-
Die Erfindung betrifft einen Spindelmotor mit fluiddynamischem Lagersystem nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
-
Spindelmotoren mit fluiddynamischem Lagersystem sind aus dem Stand der Technik bekannt und werden vielfach zum Antrieb von Festplattenlaufwerken, Lüftern oder Laserscannern verwendet.
-
In der
DE 10 2019 106 064 A1 ist ein typischer Spindelmotor mit fluiddynamischem Lagersystem offenbart, der insbesondere zum Antrieb von Laserscannern oder Lüftern geeignet ist.
-
Der dort gezeigte Spindelmotor hat ein fluiddynamisches Lagersystem von der sogenannten „Single-Plate“-Bauart und umfasst eine in einer Lagerbuchse drehgelagerte Welle, wobei Lagerflächen der Welle und Lagerbuchse zwei in einem axialen Abstand angeordnete fluiddynamische Radiallager ausbilden. An einem Ende der Welle ist eine Druckplatte („Single-Plate“) befestigt, die zusammen mit der Welle dreht und deren Stirnflächen zusammen mit gegenüberliegenden Lagerflächen zwei fluiddynamische Axiallager bilden.
-
Diese Bauart besitzt einen einseitig offenen Lagerspalt, der durch einen kapillaren Dichtungsspalt abgedichtet ist. Die Lagerbuchse bzw. eine die Lagerbuchse umgebende Lagerhülse ist in einem Aufnahmeflansch einer Basisplatte befestigt. An diesem Aufnahmeflansch ist die elektrische Statoranordnung befestigt.
-
Die fortlaufende Miniaturisierung von elektromechanischen Komponenten ist auch bei Laserscannern zu beobachten, wobei insbesondere eine Verkleinerung des Durchmessers der Laserscanner angestrebt wird.
-
Aufgrund einer Verkleinerung des Durchmessers eines Laserscanners verbleibt weniger radialer Bauraum für den Motor, das Lagersystem und das elektromagnetische Antriebssystem, während die anzutreibende Last, beispielsweise eine Spiegel- oder Prismenanordnung, immer mehr Bauraum benötigt.
-
Mit einem Standard-Single-Plate-Lagersystem, wie es in der obigen
DE 10 2019 106 064 A1 beispielhaft beschrieben ist, verbleibt nicht genügend Bauraum für die optischen Komponenten des Laserscanners, da das Lagersystem und das elektromagnetische Antriebssystem für sich genommen bereits einen großen radialen Durchmesser aufweisen.
-
Ein weiterer Stand der Technik ist in der
DE 10 2018 115 051 offenbart, in der ein Spindelmotor mit Single-Plate-Lagersystem offenbart ist, bei dem zur Reduzierung des Durchmessers des Motors die Statoranordnung unmittelbar an der Lagerbuchse befestigt ist.
-
Die
DE 10 2014 019 055 A1 offenbart einen Spindelmotor zum Antrieb eines Lüfters mit einem Lagersystem der Single-Plate-Bauart, bei dem eine Abdeckkappe zur Abdeckung des Dichtungsspaltes des Lagersystems vorgesehen ist.
-
Es ist die Aufgabe der Erfindung, einen Spindelmotor mit fluiddynamischem Lagersystem vorzuschlagen, der einen geringen radialen Durchmesser aufweist und insbesondere zum Antrieb von Laserscannern geeignet ist.
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Spindelmotor mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
-
Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung und weitere erfindungswesentliche Merkmale sind in den Unteransprüchen angegeben.
-
Der Spindelmotor umfasst ein feststehendes Motorbauteil und ein drehbares Motorbauteil, welches mittels eines fluiddynamischen Lagersystems relativ zum feststehenden Motorbauteil drehgelagert ist, wobei das drehbare Motorbauteil von einem elektromagnetischen Antriebssystem antreibbar ist und der größte Durchmesser des fluiddynamischen Lagersystems durch eine Druckplatte bestimmt ist, welche ein Teil mindestens eines fluiddynamischen Axiallagers ist und der kleinste Durchmesser des elektromagnetischen Antriebssystems durch eine innere Umfangsfläche einer Statoranordnung bestimmt ist.
