DE19734606A1 - Festplattenspeicher mit Antrieb und Schutz gegen Verunreinigung - Google Patents

Description

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Antrieb für einen Festplattenspeicher nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Aus der japanischen Veröffentlichung 8-331821 ist ein derartiger Festplattenspeicher bekannt geworden, bei dem in an sich bekannter Weise auf einem Stator eine feststehende Welle angeordnet ist, an welcher ein Wicklungskopf befestigt ist. Auf der Welle sind voneinander beabstandete Lager befestigt, welche einen Rotor tragen, auf dem drehfest ein oder mehrere magnetische Datenträger angeordnet sind.

Einen ergänzenden Stand der Technik zeigt die Schrift DE 33 40 170 C2, die eine Magnetplatten-Speicheranlage ausgestattet mit Luftfilter beschreibt.

Bei derartigen Festplattenspeichern besteht stets das Problem, daß in dem Reinraum, in dem die Datenträger rotieren, Schmutzpartikel von dem Antrieb her eingetragen werden können.

In der gesagten japanischen Vorveröffentlichung JP 8-331821 soll das Eindringen von Schmutzpartikeln aus dem Antrieb in den Reinraum dadurch vermieden werden, daß eine Entlüftung des Wickelraumes des Antriebes nach außen hin durch die Nabe erfolgt. Wenn der Wickelkopf sich aufgrund des Stromdurchflusses erwärmt, wird nämlich das Luftvolumen vergrößert und dieses sich vergrößernde Luftvolumen soll nach außen abgeleitet werden. Hierbei ist gezeigt, daß eine zentrale Bohrung in der Nabe vorhanden ist, die nach außen führt und die nach außen durch eine Filterscheibe abgedichtet wird. Eine derartige Anordnung hat jedoch den Nachteil, daß es einen Zugang zur äußeren Atmosphäre gibt, welcher Zugang lediglich durch eine Filterscheibe abgedeckt wird. Dadurch besteht aber die Gefahr, daß trotz des Vorhandenseins der Filterscheibe von außen her Verunreinigungen in den Reinraum eingetragen werden, und im übrigen besteht der Nachteil, daß entsprechende Druckunterschiede, die aufgrund der Rotation im Reinraum entstehen, durch die besagte Entlüftung im Wickelraum nicht beseitigt werden. Bei dieser Druckschrift besteht sogar der Nachteil, daß beim Betrieb eines derartigen Festplattenspeichers die Luft durch die Filterscheibe von außen her angesaugt wird und - in nicht erwünschter Weise - durch die Kugellager in den Plattenspeicherraum getragen wird, wobei die Gefahr besteht, daß entsprechende Verunreinigungen von den Lagern abgerissen und in den Reinraum eingetragen werden können.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen Festplattenspeicher mit Antrieb, der unter Reinraumbedingungen arbeitet, so weiterzubilden, daß die Gefahr der Verunreinigungen in den Festplattenspeicherraum wesentlich verringert wird.

Zur Lösung der gestellten Aufgabe ist die Erfindung durch die technische Lehre des Anspruches 1 gekennzeichnet.

Das Wesen der Erfindung liegt darin, daß nun erfindungsgemäß ein Luftausgleich in dem in sich abgeschlossenen Reinraum des Festplattenspeichers erfolgt, wobei erfindungsgemäß keinerlei Entlüftung nach außen hin erfolgt.

Das Luftvolumen an den Grenzflächen der Speicherplatten hat durch Reibung und Zentrifugalkräfte durch die Rotation des Motors und der angeflanschten Speicherplatten das Bestreben radial auszuweichen. Dadurch entsteht im Innern des Motors ein Unterdruck. Wenn Luft in diesen Motorraum nachströmt, werden damit auch Partikel aus dem Inneren des Motors in den Luftraum der HDD gespült. Diese Kontamination kann schwere Funktionsstörungen bis hin zu einem Totalausfall der HDD nach sich ziehen. Durch einen Bypass, der den Innenraum kurzschließt, kann ein Druckausgleich erzielt werden, ohne daß die Luft an verunreinigten Flächen entlangströmen muß. Damit werden keine Partikel mehr freigesetzt. Es besteht bei diesem Prinzip keinerlei Luftaustausch mit der Umgebungsluft außerhalb der HDD. Das System ist ein geschlossener Kreislauf.

