DE10239886A1

DE10239886A1 - Hydrodynamisches Lager für einen Spindelmotor

Info

Publication number: DE10239886A1
Application number: DE2002139886
Authority: DE
Inventors: Martin Hafen; Joerg Hoffmann; Olaf Winterhalter
Original assignee: Minebea Co Ltd
Current assignee: Minebea Co Ltd
Priority date: 2002-03-08
Filing date: 2002-08-29
Publication date: 2003-10-30
Anticipated expiration: 2022-08-30
Also published as: DE10239886B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein hydrodynamisches Lager für einen Spindelmotor mit einer Welle, einer die Welle umgebenden Lagerbuchse und einem Widerlager an einem Stirnende der Lagerbuchse, das mit der Lagerbuchse drehfest verbunden ist, wobei zwischen dem Widerlager und dem dem Widerlager zugewandten Wellenende der Welle ein Spurkuppenlager gebildet ist, und wobei die Lagerbuchse und das Widerlager relativ zu der Welle rotieren, wobei die Lagerbuchse an ihrem dem Widerlager zugeordneten Stirnende eine Aussparung aufweist, und das dem Widerlager zugewandte Wellenende und die Aussparung mit näherungsweise komplementärer Gestalt derart ausgebildet sind, daß die Lagerbuchse eine zum Spurkuppenlager entgegengesetzte Kraft aufnimmt.

Description

Die Erfindung betrifft bürstenlose Gleichstrommotoren der Bauart, die als Spindelmotoren in Plattenlaufwerken verwendet werden, und insbesondere ein hydrodynamisches Lager für solche Spindelmotoren.

Plattenlaufwerk-Systeme wurden in Computern und anderen elektronischen Einrichtungen seit vielen Jahren zum Speichern digitaler Information verwendet. Information wird auf konzentrischen Speicherspuren einer magnetischen Platte aufgezeichnet, wobei die tatsächliche Information in Form magnetischer Übergänge in dem Plattenmedium gespeichert ist. Die Platten selbst sind drehbar auf einer motorisch angetriebenen Spindel montiert, wobei auf die Information mittels Wandlern zugegriffen wird, die auf einem Schwenkarm sitzen, der sich radial über die Oberfläche der Platte bewegt. Um einen fehlerfreien Informationsaustausch zu gewährleisten, müssen die Schreibe-/Leseköpfe oder Wandler exakt zu den Speicherspuren auf der Platte ausgerichtet sein. Voraussetzung für einen sicheren Datentransfer ist also eine stabile und präzise Drehlagerung der Spindel.

In bürstenlosen Gleichstrommotoren der beschriebenen Bauart, die als Spindelmotoren in Plattenlaufwerken eingesetzt werden, ist die angetriebene Spindel nach dem Stand der Technik traditionell mit Wälzlagern drehgelagert. Laufgenauigkeit und Präzision werden dadurch erreicht, daß die Lager spielfrei verspannt eingebaut werden. Außerdem kommen Wälzkörper und Lagerringe mit eingeengten Abmessungstoleranzen zum Einsatz. Systembedingte Nachteile, wie störende Abrollgeräusche und eingeschränkte Stoßfestigkeit, wurden bislang billigend in Kauf genommen.

Fluidlager oder hydrodynamische Lager stellen eine erhebliche Verbesserung gegenüber herkömmlichen Kugellagern in Spindelmotoren dar. Bei diesen Arten von Systemen dient ein Schmierfluid - Gas oder Flüssigkeit - zur Trennung der Lagerflächen zwischen einer feststehenden Basis oder Gehäuse und der drehenden Spindel oder Nabe des Motors. Flüssige Schmiermittel umfassen z. B. Öl, komplexere ferromagnetische Fluide oder sogar Luft wurden in hydrodynamischen Lagersystemen eingesetzt.

Hydrodynamische Lager haben gegenüber Kugellagern den Vorteil verbesserter Laufgenauigkeit höherer Stoßfestigkeit und geringerer Geräuschentwicklung.