-
Erfindungsgemäß ist der kleinste Durchmesser des elektromagnetischen Antriebssystems kleiner als der größte Durchmesser des fluiddynamischen Lagersystems.
-
Durch die erfindungsgemäße Dimensionierung der Motorkomponenten, insbesondere des Lagersystems und des elektromagnetischen Antriebssystems, wird erreicht, dass der Durchmesser des Motors, insbesondere des Lagersystems und des elektromagnetischen Antriebssystems wesentlich verringert werden kann, ohne dass die Eigenschaften des Motors und des Lagersystems wesentlich beeinträchtigt werden.
-
In einer möglichen Bauart umfasst das feststehende Motorbauteil eine Basisplatte und eine an der Basisplatte befestigte Lagerbuchse. Das drehbare Motorbauteil umfasst eine Welle und eine an der Welle befestigte Druckplatte, die innerhalb der Lagerbuchse drehgelagert sind, sowie ein mit der Welle verbundenes Rotorbauteil.
-
In einer anderen Bauart des Spindelmotors weist das feststehende Motorbauteil eine Basisplatte und eine in der Basisplatte befestigte und feststehende Welle auf sowie eine an der Welle befestigte Druckplatte. Das drehbare Motorbauteil umfasst eine auf der Welle und der Druckplatte drehgelagerte Lagerbuchse und ein mit der Lagerbuchse verbundenes Rotorbauteil.
-
Die aneinander angrenzenden Oberflächen von Lagerbuchse, Welle und Druckplatte sind durch einen mit einem Lagerfluid gefüllten Lagerspalt voneinander getrennt.
-
Der Lagerspalt weist ein offenes Ende auf, das durch einen kapillaren Dichtungsspalt abgedichtet ist. Der kapillare Dichtungsspalt ist in axialer Richtung zwischen der äußeren Umfangsfläche der Welle und der inneren Umfangsfläche der Lagerbohrung der Lagerbuchse angeordnet.
-
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann entweder die Welle oder die Lagerbuchse aus Messing bestehen, während der andere Lagerpartner beispielsweise aus Stahl gefertigt ist. Diese Materialkombination ermöglicht gute Reibungseigenschaften des Lagers, da sich bei einem fluiddynamischen Lagersystem die Lagerbauteile, zumindest während des Anlaufens und Auslaufens des Lagers, berühren können.
-
Insbesondere kann die Welle aus Messing gefertigt werden, was den Vorteil hat, dass Messing einen höheren thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist als Stahl, woraus die Lagerbuchse in dieser Ausführung gefertigt ist.
-
Durch eine Welle aus Messing und eine Lagerbuchse aus Stahl wird eine Temperaturkompensation der Lagereigenschaften erreicht, was bedeutet, dass der Lagerspalt bei niedriger Temperatur, bei der das Lagerfluid eine größere Viskosität aufweist, eine größere Breite hat als der Lagerspalt bei höherer Temperatur, bei welcher die Viskosität des Lagerfluids geringer ist.
-
Das resultiert in einer etwa gleichbleibenden Lagersteifigkeit über den gesamten Betriebstemperaturbereich.
-
Mit dieser Auslegung des Lagers kann der Lagerspalt bei Raumtemperatur relativ groß dimensioniert werden, so dass sich das Anlaufverhalten des Lagers bzw. Motors bei niedriger Temperatur verbessert.
-
Bei einer hohen Umgebungstemperatur verringert sich die Breite des Lagerspalts auf Grund der größeren Ausdehnung der Welle im Vergleich zur stählernen Lagerbuchse. Trotz der geringeren Viskosität des Lagerfluids bei höherer Temperatur weist das Lager aufgrund des schmaleren Lagerspalts eine ausreichend hohe Steifigkeit für den Betrieb auf.
-
Wenn die Welle aus Stahl gefertigt ist, kann vorzugsweise die Lagerbuchse aus Messing bestehen und vorteilhaft von einer Lagerhülse aus Stahl umgeben sein.
