces, such as the bearing surface of the bearing bush 2 are applied. These bearing structures can be designed as so-called herringbone bearing structures, but they can also have a spiral groove structure. The section of the bearing gap separating the axial bearing surfaces from each other 4 For example, has a width of less than 100 microns, preferably 10 to 50 microns.

2 zeigt eine detaillierte Ansicht des erfindungsgemäßen Lagersystems im Bereich des Dichtungsspaltes. Die Lagerbuchse 2 umfasst eine zylindrische Bohrung 15, der ein zylindrischer Abschnitt 11 der Welle 2 gegenüberliegt, sowie einen konischen Abschnitt 10, dem ebenfalls ein konischer Abschnitt 14 der Welle gegenüberliegt. Der konische Abschnitt 10 der Lagerbuchse ist nach oben hin offen, wobei das Gehäuse der Lagerbuchse 2 die seitlichen Ränder bildet. Über dieses offene Ende der Lagerbuchse 2 ragt ein weiterer zylindrischer Abschnitt 16 der Welle hinaus, an welchem weitere Bauteile befestigt werden können, beispielsweise der Rotor eines Elektromotors. Das dargestellte Lagersystem kann optional eine stehende oder eine drehende Welle aufweisen. 2 shows a detailed view of the storage system according to the invention in the region of the sealing gap. The bearing bush 2 includes a cylindrical bore 15 , which is a cylindrical section 11 the wave 2 opposite, and a conical section 10 , which is also a conical section 14 opposite the shaft. The conical section 10 the bearing bush is open at the top, with the housing of the bearing bush 2 forming the lateral edges. About this open end of the bearing bush 2 protrudes another cylindrical section 16 the shaft out to which other components can be attached, for example, the rotor of an electric motor. The illustrated storage system may optionally have a standing or a rotating shaft.

Der Lagerspalt 4 erstreckt sich über nahezu die gesamte Außenoberfläche der Welle 3 mit Ausnahme des oberen zylindrischen Abschnitts 16 und einen Teil des konischen Abschnitts. Der Lagerspalt 4 endet in einem Dichtungsspalt 9, der sich unmittelbar an den Lagerspalt anschließt und durch den konischen Bereich 14 der Welle 3, sowie den Rand des konischen Abschnitts 10 der Lagerbuchse 2 gebildet wird. Der Rand ist dermaßen abgewinkelt, dass sich der Dichtungsspalt 9 ausgehend vom Lagerspalt 4 – monoton bzw. keilförmig wachsend erweitert.The bearing gap 4 extends over almost the entire outer surface of the shaft 3 except for the upper cylindrical section 16 and a part of the conical section. The bearing gap 4 ends in a sealing gap 9 , which connects directly to the bearing gap and through the conical area 14 the wave 3 , as well as the edge of the conical section 10 the bearing bush 2 is formed. The edge is so angled that the sealing gap 9 starting from the bearing gap 4 - expanded monotonously or wedge-shaped growing.

Dabei bildet die Lagerbuchse im Bereich des konischen Abschnittes (10) mit der Rotationsachse einen Winkel α₁ aus und der konische Abschnitt der Welle (14) mit der Rotationsachse einen Winkel α₂ aus.The bearing bush forms in the region of the conical section ( 10 ) with the axis of rotation an angle α ₁ and the conical portion of the shaft ( 14 ) With the axis of rotation an angle α ₂ of.

Der Dichtungsspalt 9 bildet eine sogenannte konische Kapillardichtung und dient als Reservoir für das Lagerfluid sowie als Ausgleichsvolumen zum Ausgleich von Lagertoleranzen und Temperaturausdehnung des Lagerfluids.The sealing gap 9 forms a so-called conical capillary seal and serves as a reservoir for the bearing fluid and as a compensating volume to compensate for bearing tolerances and thermal expansion of the bearing fluid.

Bei einer Rotation der Welle 3 in der Lagerbuchse 2 wird aufgrund von Zentrifugalkräften und der Wandneigung ein Druck auf das Lagerfluid in Richtung des Lagerspaltes 4 ausgeübt. Das Lagerfluid wird somit stetig in Richtung des Lagerinneren gedrückt und ergibt eine zusätzliche Dichtwirkung. Dies wird in den 3 und 4 näher beschrieben.With a rotation of the shaft 3 in the bearing bush 2 Due to centrifugal forces and the wall inclination, a pressure on the bearing fluid in the direction of the bearing gap 4 exercised. The bearing fluid is thus pressed steadily in the direction of the bearing interior and results in an additional sealing effect. This will be in the 3 and 4 described in more detail.