Spindelmotoren für Datenträgerplatten, bei denen eine mit einem Rotor fest verbundene Motorwelle über ein hydrodynamisches Lagersystem gelagert ist, sind im Stand der Technik bekannt. Ein hydrodynamisches Lagersystem gemäß dem Stand der Technik besteht z. B. aus einer Lagerbuchse, die einseitig von einer Gegenplatte geschlossen sein kann. Innerhalb der Lagerbuchse befindet sich eine Motorwelle, die von einem Fluid, vorzugsweise einem Öl, umgeben ist. An der Innenfläche der Lagerbuchse oder an der Außenfläche der Motorwelle sind ein oder mehrere Rillenmuster vorgesehen, die zur Erzeugung eines hydrodynamischen Lagerdrucks dienen.

Es sind ferner hydrodynamische Lager mit axialem Spurkuppenlager in Niederleistungs- Spindelmotoren bekannt, bei denen die axialen Lagerkräfte in einer Richtung durch Abstützung des Lagers im Drehpunkt an einer Gegenplatte aufgenommen werden und die axiale Gegenkraft magnetisch erzeugt wird, beispielsweise durch das Zusammenwirken von Rotor und Stator. Diese Arten von hydrodynamischen Lagern haben jedoch eine sehr geringe axiale Steifigkeit, und ihre Verwendung beispielsweise in Festplattenlaufwerken ist problematisch, weil solche Anwendungen eine axiale Steifigkeit in beiden Axialrichtungen erfordern. Andererseits haben hydrodynamische Lager mit axialen Spurkuppenlagern den Vorteil eines sehr geringen Reibungsverlusts und somit einer geringen Leistungsaufnahme.

Ein Beispiel eines hydrodynamischen Lagers gemäß dem Stand der Technik, wie er oben beschrieben ist, ist aus dem U.S. Patent 4,934,836 bekannt.

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein hydrodynamisches Lager für einen Spindelmotor, insbesondere zur Verwendung in einem Plattenlaufwerk, anzugeben, das mit geringer Verlustleistung und hohem Wirkungsgrad arbeitet und somit die Leistungsaufnahme des Spindelmotors insgesamt verringert. Ferner soll bei dem hydrodynamischen Lager gemäß der Erfindung sichergestellt sein, daß eine hohe Steifigkeit bei geringen Reibungsverlusten erreicht wird.

Diese Aufgabe wird durch ein hydrodynamisches Lager mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst.

Das erfindungsgemäße Lager umfaßt eine Welle und eine Lagerbuchse, welche die Welle mit geringem radialen Abstand umgreift. An einem Stirnende der Lagerbuchse ist ein Widerlager vorgesehen, das mit der Lagerbuchse drehfest verbunden ist, wobei die Welle an ihrem dem Widerlager zugewandten Wellenende in Verbindung mit dem Widerlager ein Spurkuppenlager bildet. Lagerbuchse und Welle drehen relativ zueinander. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß die Lagerbuchse an ihrem dem Widerlager zugeordneten Stirnende eine Aussparung aufweist und das dem Widerlager zugewandte Wellenende und die Aussparung mit angenähert komplementärer Gestalt derart gestaltet sind, daß die Lagerbuchse eine zum Spurkuppenlager entgegengesetzte Kraft aufnimmt.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Lagerbuchse eine konusähnliche Aussparung auf, in der ein annäherungsweise komplementär geformtes Wellenende aufgenommen wird. Die komplementären Formen des Innenraums der Lagerbuchse und des darin gehaltenen Wellenendes ergeben eine mechanische Stabilisierung der Welle in der Lagerbuchse in radialer und axialer Richtung, wobei die konische Aussparung im Inneren der Lagerbuchse auch verhindert, daß die Welle axial aus der Buchse herausverschoben werden kann. Axiale Kräfte in der Gegenrichtung nimmt das in der Lagerbuchse ausgebildete Widerlager auf, das mit der Spurkuppe am Wellenende in Kontakt ist.