-
Mit diesem Design kann die Breite des Lagerspalts über den Betriebstemperaturbereich relativ konstant gehalten werden, denn die Lagerhülse aus Stahl verhindert eine übermäßige Temperaturausdehnung der Lagerbuchse aus Messing radial nach außen.
-
Somit bleibt die Breite des Lagerspalts über den Temperaturbereich konstant und ändert sich nicht wie bei dem Ausführungsbeispiel mit der Welle aus Messing. Selbstverständlich können sowohl die Welle als auch die Lagerbuchse aus Stahl bestehen.
-
Um ein Verdunsten des Lagerfluids aus dem Lagersystem, insbesondere bei hohen Betriebstemperaturen, zu verringern, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass der kapillare Dichtungsspalt von einer Abdeckkappe abgedeckt ist.
-
Hierbei ist es vorteilhaft, wenn die Abdeckkappe auf der rotierenden Lagerbuchse befestigt ist und das offene Ende des Lagers insbesondere den Dichtungsspalt abdeckt, wobei vorzugsweise eine Labyrinthdichtung, also lediglich ein schmaler Luftspalt zwischen dem rotierenden und dem feststehenden Motorbauteil verbleibt, der ein Austreten von Lagerfluiddampf verhindert.
-
Alternativ kann die Abdeckkappe auf dem feststehenden Lagerbauteil befestigt und vom rotierenden Lagerbauteil durch einen Labyrinthspalt getrennt sein.
-
In einer anderen Ausführungsform kann auf die separate Abdeckkappe verzichtet und ein ringförmiger Fortsatz des Rotorbauteils als Abdeckung für das Lager verwendet werden.
-
Das Rotorbauteil, sprich die Nabe des Spindelmotors, kann aus Stahl oder Aluminium bestehen und, je nach Bauweise des Lagers, auf der rotierenden Welle oder der rotierenden Lagerbuchse angeordnet sein.
-
Wenn das Rotorbauteil aus Stahl und die Lagerbuchse aus Messing gefertigt sind, kann auf eine stählerne Lagerhülse verzichtet werden, denn das stählerne Rotorbauteil verhindert eine übermäßige thermische Ausdehnung der Lagerbuchse aus Messing.
-
Dabei bildet das Rotorbauteil vorzugsweise einen Teil des Lagersystems, insbesondere umgibt es die Druckplatte.
-
Die Statoranordnung kann insbesondere an einem axialen Flansch der Basisplatte oder direkt an der feststehenden Lagerbuchse angeordnet sein.
-
Die vom Spindelmotor anzutreibende Last, insbesondere die rotierenden optischen Teile eines Laserscanners, können unmittelbar auf dem Rotorbauteil befestigt werden, beispielsweise mittels einer Schraubverbindung.
-
Alternativ kann die Last mittels einer Klammer oder Ähnlichem auf dem Rotorbauteil befestigt sein.
-
Die Erfindung wird nachfolgend anhand mehrerer in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Hieraus ergeben sich weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung.
- 1 zeigt einen schematischen Schnitt durch einen Spindelmotor in einer ersten Ausgestaltung der Erfindung.
- 2 zeigt einen schematischen Schnitt durch einen Spindelmotor gemäß einer zweiten Ausgestaltung der Erfindung.
- 3 zeigt einen Schnitt durch einen Spindelmotor in einer dritten Ausgestaltung der Erfindung.
- 4 zeigt einen Schnitt durch einen Spindelmotor in einer vierten Ausgestaltung der Erfindung.
- 5 zeigt einen Schnitt durch einen Spindelmotor in einer fünften Ausgestaltung der Erfindung.
- 6 zeigt einen Schnitt durch einen Spindelmotor in einer sechsten Ausgestaltung der Erfindung.
- 6B zeigt einen Schnitt durch einen Spindelmotor in einer Variante der sechsten Ausgestaltung der Erfindung.
- 7 zeigt einen Schnitt durch einen Spindelmotor in einer siebten Ausgestaltung der Erfindung.