Der konische Abschnitt 14 der Welle bildet mit der Achse des zylindrischen Abschnittes 15 einen (Spalt-)Winkel aus, wobei sich der Durchmesser der Welle 3 sowie auch der Innendurchmesser der Lagerbuchse 2 ausgehend vom Dichtungsspalt 9 in Richtung des offenen Endes der Lagerbuchse 2 verkleinert.The conical section 14 the shaft forms with the axis of the cylindrical section 15 a (split) angle, where the diameter of the shaft 3 as well as the inner diameter of the bearing bush 2 starting from the sealing gap 9 in the direction of the open end of the bearing bush 2 reduced.

Das heißt der radiale Durchmesser des Dichtungsspalts 9 vergrößert sich in Richtung des Lagerspaltes 4, wodurch eine Kapillardichtung gebildet wird. Dies führt dazu, dass das Lagerfluid aufgrund der Kapillarkräfte des Fluids innerhalb des Lagers verbleibt.That is the radial diameter of the sealing gap 9 increases in the direction of the bearing gap 4 , whereby a capillary seal is formed. This results in the bearing fluid remaining within the bearing due to the capillary forces of the fluid.

Bei einer Rotation der Welle 3 in der Lagerbuchse 2 werden auf das im Lagerspalt 4 sowie im Dichtungsspalt 9 befindliche Lagerfluid Zentrifugalkräfte -ausgeübt. Diese Zentrifugalkräfte sind radial nach außen gerichtet. Dadurch, dass sich der Durchmesser des Dichtungsspalts in Richtung des Lagerspalts 4 vergrößert, bewirken die Zentrifugalkräfte, dass das im Dichtungsspalt 9 befindliche Lagerfluid in den Lagerspalt 4 hineingedrückt wird, sobald die Welle 3 rotiert. Dies umso mehr, je höher die Drehzahl der Welle 3 ist. Der Dichtungsspalt 9 dient als Kapillardichtung und Fluidreservoir. Auf das Lagerfluid wirken in diesem Bereich Zentrifugalkräfte und Kapillarkräfte in Richtung des Lagerinneren, die das Lagerfluid im Dichtungsspalt festhalten. Dies stellt einen wesentlichen Vorteil gegenüber dem Stand der Technik dar, da bei hohen Umdrehungszahlen das Lagerfluid durch die Fliehkraft in das Innere des Lagers gedrückt wird.With a rotation of the shaft 3 in the bearing bush 2 be on the in the bearing gap 4 as well as in the sealing gap 9 bearing fluid centrifugal forces -exercised. These centrifugal forces are directed radially outward. Characterized in that the diameter of the sealing gap in the direction of the bearing gap 4 magnified, the centrifugal forces cause that in the sealing gap 9 located bearing fluid in the bearing gap 4 is pushed in as soon as the shaft 3 rotates. All the more, the higher the speed of the shaft 3 is. The sealing gap 9 serves as capillary seal and fluid reservoir. In this area, centrifugal forces and capillary forces act on the bearing fluid in the direction of the bearing interior, which hold the bearing fluid in the sealing gap. This represents a significant advantage over the prior art, since at high rotational speeds, the bearing fluid is forced by the centrifugal force into the interior of the bearing.

Ein weiterer Vorteil ist, dass nun der Fluidpegel im Dichtungsspalt höher gegenüber dem Stand der Technik sein kann. Dadurch kann mehr Lagerfluid in das Lager gefüllt werden, was eine höhere Lebensdauer des Lagers bedeutet.Another advantage is that now the fluid level in the sealing gap can be higher than the prior art. As a result, more bearing fluid can be filled in the camp, which means a longer life of the bearing.