Die Aussparung der Lagerbuchse und das zugehörige Wellenende sind so ausgebildet, daß die Lagerbuchse radiale und axiale Lagerkräfte aufnimmt. Durch eine Veränderung der Gestalt der Aussparung und des Wellenendes, insbesondere eine Veränderung der Steigung oder Krümmung der Innenwände der Aussparung bzw. der Außenseite der Welle können, die axialen und radialen Kräfte, die von dem Lager aufgenommen werden, eingestellt werden.

Bei dem erfindungsgemäßen Lager sind zusätzliche Radial- oder Axiallager, neben den oben beschriebenen, nicht notwendig. Es können jedoch ein oder mehr Radiallager an einem geradlinigen Abschnitt der Welle vorgesehen sein, wenn zusätzliche horizontale Stabilisierung erforderlich ist.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Die Erfindung sieht auch einen Spindelmotor mit einem hydrodynamischen Lager der beschriebenen Art sowie ein Plattenlaufwerk mit einem solchen Spindelmotor vor.

Die Spurkuppenlagerung der Welle kann dadurch realisiert werden, daß die Welle an ihrem Stirnende abgeschrägt oder gerundet ist oder daß die Welle an ihrem Stirnende auf einem erhabenen Drehpunkt auf dem Widerlager, beispielsweise einer Gegenplatte oder dergleichen, aufsitzt. In bevorzugten Ausführungsformen ist die Welle konisch, sphärisch oder in anderer Gestalt an ihrem Wellenende verdickt, und die die Welle umgebende Lagerbuchse ist näherungsweise komplementär zu dem Wellenende ausgebildet, so daß die Lagerbuchse verhindert, daß sich die Welle von dem Widerlager wegbewegt, sowie axiale und radiale Lagerkräfte aufnimmt. Vorzugsweise sind das Wellenende und die die Welle umgebende Lagerbuchse im Verhältnis zueinander so dimensioniert, daß zwischen diesen zumindest teilweise ein Kapillarspalt vorgesehen ist, bei dem ein hydrodynamisches Lager gebildet ist. Wellenende und die die Wellenende umgebende Lagerbuchse sind insbesondere so gestaltet, daß die Lagerbuchse radiale und axiale Kräfte aufnehmen kann, die von dem Wellenende auf die Innenseite der Lagerbuchse ausgeübt werden. Das so gestaltete hydrodynamische Lager kann in jeder Ausrichtung ohne Beeinträchtigung seiner Zuverlässigkeit eingesetzt werden.