- 8 zeigt einen Schnitt durch einen Spindelmotor in einer achten Ausgestaltung der Erfindung.
- 9 zeigt einen Schnitt durch einen Spindelmotor in einer neunten Ausgestaltung der Erfindung.
- 10 zeigt einen Schnitt durch einen Spindelmotor in einer zehnten Ausgestaltung der Erfindung.
- 11 zeigt einen Schnitt durch das Rotorbauteil des Spindelmotors mit Antriebssystem und Befestigung einer Last.
- 12 zeigt einen Schnitt durch eine andere Ausgestaltung eines Rotorbauteils mit Antriebssystem und Befestigung einer Last.
- 13 zeigt einen Schnitt durch eine Ausgestaltung eines Spindelmotors mit Kugellagern.
-
1 zeigt eine erste Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Spindelmotors mit fluiddynamischem Lagersystem und drehender Welle.
-
Der Spindelmotor umfasst eine Basisplatte 10, auf welcher die Motorkomponenten aufgebaut sind.
-
Die Basisplatte 10 weist vorzugsweise einen hülsenförmigen Ansatz 12 auf, in welchem eine Lagerbuchse 14 befestigt ist.
-
In einer Lagerbohrung der Lagerbuchse 14 ist eine Welle 16 drehbar gelagert, die an einem Ende eine Druckplatte 18 aufweist, welche, zusammen mit der Welle 16, in einer Aussparung der im Querschnitt etwa T-förmigen Lagerbuchse 14 um die Drehachse 42 rotiert.
-
Unterhalb der Druckplatte 18 ist die Öffnung der Lagerbuchse durch eine Abdeckplatte 20 verschlossen.
-
Die rotierenden Oberflächen der Welle 16 und der Druckplatte 18 sind durch einen mit Lagerfluid gefüllten Lagerspalt 22 von den feststehenden Oberflächen der Lagerbuchse 14 und der Abdeckplatte 20 getrennt. Der Lagerspalt 22 ist an seinem oben liegenden offenen Ende durch einen kapillaren Dichtungsspalt 32 abgedichtet.
-
Entlang eines axial verlaufenden Abschnitts des Lagerspalts 22 zwischen der Welle 16 und der Lagerbuchse 14 sind zwei fluiddynamische Radiallager 24, 26 in einem axialen Abstand angeordnet.
-
Die Stirnflächen der Druckplatte 18 bilden zusammen mit den gegenüberliegenden Lagerflächen der Lagerbuchse 14 und der Abdeckplatte 20 zwei gegeneinander wirkende fluiddynamische Axiallager 28, 30.
-
An der Welle 16 ist ein Rotorbauteil 34 befestigt, an welchem die anzutreibende Last angeordnet ist, beispielsweise ein Lüfterrad oder optische Komponenten eines Laserscanners.
-
Das Rotorbauteil 34 weist vorteilhaft einen inneren Rand 34a auf, der ringförmig um den oberen Bereich der Lagerbuchse 14 angeordnet und von diesem durch einen ringförmigen Luftspalt 36 getrennt ist.
-
Dieser Luftspalt 36 bildet eine Engstelle und verhindert, dass verdunstendes Lagerfluid aus dem Dichtungsbereich 32 in den Motorraum gelangt.
-
Das Rotorbauteil 34 weist ferner einen äußeren Rand 34b auf, an dessen Innenumfang ein Rotormagnet 40 befestigt ist.
-
An dem Ansatz 12 der Basisplatte ist eine elektrische Statoranordnung 38 befestigt, die aus einem ferromagnetischen Statorkern und entsprechenden Statorwicklungen besteht.
-
Die Statoranordnung 38 liegt radial gegenüberliegend dem Rotormagneten 40 und erzeugt ein elektromagnetisches Feld, welches auf den Rotormagneten 40 wirkt und diesen zusammen mit dem Rotorbauteil 34 drehend antreibt.
-
Um die radiale Ausdehnung, also den Durchmesser des Spindelmotors, möglichst klein zu halten, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Durchmesser der Statoranordnung 38 im Vergleich zum Lagerdurchmesser reduziert ist.