Erfindungsgemäß wird also eine Entlüftung nach außen vermieden, und es werden nun erstmals die durch die Drehung der Festplatten entstehenden Luftdruckunterschiede im Reinraum durch die erfindungsgemäße Bypass-Luftführung ausgeglichen.

Es wurde nämlich festgestellt, daß beim Betrieb eines derartigen Festplattenspeichers am radial außen liegenden Umfang der Datenträger ein höherer Luftdruck besteht als vergleichsweise im Drehmittelpunkt der Nabe, was dazu führt, daß die Luft das Bestreben hat, sich auszugleichen und von dem Ort höheren Luftdrucks in den Ort niedrigeren Luftdrucks zurückströmt. Hierbei wurde nun festgestellt, daß derartige Entlüftungsphänomene gerade in unerwünschter Weise durch die Verunreinigungen tragenden Lager erfolgen, was dazu führt, daß dann schließlich auch der Reinraum des HDD mit Partikeln verunreinigt wird.

Die Erfindung vermeidet diesen Nachteil, indem bewußt Entlüftungen im radial äußeren Raum des Reinraumes in luftschlüssiger Verbindung zu den radial innenliegenden Teilen geführt werden, wobei absichtlich die Lagerräume nicht mit durchspült werden und - im Gegenteil - von diesen Ausgleichsluftströmen freigehalten werden, um zu vermeiden, daß in unerwünschter Weise Kontaminationen aus den Lagern in den Reinraum herausgetragen werden.

Die Lager können gekapselt bzw. abgedichtet sein. Weitere konstruktive Merkmale sowie bevorzugte Ausführungsformen gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Der Erfindungsgegenstand der vorliegenden Erfindung ergibt sich nicht nur aus dem Gegenstand der einzelnen Patentansprüche, sondern auch aus der Kombination der einzelnen Patentansprüche untereinander.

Alle in den Unterlagen, einschließlich der Zusammenfassung, offenbarten Angaben und Merkmale, insbesondere die in den Zeichnungen dargestellte räumliche Ausbildung werden als erfindungswesentlich beansprucht, soweit sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von mehrere Ausführungswege darstellenden Zeichnungen näher erläutert. Hierbei gehen aus den Zeichnungen und ihrer Beschreibung weitere erfindungswesentliche Merkmale und Vorteile der Erfindung hervor.

Es zeigen:

Fig. 1 schematisiert einen Schnitt durch einen Spindelmotor in einer ersten Ausführungsform;

Fig. 1a ein Druck-Durchmesser-Diagramm;

Fig. 2 schematisiert einen Schnitt durch einen Spindelmotor in einer zweiten Ausführungsform;

Fig. 3 einen Spindelmotor in einer dritten Ausführungsform.

In Fig. 1 ist ein an sich bekannter Spindelmotor dargestellt, der aus einer Statorplatte 1 besteht, auf der eine Nabe 2 drehfest befestigt ist. Die Nabe 2 trägt übereinanderliegend zwei voneinander beabstandete Lager 3, 4, die ihrerseits mit ihrem äußeren, drehbaren Teil mit einem Rotor 7 drehfest verbunden sind.

Die Statorplatte 1 trägt im weiteren einen Wickelkopf 5, der in einem Wickelraum 6 des Stators ringsumlaufend angeordnet ist.

Zum Rotor 7 gehört in an sich bekannter Weise noch ein permanentmagnetischer Magnetring 11 und ein magnetisch leitfähiger Rückschlußring 12.

Der Rotor 7 ist drehfest mit mehreren Datenträgern 15 verbunden, die in einem Innenraum 13 eines an sich luftdicht abgeschlossenen Gehäuses 14 rotieren.

Der Innenraum 13 des Gehäuses 14 ist über nicht näher dargestellte, labyrinthförmige Dichtungen zur Atmosphäre hin zugänglich, wobei die Dichtungslänge dieser Labyrinthdichtungen so groß gewählt ist, daß im Idealfall kein Luftaustausch mit der Atmosphäre stattfindet. Dies ist ein wesentlicher Unterschied zu der japanischen Vorveröffentlichung.