Die Erfindung ist im folgenden anhand bevorzugter Ausführungsformen mit Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert. In den Figuren zeigt:
Fig. 1 eine Schnittdarstellung durch einen elektronischen Spindelmotor mit einem hydrodynamischen Lager gemäß der Erfindung;
Fig. 2 eine Schnittdarstellung durch eine alternative Ausführungsform des hydrodynamischen Lagers gemäß der Erfindung;
Fig. 3 eine Schnittdarstellung durch eine weitere Ausführungsform des hydrodynamischen Lagers gemäß der Erfindung; und
Fig. 4 eine Schnittdarstellung durch eine nochmals abgewandelte Ausführungsform des hydrodynamischen Lagers gemäß der Erfindung.
Der in Fig. 1 gezeigte Spindelmotor umfaßt einen Flansch oder eine Grundplatte 10 zur Befestigung an einem Plattenlaufwerk, das in der Figur nicht gezeigt ist. Der Flansch 10 ist drehfest mit einer Lagerbuchse 12 zur Lagerung einer Welle 14 verbunden. Ein Rotor 16 ist drehfest mit der Welle 14 verbunden und dreht relativ zu dem Flansch 10 und der Lagerbuchse 12. Ein Stator 18 ist mit dem Flansch 10 drehfest verbunden.
Der Rotor 16 umfaßt eine Nabe 20 und die Welle 14, welche koaxial an der Rotornabe 20 befestigt ist. Ein Rotormagnet 22 ist mit der Innenseite einer Umfangswand der Rotornabe 20 verbunden, z. B. mit dieser verpreßt oder verklebt. Die Außenseite dieser Umfangswand der Rotornabe 20 ist so geformt, daß sie eine oder mehrere Magnetplatten (nicht gezeigt) halten kann.
Der Stator 18 umfaßt einen Kern 24 und Statorwicklungen 26, die um den Kern 24 gewickelt sind. Stator 18 und Rotor 16 sind über einen konzentrischen Spalt geringer Dicke, dem Arbeitsluftspalt, zueinander beabstandet.
Die Lagerbuchse 12 ist einseitig durch eine Gegenplatte 30 verschlossen, die ein Widerlager für das umschlossene Ende der Welle 14 bildet.
Die Lagerbuchse 12 ist ein zylindrisches Bauteil, das erfindungsgemäß in mehrere Abschnitte aufgeteilt werden kann, bei der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform in vier Abschnitte, die unterschiedliche Innendurchmesser haben. Die vier Abschnitte sind in Fig. 1 mit 32, 34, 36 und 38 bezeichnet.
Der erste Abschnitt 32 der Lagerbuchse 12 hat einen konstanten Innendurchmesser A, mit der Ausnahme, daß der Innendurchmesser des ersten Lagerbuchsenabschnittes 32 in der Nähe des offenen Endes der Lagerbuchse 12 geringfügig zunimmt, um einen konischen Ringspalt 40 zwischen der Lagerbuchse 12 und der Welle 14 zu bilden, der als eine sogenannte Kapillardichtung dient. Die Grundlagen solcher "Kapillardichtungen" sind z. B. in dem U.S. Patent Nr. 5,667,309 beschrieben. Der konische Freiraum bildet ein Ausdehnungsvolumen und Reservoir, das mit dem Lagerspalt in Verbindung steht und in den das Lagerfluid aufsteigen kann, wenn der Fluidpegel bei zunehmender Temperatur ansteigt. Dadurch wird verhindert, daß Lagerfluid aus der Lagerbuchse austritt.
Der zweite Abschnitt 34 der Lagerbuchse 12 hat einen, ausgehend vom ersten Abschnitt 32 linear zunehmenden Innendurchmesser und grenzt eine kegelstumpfförmige Aussparung 42 ein. Der Innendurchmesser des zweiten Lagerbuchsenabschnittes 34 ist gleich A + 2m.Y, wobei A der Innendurchmesser des ersten Abschnittes 32 ist, m ist die Neigung des zweiten Lagerbuchsenabschnittes 34, und Y ist die Länge des zweiten Abschnittes 34 in Längsrichtung der Lagerbuchse 12.