-
Insbesondere ist der Innendurchmesser Ds der Statoranordnung 38 kleiner als der größte Außendurchmesser DL des Lagersystems, der durch den Außendurchmesser der Druckplatte 18 bestimmt ist.
-
Die Statoranordnung 38 sitzt mit ihrer inneren Umfangsfläche auf einer Stufe des Ansatzes 12 der Basisplatte 10. Durch die Stufe am Ansatz 12 wird die Statoranordnung 38 relativ zum Rotormagneten 40 axial positioniert.
-
Der hülsenförmige Ansatz 12 der Basisplatte 10 sowie die Lagerbuchse 14 haben, zumindest im Bereich der Befestigung der Statoranordnung 38, eine relativ dünne Wandstärke.
-
2 zeigt ein ähnliches Ausführungsbeispiel wie 1 und einen Spindelmotor, bei dem der hülsenförmige Ansatz der Basisplatte 10 die Lagerbuchse 13 des fluiddynamischen Lagersystems bildet. Auf diese Weise kann der Durchmesser der Lagerbuchse 13 des Lagersystems im Bereich des Sitzes der Statoranordnung 38 sehr klein gehalten werden.
-
Somit ist es möglich, dass der Durchmesser der Statoranordnung 38, insbesondere der Innendurchmesser Ds der Statoranordnung 38, sehr viel kleiner ist als der maximale Außendurchmesser DL des Lagersystems im Bereich der Druckplatte 18.
-
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist eine entsprechende Aussparung in der Basisplatte 10 zur Aufnahme der Abdeckplatte 20 vorgesehen, welche das Lagersystem nach unten verschließt.
-
Ansonsten sind das Lagersystem und der Spindelmotor gleichartig aufgebaut wie der Spindelmotor von 1.
-
3 zeigt eine andere Ausgestaltung eines Spindelmotors mit fluiddynamischem Lagersystem, wobei der Spindelmotor eine feststehende Welle 116 aufweist.
-
Die feststehende Welle 116 ist in einem hülsenförmigen Ansatz 112 der Basisplatte 110 befestigt.
-
An einem aus dem Ansatz 112 herausstehenden freien Ende der Welle 116 ist eine Druckplatte 118 befestigt.
-
Auf der Welle 116 ist eine Lagerbuchse 114 drehbar angeordnet, wobei die Welle 116 in eine Lagerbohrung der Lagerbuchse 114 eingreift. Die Lagerbuchse 114 ist von einer Lagerhülse 115 umgeben, welche nach oben durch eine Abdeckplatte 120 verschlossen ist. Die Lagerhülse 115 bildet zusammen mit der Lagerbuchse 114 und der Abdeckplatte 120 einen Hohlraum zur Aufnahme der Druckplatte 118.
-
Die drehbaren Lagerteile, also die Lagerbuchse 114, die Lagerhülse 115 sowie die Abdeckplatte 120, sind durch einen mit Lagerfluid gefüllten Lagerspalt 122 von den feststehenden Lagerbauteilen, sprich der Welle 116 und der Druckplatte 118, getrennt.
-
Entlang eines axial verlaufenden Abschnitts dieses Lagerspalts 122 sind zwei fluiddynamische Radiallager 124, 126 angeordnet. Zwischen der Druckplatte 118 und der Lagerbuchse 114 sowie der Druckplatte 118 und der Abdeckplatte 120 sind zwei fluiddynamische Axiallager 128, 130 gebildet, die durch radial verlaufende Abschnitte des Lagerspalts 122 getrennt sind.
-
Das offene Ende des Lagerspalts 122 ist durch einen kapillaren Dichtungsspalt 132 abgedichtet, der sich am unteren Ende des Lagers zwischen dem Innendurchmesser der Lagerbuchse 114 und dem Außendurchmesser der Welle 116 befindet.
-
Um zu verhindern, dass aus dem Dichtungsspalt 132 verdunstendes Lagerfluid in den Motorraum gelangt, sind der Dichtungsspalt 132 bzw. die unteren Stirnseiten der Lagerbuchse 114 und der Lagerhülse 115 durch eine Abdeckkappe 144 abgedeckt.