Alternativ ist es möglich, den Dichtungsspalt kürzer auszuführen als bei bekannten Lagern ähnlicher Bauart. Damit ist es möglich, den Lagerspalt zu verlängern. Man erhält dadurch einen größeren Lagerabstand der Radiallager und eine bessere Steifigkeit des LagersAlternatively, it is possible to make the sealing gap shorter than in known bearings of similar design. This makes it possible to extend the bearing gap. This gives a larger bearing clearance of the radial bearings and better rigidity of the bearing

3 und 4 zeigen eine Gegenüberstellung der auf das Lagerfluid wirkenden Zentrifugalkräfte beim Stand der Technik und der vorliegenden Erfindung. 3 and 4 show a comparison of the centrifugal forces acting on the bearing fluid in the prior art and the present invention.

3 zeigt anhand eines Lagers gemäß dem Stand der Technik die Zentrifugalkräfte, die auf das Lagerfluid wirken. Dabei ist die Welle in diesem Abschnitt zylindrisch ausgebildet und die gegenüber liegende Lagerbuchse weist eine konisch nach außen richtende Form auf. Dadurch wird das Lagerfluid durch die Zentrifugalkraft aus dem Dichtungsspalt hinausgedrückt, und zwar umso mehr, je höher die Drehzahl des Lagers ist. 3 shows by means of a bearing according to the prior art, the centrifugal forces acting on the bearing fluid. The shaft is cylindrical in this section and the opposite lying bearing bush has a conically outwardly directing shape. As a result, the bearing fluid is forced out of the sealing gap by the centrifugal force, and more so the higher the rotational speed of the bearing.

Im Gegensatz dazu zeigt 4 die vorteilhafte Ausbildung, bei der das Lagerfluid mithilfe der Zentrifugalkräfte 17 ins Lagerinnere gedrückt wird. Im Bereich des Dichtungsspalts sind die beiden Wände sowohl der Welle als auch der Lagerbuchse in Richtung der Öffnung des Dichtungsspalts gesehen konisch nach innen in Richtung der Rotationsachse ausgebildet. Durch die konische Ausführung der Lagerbuchse wird das Lagerfluid gezielt an der Wand nach unten ins Lagerinnere gedrückt. Durch den entstehenden Druckgradienten wandern im Lagerfluid befindliche Luftblasen in die entgegengesetzte Richtung, also aus dem Lagerspalt hinaus.In contrast, shows 4 the advantageous embodiment in which the bearing fluid by means of centrifugal forces 17 is pushed into the camp interior. In the region of the sealing gap, the two walls of both the shaft and the bearing bushing, viewed in the direction of the opening of the sealing gap, are conically formed inwardly in the direction of the axis of rotation. Due to the conical design of the bearing bush, the bearing fluid is pressed down on the wall down to the inside of the bearing. As a result of the resulting pressure gradient, air bubbles in the bearing fluid migrate in the opposite direction, ie out of the bearing gap.

5 zeigt eine Übersicht der Auswirkung auf die verschiedenen Spaltwinkel im Bereich der konischen Lagerbuchse bei einer axialen Verschiebung der Welle nach unten. Durch eine axiale Verschiebung der Welle von circa 40 μm in Richtung des Lagerinneren wird der Querschnitt des Dichtungsspaltes verändert. Gezeigt wird dabei in 5 ein Volumen mit einem minimalen Spaltwinkel und eine Veränderung des Volumens bei einem maximalen Spaltwinkel. 5 shows an overview of the effect on the different gap angle in the region of the conical bearing bush with an axial displacement of the shaft down. By an axial displacement of the shaft of about 40 microns in the direction of the bearing interior of the cross-section of the sealing gap is changed. Shown here is in 5 a volume with a minimum gap angle and a change in volume at a maximum gap angle.

6 zeigt bei einem Spaltwinkel von α₂= 10° eine Verschiebung des konischen Abschnitts 14 von circa 7 μm bei einer axialen Verschiebung der Welle von 40 μm. 6 shows at a clearance angle of α ₂ = 10 ° a displacement of the conical portion 14 of about 7 microns with an axial displacement of the shaft of 40 microns.

Im Vergleich dazu zeigt 7 bei einem Spaltwinkel von α₂= 15° eine Verschiebung des konischen Abschnitts 14 von circa 10,4 μm bei einer axialen Verschiebung der Welle von 40 μm.In comparison shows 7 at a gap angle of α ₂ = 15 °, a displacement of the conical section 14 of about 10.4 microns with an axial displacement of the shaft of 40 microns.