Der dritte Lagerbuchsenabschnitt 36 hat wiederum einen konstanten Innendurchmesser B, der gleich dem maximalen Innendurchmesser des zweiten Lagerbuchsenabschnittes 34 ist. Der vierte Lagerbuchsenabschnitt 38 hat schließlich wiederum einen konstanten Innendurchmesser C, der in der Regel größer ist als der Innendurchmesser B des dritten Lagerbuchsenabschnittes 36. Der vierte Lagerbuchsenabschnitt 38 dient zum Aufnehmen der als Widerlager dienenden Gegenplatte 30 in dem Ende der Lagerbuchse 12, beispielsweise durch Einpressen oder Einkleben.
Die Welle 14 kann in vier Abschnitte aufgeteilt werden, welche in Fig. 1 mit 44, 46, 48 und 50 bezeichnet sind.
Der erste Wellenabschnitt 44 ist in die Rotornabe 20 eingepaßt und mit dieser starr verbunden. Der zweite Wellenabschnitt 46 ist mit konstantem Außendurchmesser, geradlinig ausgebildet und erstreckt sich durch den ersten Abschnitt 32 der Lagerbuchse 12 und, bei der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform geringfügig über diesen ersten Abschnitt hinaus in die kegelstumpfförmige Aussparung 42. Dieser zweite Wellenabschnitt 46 hat einen geringfügig kleineren Außendurchmesser als der Innendurchmesser des ersten Lagerbuchsenabschnittes 32, so daß ein Lagerspalt (nicht gezeigt) zwischen der Welle 14 und der Lagerbuchse 12 gebildet ist.
Der dritte Wellenabschnitt 48 grenzt an den zweiten Wellenabschnitt 46 an und ist mit annähernd komplementärer Gestalt zu der kegelstumpfförmigen Aussparung 42 ausgebildet, die durch den zweiten Lagerbuchsenabschnitt 34 eingegrenzt wird. Der Außendurchmesser des dritten Wellenabschnittes 48 ist geringfügig kleiner als der Innendurchmesser des zweiten Lagerbuchsenabschnittes 34. Bei der gezeigten Ausführungsform ist der Außendurchmesser des dritten Wellenabschnittes 48 ferner nicht kegelstumpfförmig, sondern kuppelförmig ausgebildet, so daß zwischen diesem Wellenabschnitt 48 und der Lagerbuchse 12 kein flächiger, sondern allenfalls ein Linienkontakt entstehen kann. Insbesondere nimmt der Außendurchmesser des dritten Wellenabschnittes 48 zunächst schneller zu als der Innendurchmesser des zweiten Buchsenabschnittes 34, bis ungefähr zur Mitte des zweiten Buchsenabschnittes 34, und anschließend nimmt der Außendurchmesser des dritten Wellenabschnittes 48 langsamer zu als der Innendurchmesser des zweiten Buchsenabschnittes 34, so daß der Abstand zwischen dem zweiten Buchsenabschnitt 34 und dem dritten Wellenabschnitt 48 ungefähr in der Mitte des zweiten Buchsenabschnittes 34 minimal wird.
In diesem Zusammenhang bedeutet "annähernd komplementäre Gestalt", daß der dritte Wellenabschnitt 48 so ausgebildet ist, daß er ungefähr an die Form der Aussparung 42 angepaßt ist, um mit dieser einer Flächenkontakt oder Linienkontakt herstellen zu können. Zwischen dem dritten Wellenabschnitt 48 und der Aussparung 42 in der Lagerbuchse ist jedoch wenigstens noch ein kapillarer Spalt vorgesehen, der der Bildung eines hydrodynamischen Lagers dient. Der zwischen dem dritten Wellenabschnitt 48 und der Aussparung 42 freibleibende Raum hat somit wenigstens die Abmessungen eines Kapillarspaltes, kann in einigen Bereichen des dritten Wellenabschnitts 48 jedoch auch größer als ein Kapillarspalt sein. Dieser mit Lagerfluid gefüllte freie Raum sollte jedoch nicht so groß sein, daß bei Drehung der Welle 14 durch eine Verwirbelung des Fluids in diesem Raum größere Reibungsverluste entstehen.