-
Die Abdeckkappe 144 ist etwa ringförmig ausgebildet und ist auf die äußere Umfangsfläche der Lagerhülse 115 aufgesteckt und dort befestigt.
-
Ein axial abstehender Rand der Abdeckkappe 144 ist zwischen dem Wicklungspaket einer Statoranordnung 138 und dem Außendurchmesser des Ansatzes 112 der Basisplatte 110 angeordnet.
-
Die Statoranordnung 138 sitzt mit ihrer inneren Umfangsfläche auf einer Stufe des Ansatzes 112 der Basisplatte 110.
-
Zwischen dem Außendurchmesser des Ansatzes 112 und dem Innendurchmesser der Abdeckkappe 144 verbleibt ein Luftspalt 136 in Form eines Labyrinthspalts, der verhindert, dass Fluiddampf aus dem Bereich des Dichtungsspaltes 132 in den Motorraum gelangt.
-
Die Abdeckkappe 144 rotiert zusammen mit dem rotierenden Motorbauteil relativ zum feststehenden Ansatz 112 der Basisplatte 110 um die Drehachse 42.
-
Der Motor hat einen reduzierten Außendurchmesser, insbesondere eine Statoranordnung 138 mit geringem Durchmesser, wobei der Innendurchmesser der Statoranordnung 138 Ds deutlich kleiner ist als der maximale Außendurchmesser DL des fluiddynamischen Lagersystems im Bereich der Druckplatte 118.
-
Vorzugsweise besteht die Lagerbuchse 114 aus Messing und ist von einer stählernen Lagerhülse 115 umgeben. Die Welle 116 besteht vorzugsweise aus Stahl.
-
Am Außenumfang der stählernen Lagerhülse 115 ist ein Rotorbauteil 134 befestigt, das aus Aluminium oder einem anderen Leichtmetall gefertigt sein kann. In diesem Fall ist am Außenumfang des Rotormagneten 140 ein Rückschlussring 141 aus ferromagnetischem Material angeordnet.
-
4 zeigt einen Schnitt durch einen Spindelmotor, der in seinem Aufbau identisch ist wie der Spindelmotor von 3.
-
Im Unterschied zu 3 besteht das Rotorbauteil 134, hier nicht aus Leichtmetall, sondern aus Stahl, sodass kein magnetischer Rückschlussring am Außenumfang des Rotormagneten 140 notwendig ist.
-
Dadurch kann gegenüber 3 der Außendurchmesser der Statoranordnung 138 etwas vergrößert werden (und dessen Höhe verringert werden), ohne dass sich der Gesamtdurchmesser des Motors vergrößert.
-
5 zeigt einen Schnitt durch einen Spindelmotor eines fluiddynamischen Lagersystems, der identisch aufgebaut ist wie der Spindelmotor von 3, wobei jedoch die Abdeckkappe 144 zur Abdeckung des Dichtungsspaltes 132 nicht an der rotierenden Lagerhülse 115 befestigt ist, sondern an einer äußeren Umfangsfläche des Ansatzes 112 der Basisplatte 110.
-
Somit ist die Abdeckkappe 144 ein feststehendes Bauteil, welches den unteren Rand der rotierenden Lagerhülse 115 unter Bildung eines axial verlaufenden Luftspaltes 136, umgibt.
-
Da die Abdeckkappe 144 mit ihrem ringförmigen Schenkel in einen ringförmigen Zwischenraum 146 zwischen dem Außenumfang der Lagerhülse 115 und einer inneren Umfangsfläche des Rotorbauteils 134 eintaucht, bildet sich eine U-förmige Labyrinthdichtung 136 zwischen dem Schenkel der Abdeckkappe 144 und der äußeren Umfangsfläche der Lagerhülse 115 bzw. der inneren Umfangsfläche des Rotorbauteils 134, was die Abdichtung gegen Austreten von Fluiddampf aus dem Dichtungsbereich 132 verbessert.