Beide Figuren sollen veranschaulichen, wie sich der Winkel bei einer axialen Verschiebung der Welle auf die Veränderung des Dichtungsspaltvolumens auswirkt.Both figures are intended to illustrate how the angle with an axial displacement of the shaft affects the change in the sealing gap volume.

Ist der Winkel zwischen Drehachse und Dichtungsspalt zu groß gewählt, öffnet sich der Dichtungsspalt bei einer axialen Verschiebung in einem Maße, dass die Kapillarkraft im Dichtungsspalt nicht aufrecht gehalten werden kann.If the angle between the axis of rotation and the sealing gap is chosen to be too large, the sealing gap opens in the event of an axial displacement to the extent that the capillary force in the sealing gap can not be maintained upright.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Fluiddynamisches LagerFluid dynamic bearing
22: Lagerbuchsebearing bush
33: Wellewave
44: Lagerspaltbearing gap
55: Druckplatteprinting plate
66: Gegenplattecounterplate
77: Radiallagerradial bearings
88th: Radiallagerradial bearings
99: Dichtungsspaltseal gap
1010: Konischer Abschnitt (Lagerbuchse)Conical section (bearing bush)
1111: Zylindrischer Abschnitt (Welle)Cylindrical section (shaft)
1212: Rotationsachseaxis of rotation
1313: Axiallager 13a, 13b thrust 13a . 13b
1414: Konischer Abschnitt (Welle)Conical section (shaft)
1515: Zylindrischer Abschnitt (Lagerbuchse)Cylindrical section (bearing bush)
1616: Zylinderischer Abschnitte (Welle oben)Cylindrical sections (shaft above)
1717: Pfeilrichtung ZentrifugalkraftArrow direction centrifugal force

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

US 7008112 B2 [0007]
JP 2004162779 A [0008]

Claims

Fluid dynamic bearing system, with a bearing bush ( 2 ) and a partially arranged in the bearing bush and relative to this about a rotation axis ( 12 ) rotatably mounted shaft ( 3 ) and a pressure plate connected to the shaft ( 5 ) and one with the bearing bush ( 2 ) connected counter-plate ( 6 ), the bearing components ( 2 . 3 . 5 ) Form bearing surfaces which are filled by a bearing gap filled with a bearing fluid ( 4 ) are spaced apart, wherein by opposing bearing surfaces of the shaft ( 3 ) and the bearing bush ( 2 ) two axially spaced fluid dynamic radial bearings ( 7 . 8th ), opposing bearing surfaces of the pressure plate ( 5 ), the bearing bush ( 2 ) and the counter plate ( 6 ) two opposing fluid dynamic thrust bearing ( 13a . 13b ) are sealed, and an open end of the bearing gap is sealed by a sealing gap, characterized in that the opening of the sealing gap ( 9 ) at an acute angle in the direction of the axis of rotation ( 12 ) of the warehouse is directed.

Fluid dynamic bearing system according to claim 1, characterized in that the sealing gap ( 9 ) by facing surfaces of the bearing bush ( 2 ) and surfaces of the shaft ( 3 ) is limited.

Fluid dynamic bearing system according to one of claims 1 or 2, characterized in that the bearing bush ( 2 ) in the region of the sealing gap in the direction of the open end of the sealing gap conically inwardly, at a first angle α ₁ to the vertical in the direction of the axis of rotation ( 12 ), and the wave ( 3 ) in the region of the sealing gap at a second angle α ₂ to the vertical tapers.

Fluid dynamic bearing system according to one of claims 1 to 3, characterized in that the angles α ₁ and α _{2 are of} different sizes, where α ₁ <α ₂ .

Fluid dynamic bearing system according to one of claims 1 to 4, characterized in that the angle α _{1 is} between 5 ° and 10 °.

Fluid dynamic bearing system according to one of claims 1 to 5, characterized in that the angle α _{2 is} between 10 ° and 15 °.

Fluid dynamic bearing system according to one of claims 1 to 6, characterized in that the cross section of the sealing gap ( 9 ) in the direction of the bearing gap ( 4 ) decreased.

Fluid dynamic bearing system according to one of claims 1 to 7, characterized in that the sealing gap ( 9 ) form a capillary seal and a fluid reservoir.