Der vierte Wellenabschnitt 50 schließt sich an den dritten Wellenabschnitt 48 an und liegt in axialer Richtung in etwa auf der Höhe des dritten Buchsenabschnittes 36. Der Außendurchmesser des vierten Wellenabschnittes 50 nimmt relativ schnell ab und beträgt am Wellenende null. Dadurch wird durch den vierten Wellenabschnitt 50 am Wellenende 52 eine Spurkuppe gebildet, die mit der Gegenplatte 30 in Kontakt treten kann, um ein Spurkuppenlager zu bilden. Dieses Spurkuppenlager ergibt sich bei der gezeigten Ausführungsform durch ein abgerundetes Wellenende 52, wobei der Krümmungsradius je nach Anforderung an das Lager gewählt wird und gegen unendlich gehen kann. Erfindungsgemäß kann auch vorgesehen sein, daß das Wellenende 52 abgeflacht ist und das Spurkuppenlager durch eine geeignete Ausbildung der Gegenplatte 30 erzeugt wird.
Der Lagerspalt 54, der aus den Freiräumen zwischen der Lagerbuchse 12, der Gegenplatte 30 und der Welle 14 gebildet wird, ist mit einem geeigneten Schmierfluid, beispielsweise Öl, gefüllt. Eine Druck erzeugende Rillenstruktur kann an der Oberfläche des zweiten Buchsenabschnittes 34 und/oder an der Oberfläche des dritten Wellenabschnittes 48 ausgebildet sein, um eine konische Lagerfläche zu bilden, die axiale und radiale Lagerkräfte aufnimmt. Die Rillenstruktur wird vorzugsweise so ausgebildet, daß die Rillen ungefähr an dem Punkt zentriert sind, an dem der Abstand zwischen dem zweiten Buchsenabschnitt 34 und dem dritten Wellenabschnitt 48 minimal ist. An dieser Stelle wird ein maximaler Druck erzeugt. Die Rillenstruktur kann beispielsweise die Form von Spiralen oder Fischgrätmustern haben.
Das beschriebene konische Lager stabilisiert den Rotor in horizontaler und axialer Richtung und verhindert, daß sich die Welle 14 aus der Lagerbuchse 12 herausbewegen kann. Eine Bewegung des Rotors und der Welle in der Gegenrichtung wird durch den physischen Kontakt zwischen dem Wellenende 52 und der Gegenplatte 30 verhindert. Axial- und Radiallager können am Wellenende 52 sowie zwischen dem zweiten Lagerbuchsenabschnitt 34 und dem dritten Wellenabschnitt 48 gebildet werden. Zusätzliche Axial- und Radiallager sind bei dieser Ausführungsform der Erfindung grundsätzlich nicht notwendig. Es können jedoch ein oder zwei zusätzliche Radiallager hinzugefügt werden, indem Rillenstrukturen auf der Innenfläche des ersten Buchsenabschnittes 32 oder der Außenfläche des zweiten Wellenabschnittes 46 ausgebildet werden, wenn die spezifische Anwendung des hydrodynamischen Lagers zusätzliche horizontale Stabilisierung erfordert. Ferner können Druck erzeugende Rillenstrukturen am Boden des vierten Wellenabschnittes 50, beim Wellenende 52, oder auf der Oberseite der Gegenplatte 42 ausgebildet werden, um den Kontakt zwischen der Welle 14 und der Gegenplatte 30 zu minimieren.
Die beschriebene Ausführungsform des erfindungsgemäßen Spindelmotors kann auf zahlreiche Weise modifiziert werden, insbesondere dadurch, daß die Welle feststehend und die Nabe drehend ausgebildet werden. In diesem Fall würde die Welle 14 drehfest mit der Gegenplatte 32 verbunden, und die Lagerbuchse 12 würde drehfest mit der Nabe 20 verbunden.
Weitere Abwandlungen des hydrodynamischen Lagers gemäß der Erfindung sind in den Fig. 3 bis 4 gezeigt, wobei entsprechende Komponenten mit denselben Bezugszeichen wie in Fig. 1 bezeichnet sind.