-
6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Spindelmotors mit fluiddynamischem Lagersystem und feststehender Welle 116, bei dem, im Gegensatz zur 3, das freie Ende bzw. der freie Rand der an der Lagerhülse 115 befestigten Abdeckkappe 144 in einen ringförmigen Zwischenraum 148 zwischen dem Außenumfang der Welle 116 und einer inneren Umfangsfläche des Ansatzes 112 der Basisplatte 110 eintaucht und damit einen U-förmigen Luftspalt 136 in Form eines Labyrinthspalts bildet.
-
6B zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Spindelmotors mit fluiddynamischem Lagersystem und feststehender Welle 116, bei dem, im Gegensatz zur 6, das Rotorbauteil 134 einteilig mit der Lagerbuchse 114 ausgeführt ist und aus magnetischem Stahl besteht. Somit ist bei dieser Ausführung kein Rückschlussring 141 erforderlich. Die Welle 116 ist vorzugsweise aus Messing angefertigt.
-
7 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Spindelmotors, gemäß der Erfindung ähnlich wie in 6, wobei jedoch keine Abdeckkappe als separates Bauteil vorliegt, sondern die Abdeckkappe 134a als Teil des Rotorbauteils 134 ausgebildet ist.
-
Dies hat den Vorteil, dass kein separates Bauteil für die Abdeckkappe 134a benötigt wird und kein Montageschritt für die Befestigung der Abdeckkappe 134a vorgesehen werden muss.
-
Das freie Ende bzw. der freie ringförmige Rand der Abdeckkappe 134a ragt wiederum in einen ringförmigen Zwischenraum 148 zwischen dem Außenumfang der Welle 116 und einer inneren Umfangsfläche des Ansatzes 112 der Basisplatte 110 und bildet einen U-förmigen Luftspalt
-
8 offenbart eine Ausgestaltung der Erfindung, bei welcher die Welle 116 vorzugsweise aus Messing besteht und eine einteilig damit ausgebildete Druckplatte 118 aufweist.
-
Die Welle 116 aus Messing zusammen mit der Druckplatte 118 sind in einer Lagerbohrung bzw. einer Aussparung der Lagerbuchse 114 aus Stahl drehbar angeordnet.
-
Eine Lagerhülse ist auf Grund der stählernen Lagerbuchse 114 nicht notwendig.
-
Das Rotorbauteil 134 ist unmittelbar am Außenumfang der Lagerbuchse 114 befestigt.
-
Die Lagerbuchse 114 ist durch eine Abdeckplatte 120 verschlossen, die ebenfalls vorzugsweise aus Stahl besteht und beispielsweise mit der Lagerbuchse 114 verschweißt ist.
-
Das elektromagnetische Antriebssystem mit Statoranordnung 138, Rotormagnet 140 und Rückschlussring 141 sowie die Abdeckkappe 144 mit der Labyrinthdichtung 136 sind ausgebildet wie zuvor beschrieben.
-
9 zeigt eine Ausführungsform eines Spindelmotors ähnlich wie 8, wobei jedoch die Druckplatte 118 als separates Bauteil an der Welle 116 befestigt ist, aber ansonsten den Komponenten von 8 entspricht. Die Druckplatte 118 ist in einer Aussparung der Lagerbuchse 114 angeordnet.
-
In 9 weist die Druckplatte 118 im Bereich der Verbindung am Außenumfang der Welle 116 eine oder mehrere axiale Aussparungen auf, die zusammen mit dem Außenumfang der Welle Rezirkulationskanäle 150 bilden und eine Zirkulation des Lagerfluids im Lagerspalt 122 um die Druckplatte 118 herum erleichtern bzw. ermöglichen.
-
10 zeigt eine Ausgestaltung der Erfindung ähnlich wie 9, bei der jedoch die Druckplatte 118 nicht in einer Aussparung der Lagerbuchse 114 angeordnet ist. Vielmehr ist die Lagerbuchse 114 in ihrem Durchmesser lediglich etwas größer als der Durchmesser der Druckplatte 118, wobei das Rotorbauteil 134 Teil des Lagersystems ist und die Druckplatte 118 an ihrem Außenumfang umschließt. Die Abdeckplatte 120 ist somit an dem Rotorbauteil 134 befestigt.