Die verschiedenen Ausführungsformen des hydrodynamischen Lagers gemäß den Fig. 2 bis 4 werden im folgenden lediglich in bezug auf die Unterschiede zu Fig. 1 beschrieben. Sie unterscheiden sich von der Ausführungsform des hydrodynamischen Lagers der Fig. 1 grundsätzlich dadurch, daß der zweite Abschnitt 34 der Lagerbuchse 12 und der dritte Abschnitt 48 der Welle 14 genau komplementär zueinander ausgebildet sind, so daß der Abstand zwischen dem Innendurchmesser des zweiten Lagerbuchsenabschnittes 34 und dem Außendurchmesser des dritten Wellenabschnittes 48 konstant ist und ein gleichmäßiger Lagerspalt 54 zwischen diesen gebildet ist. Durch diese Gestaltung wird eine noch bessere Stabilisierung der Welle 14 in der Lagerbuchse 12 in axialer und radialer Richtung erreicht.
Bei der Ausführungsform der Fig. 2 ist der dritte Wellenabschnitt 48 kegelstumpfförmig und komplementär zu dem zweiten Lagerbuchsenabschnitt 34 ausgebildet. Darüberhinaus sind Lagerbuchse 12 und Welle 14 im wesentlichen wie in Fig. 1 gestaltet. Bei den Ausführungsformen der Fig. 3 und 4 ist jeweils der zweite Lagerbuchsenabschnitt 34 mit einer kuppelförmigen Aussparung komplementär zu dem dritten Wellenabschnitt 48 ausgebildet. Darüberhinaus sind Lagerbuchse 12 und Welle 14 im wesentlichen wie in Fig. 1 gestaltet. Die Ausführungsformen der Fig. 3 und 4 unterscheiden sich durch den unterschiedlichen Krümmungsradius des kuppelförmigen Wellenabschnittes 48 bzw. Lagerbuchsenabschnittes 34.
Durch die Wahl verschiedener Krümmungsradii des kuppelförmigen dritten Wellenabschnittes 48 und/oder kuppelförmigen zweiten Lagerbuchsenabschnittes 34 und/oder durch die Wahl unterschiedlicher Steigungen dieser Abschnitte von Lagerbuchse 12 und Welle 14 ist es möglich, die axialen und radialen Komponenten des Lagers nach Bedarf einzustellen. Zu diesem Zweck können auch verschiedene Kombinationen von unterschiedlichen Krümmungen und/oder Steigungen der genannten Abschnitte gewählt werden. Zusätzlich können, wie bei der Ausführungsform der Fig. 1, Rillenstrukturen an einer der gegenüberliegenden Lagerflächen ausgebildet sein.
In den Fig. 2 bis 4 sind ferner Rillenstrukturen 56 gezeigt, die im Bereich des zweiten Wellenabschnitts 46 bzw. ersten Lagerbuchsenabschnitts 32 als zusätzliche radiale Stützlager ausgebildet sein können, um die Kippsteifigkeit des hydrodynamischen Lagers zu erhöhen.
Die kuppelförmige oder sphärische und die kegelstumpfförmige oder konische Ausbildung der Welle 14 und der Lagerbuchse 12 im Bereich der Aussparung 42 (Fig. 1) beeinflußt auf unterschiedliche Weise das Lagerverhalten und insbesondere die Aufnahme radialer und axialer Kräfte, die Lagersteifigkeit sowie die Lagerverluste. Zur Optimierung des Lagers für den jeweiligen Anwendungsfall können daher unterschiedliche Gestaltungen von Welle 14 und Lagerbuchse 12 kombiniert werden, um die radialen und axialen Kräfte sowie einen flächigen oder Punktkontakt im Bereich der Aussparung 42 einzustellen.
Die in der vorstehenden Beschreibung, den Figuren und den Ansprüchen dargelegten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Ausgestaltung der Erfindung in den verschiedenen Ausführungsformen von Bedeutung sein. Bezugszeichenliste 10 Flansch oder Grundplatte
12 Lagerbuchse
14 Welle
16 Rotor
18 Stator
20 Rotornabe
22 Rotormagnet
24 Statorkern
26 Statorwicklungen
28 Spalt
30 Gegenplatte, Widerlager
32 erster Lagerbuchsenabschnitt
34 zweiter Lagerbuchsenabschnitt
36 dritter Lagerbuchsenabschnitt
38 vierter Lagerbuchsenabschnitt
40 konischer Ringspalt
42 kegelstumpfförmige Aussparung
44 erster Wellenabschnitt
46 zweiter Wellenabschnitt
48 dritter Wellenabschnitt
50 vierter Wellenabschnitt
52 Wellenende
54 Lagerspalt
56 Rillenstruktur

Claims

1. Hydrodynamisches Lager für einen Spindelmotor mit
einer Welle (14),
eine Lagerbuchse (12), welche die Welle (14) mit geringem radialen Abstand umgreifen, und
einem Widerlager (30) an einem Stirnende der Lagerbuchse (12), das mit der Lagerbuchse drehfest verbunden ist,
wobei zwischen dem Widerlager (30) und dem dem Widerlager (30) zugewandten Wellenende (52) der Welle (14) ein Spurkuppenlager gebildet ist, und
wobei die Lagerbuchse (12) und die Welle (14) relativ zueinander rotieren,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Lagerbuchse (12) an ihrem dem Widerlager (30) zugeordneten Stirnende eine Aussparung (42) aufweist, und
das dem Widerlager (30) zugewandte Wellenende (52) und die Aussparung (42) mit näherungsweise komplementärer Gestalt derart gestaltet sind, daß die Lagerbuchse (12) eine zum Spurkuppenlager entgegengesetzte Kraft aufnimmt.

2. Hydrodynamisches Lager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Lagerbuchse (12) eine konusähnliche Aussparung (42) zur Aufnahme eines näherungsweise komplementär geformten Wellenendes ausgebildet ist.

3. Hydrodynamisches Lager nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerbuchse (12) einen ersten Abschnitt (32) mit einem im wesentlichen konstanten Innendurchmesser zur Aufnahme eines geradlinigen Wellenabschnittes (46) aufweist.

4. Hydrodynamisches Lager nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerbuchse (12) einen zweiten Abschnitt (34) mit einem linear zunehmenden Innendurchmesser, der an den ersten Abschnitt (32) angrenzt und eine kegelstumpfförmige Aussparung (42) bildet, einen dritten Abschnitt (36) mit konstantem Innendurchmesser, der an den zweiten Abschnitt (34) angrenzt, und einen vierten Abschnitt (38), der an den dritten Abschnitt (36) angrenzt und in den das Widerlager (30) eingepaßt ist, aufweist.

5. Hydrodynamisches Lager nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerbuchse (12) einen zweiten Abschnitt (34) mit einem allmählich zunehmenden Innendurchmesser, der an den ersten Abschnitt (32) angrenzt und eine kuppelförmige Aussparung (42) bildet, einen dritten Abschnitt (36) mit konstantem Innendurchmesser, der an den zweiten Abschnitt (34) angrenzt, und einen vierten Abschnitt (38), der an den dritten Abschnitt (36) angrenzt und in den das Widerlager (30) eingepaßt ist, aufweist.

6. Hydrodynamisches Lager nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Innendurchmesser von jeweils zwei benachbarten Lagerbuchsen-Abschnitte an ihren angrenzenden Enden jeweils gleich sind.

7. Hydrodynamisches Lager nach Anspruch 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das dem Widerlager (30) zugewandte Wellenende (52) in der in dem zweiten und dem dritten Lagerbuchsen-Abschnitt (34, 36) gebildete Aussparung aufgenommen ist.

8. Hydrodynamisches Lager nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das dem Widerlager (30) zugewandte Wellenende (52) einen ersten Abschnitt (48) aufweist, der an den geradlinigen Wellenabschnitt angrenzt und kegelstumpfförmig oder kuppelförmig ausgebildet ist, sowie einen zweiten Abschnitt (50), der an den ersten Abschnitt angrenzt und den wellenseitigen Teil des Spurkuppenlagers bildet.

9. Hydrodynamisches Lager nach einem der Ansprüche 3-8, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem ersten Abschnitt (32) der Lagerbuchse und dem geradlinigen Wellenabschnitt (46), an dem dem Widerlager (30) gegenüberliegenden Stirnende der Lagerbuchse (12) ein konischer Freiraum (40) zur Bildung einer Kapillardichtung vorgesehen ist.

10. Hydrodynamisches Lager nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Aussparung (42) der Lagerbuchse und dem näherungsweise komplementär geformten Wellenende (48) ein Lager mit einer axialen und einer radialen Lagerkomponente gebildet ist.

11. Hydrodynamisches Lager nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale und die radiale Lagerkomponente durch Verändern der Steigung oder der Krümmung der konusähnlichen Aussparung (42) der Lagerbuchse und/oder des näherungsweise komplementär geformten Wellenendes (48) einstellbar sind.

12. Hydrodynamisches Lager nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Aussparung (42) und/oder des näherungsweise komplementär geformten Wellenendes (48) eine Rillenstruktur ausgebildet ist.

13. Hydrodynamisches Lager nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Spurkuppenlager mit einem Radius ausgebildet ist, der gegen unendlich geht.

14. Hydrodynamisches Lager nach Anspruch 3 und einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich des geradlinigen Wellenabschnitts (46) wenigstens ein Radiallager mit einer Rillenstruktur (56) ausgebildet ist.

15. Hydrodynamisches Lager nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerbuchse (12) feststehend und die Welle (14) drehend ausgebildet sind.

16. Spindelmotor mit einem hydrodynamischen Lager nach einem der vorangehenden Ansprüche.

17. Plattenlaufwerk mit einem Spindelmotor nach Anspruch 16.