-
10 zeigt ebenfalls einen Rezirkulationskanal 150 zwischen dem Innenumfang der Druckplatte 118 und dem Außenumfang der Welle 116, welcher die Zirkulation des Lagerfluids im Lagerspalt 122 verbessert.
-
Ansonsten entspricht die Ausgestaltung von 10 der Ausgestaltung von 9, wobei in den 8 bis 10 bzw. 7 bis 10 alle Rotorbauteile 134 vorzugsweise aus Aluminium bestehen.
-
Es ist aber auch möglich, das Rotorbauteil 134, zumindest bei den Ausführungsbeispielen der 7 bis 9, aus einem Kunststoff zu fertigen. Auch ist eine Ausführung aus Stahl wie bei der 6B möglich.
-
11 zeigt ein Rotorbauteil 134 und das elektromagnetische Antriebssystem 138, 140, 141 ohne Lagersystem, wobei auf dem Rotorbauteil 134 ein Lastbauteil 152 befestigt ist.
-
Das Lastbauteil 152 ist beispielsweise auf das Rotorbauteil 134 aufgesetzt und mittels Schrauben 154 befestigt.
Bei dem Lastbauteil 152 kann es sich beispielsweise um einen Träger für optische Komponenten eines Laserscanners handeln.
-
12 zeigt eine ähnliche Konstellation wie 11, bei der das Lastbauteil 152 mittels einer federnden Klammer 156 und Schrauben 154 auf dem Rotorbauteil 134 befestigt ist.
-
13 zeigt eine Ausgestaltung des Spindelmotors mit Kugellagern 158 anstatt mit fluiddynamischen Lagern. Dadurch kann der Spindelmotor in einem größeren Temperaturbereich eingesetzt werden. Insbesondere bei hohen Temperaturen sind Kugellager 158 vorteilhaft gegenüber fluiddynamischen Lagern.
-
Liste der Bezugszeichen
-
- 10
- Basisplatte
- 12
- Ansatz
- 13
- Lagerbuchse
- 14
- Lagerbuchse
- 16
- Welle
- 18
- Druckplatte
- 20
- Abdeckplatte
- 22
- Lagerspalt
- 24
- fluiddynamisches Radiallager
- 26
- fluiddynamisches Radiallager
- 28
- fluiddynamisches Axiallager
- 30
- fluiddynamisches Axiallager
- 32
- Dichtungsspalt
- 34
- Rotorbauteil
- 34a
- innerer Rand
- 34b
- äußerer Rand
- 36
- Luftspalt (Labyrinthspalt)
- 38
- Statoranordnung
- 40
- Rotormagnet
- 42
- Drehachse
- 110
- Basisplatte
- 112
- Ansatz
- 114
- Lagerbuchse
- 115
- Lagerhülse
- 116
- Welle
- 118
- Druckplatte
- 120
- Abdeckplatte
- 122
- Lagerspalt
- 124
- fluiddynamisches Radiallager
- 126
- fluiddynamisches Radiallager
- 128
- fluiddynamisches Axiallager
- 130
- fluiddynamisches Axiallager
- 132
- Dichtungsspalt
- 134
- Rotorbauteil
- 134a
- Abdeckkappe
- 136
- Luftspalt (Labyrinthspalt)
- 138
- Statoranordnung
- 140
- Rotormagnet
- 141
- Rückschlussring
- 144
- Abdeckkappe
- 146
- ringförmiger Zwischenraum
- 148
- ringförmiger Zwischenraum
- 150
- Rezirkulationskanal
- 152
- Lastbauteil
- 154
- Schraube
- 156
- Klammer
- 158
- Kugellager
- Ds
- Innendurchmesser Statoranordnung
- DL
- Außendurchmesser Druckplatte
-
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
-
- DE 102019106064 A1 [0003, 0008]
- DE 102018115051 [0009]
- DE 102014019055 A1 [0010]