Es hat sich nun gemäß der Fig. 1a gezeigt, daß bei einem derartigen rotierenden Festplattenspeicher bei der Position 19 (d. h. also radial auswärts) der Datenträger 15 eine höhere Luftgeschwindigkeit ergibt als bei dem radial innenliegenden Teil dieser Datenträger 15, wo bei Position 20 eine niedrigere Luftgeschwindigkeit 21 erreicht wird. Weil also die Luftgeschwindigkeit vom radial inneren Teil des Innenraumes 13 zum radial äußeren Teil ansteigt, kommt es zu entsprechenden Druckunterschieden, und es gibt Tendenzen während des Betriebes, daß sich der Druck schlagartig ausgleicht. Ein derartiger Druckausgleich hat bisher in unerwünschter Weise auch durch die Lager 3, 4 stattgefunden, wodurch Verunreinigungen in den Innenraum 13 gerissen wurden.

Dies wird nun gemäß der vorliegenden Erfindung dadurch vermieden, daß in der Nabe 2 oder parallel zur Nabe mit entsprechenden Parallelbohrungen eine oder mehrere Bohrungen 8 angeordnet sind, welche luftschlüssig mit einem Bypasskanal 9 verbunden sind, der von dem radialen Innenraum zu dem radialen Außenraum durch die Statorplatte 1 hindurchgeführt ist. Bei diesem Bypasskanal 9 kann es sich z. B. um drei am Umfang gleichmäßig im Winkel von 120° versetzte Kanäle handeln, die sich strahlenförmig nach außen erstrecken, wobei der jeweilige Bypasskanal 9 in den Luftspalt 10 zwischen dem radial äußeren Luftspalt zwischen der Statorplatte 1 und dem Rotor 7 mündet.

Es ergibt sich dann die in Pfeilrichtungen in Fig. 1 angegebene Kreislaufluftströmung 22, welche einen Druckausgleich zwischen dem radial innenliegenden Teil 20 und dem radial außenliegenden Teil 19 des Innenraumes 13 bewirkt.

Wegen diesem zwangsläufigen Druckausgleich kann es dann nicht mehr zu diesen schlagartigen Ausgleichsphänomenen kommen, welche den Lagerraum der Lager 3, 4 in unerwünschter Weise durchspülen. Die Lager 3, 4 sind also absichtlich von dieser Ausgleichsströmung ausgenommen, so daß nicht mehr die Gefahr besteht, daß Luft aus diesen Lagerräumen und aus den umgebenden Teilen dieser Lager herausgerissen wird.

Es versteht sich von selbst, daß ein Druckunterschied - wie in Fig. 1a dargestellt - nicht nur zwischen den Positionen 19, 20 besteht, sondern auch im Bereich zwischen diesen Positionen, d. h. z. B. auch in dem Wicklungskopf ist einem derartigen Druckunterschied ausgesetzt, und die Fig. 2 zeigt eine Möglichkeit, wie auch der Wicklungsraum 6 mit einer derartigen Bypassluftströmung ausgeglichen werden kann.

Es hat sich nämlich herausgestellt, daß von den Wicklungsköpfen 5 praktisch keine Verunreinigungen ausgehen, so daß auch dieser Wicklungsraum 6 in den Ausgleichsluftstrom einbezogen werden kann, so wie dies in Fig. 2 dargestellt ist. Hier sind wiederum drei kürzere Bypasskanäle 9 in der Statorplatte eingearbeitet und sind luftschlüssig einerseits mit der Längsbohrung in der Nabe 2 verbunden, die aus Fertigungsgründen an ihrer Unterseite fest mit einer zugeordneten Scheibe 23 verschlossen ist. Der durch den Bypasskanal 9 strömende Luftstrom 22 durchströmt erfindungsgemäß zunächst den radial innenliegenden Luftspalt 16, durchströmt den Wickelraum 6 und tritt dann durch einen Kanal 17 in der Statorplatte 1 in den radial außenliegenden Luftspalt 10 ein, wo der Kanal 17 in diesen Luftspalt 10 mündet.

Der Kanal 17 ist bei bekannten Spindelmotoren in der Regel immer vorhanden, so daß es wesentlich ist, daß lediglich luftschlüssige Bohrungen durch die Nabe 2 hindurch führen und mit radial nach außen gerichteten Bypasskanälen 9 luftschlüssig verbunden sind.

In Fig. 3 ist als weiteres Beispiel dargestellt, daß die Nabe 2 vollständig verschlossen ist und keinerlei luftführende Bohrungen trägt, wobei dann ein Druckausgleich nur noch im radial äußeren Bereich stattfindet, nämlich im Bereich des radial außenliegenden Luftspaltes 10 in Verbindung zu einer noch weiter radial außenliegenden Öffnung 18, wobei die beiden Teile durch radial nach außen führende Bypasskanäle 9 verbunden sind, durch welche wiederum die erwähnte Luftströmung 22 strömt.

Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsformen der Spindelmotoren beschränkt. Es ist selbstverständlich möglich, den Stator mit dem Rotor zu vertauschen und die analoge Bewegungsrichtung zu schaffen, und ebenso sind andere Konstruktionen von Spindelmotoren von der vorliegenden Erfindung umschlossen. Es kommt immer lediglich darauf an, möglichst die radial innenliegenden Teile des Spindelmotors über entsprechende luftführende Bohrungen mit den radial außenliegenden Teilen des Spindelmotors luftschlüssig zu verbinden, wobei einer oder mehrere Bypasskanäle verwendet werden können.

In Fig. 3 ist beispielsweise dargestellt, daß auch im Deckelbereich des Gehäuses 14 ein derartiger Luftausgleich stattfindet, wo erkennbar ist, daß der Luftausgleich zwischen einer radial innenliegenden Öffnung 24 zu einer radial außenliegenden Öffnung 25 über einen zugeordneten Bypasskanal 26 erfolgt.

Die in Fig. 3 dargestellte Entlüftung (oben und unten) kann in alternativer Ausführungsform vorhanden sein, d. h. es kann entweder eine Entlüftung unten über den Bypasskanal 9 erfolgen oder auch wahlweise eine Entlüftung oben über den Bypasskanal 26 und in einer dritten Ausführungsform können auch beide Entlüftungen mit den Bypasskanälen 9 und 26 vorhanden sein. Ein Luftaustausch mit der Umgebung ist nicht vorgesehen.

Bei der vorliegenden Erfindung ist es also wichtig, daß das Gehäuse 14 mit seinem Innenraum 13 im wesentlichen von der Atmosphäre abgeschlossen ist und nur - wenn überhaupt - Zugang zur Atmosphäre über lange Labyrinthdichtungen hat, so daß entsprechende Partikel von der Atmosphäre in den Innenraum nicht durch die Labyrinthstrecke dringen können, so daß also der Innenraum 13 von der Atmosphäre her partikelfrei abgeschlossen wird. Es kann also ein entsprechender Druckausgleich zwischen dem Innenraum 13 und der Atmosphäre stattfinden, aber es sollte kein wesentlicher Luftaustausch stattfinden.

Die vorliegende Erfindung zeigt nun, daß es erstmals möglich ist, mit den beschriebenen Maßnahmen der Anordnung von Bypasskanälen die im Innenraum stattfindenden Luftausgleichsphänomene zu beherrschen und damit zu verhindern, daß aus den im Innenraum angeordneten, Verschmutzungen abgebenden Teilen in unerwünschter Weise derartige Verschmutzungsteilchen in den Innenraum gelangen.

Bezugszeichenliste

1

Statorplatte

2

Nabe

3

Lager

4

Lager

5

Wickelkopf

6

Wickelraum

7

Rotor

8

Bohrung

9

Bypasskanal

10

Luftspalt

11

Magnetring

12

Rückschlußring

13

Innenraum

14

Gehäuse

15

Datenträger

16

Luftspalt

17

Kanal

18

Öffnung

19

Position

20

Position

21

Luftgeschwindigkeit

22

Luftströmung

23

Scheibe

24

Öffnung

25

Öffnung

26

Bypasskanal

Claims (8)

1. Festplattenspeicher mit Antrieb, im wesentlichen bestehend aus einem Stator und einem antreibbaren Rotor, der mit mindestens einem Datenträger bestückt ist, wobei Stator und Rotor gegenüber der Umgebung gekapselt sind, so daß ein Luftaustausch in dem in sich abgeschlossenen Reinraum des Festplattenspeichers ohne Entlüftung nach außen erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgesehenen Lager (3, 4) gekapselt und vom Luftstrom isoliert sind.

2. Festplattenspeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine kontrollierte Luftführung (8, 9, 10; 8, 9, 10, 16; 10, 18; 24, 25) zwischen radial innen liegenden und radial außen liegenden Stellen nach Art eines internen Druckausgleichs vorgesehen ist.

3. Festplattenspeicher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftstrom im radial inneren Bereich zentrisch angeordnet ist.

4. Festplattenspeicher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftstrom im radial inneren Bereich exzentrisch angeordnet ist.

5. Festplattenspeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein im wesentlichen radial verlaufender Bypasskanal (9, 26) vorhanden ist.

6. Festplattenspeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Nabe (2) mit einer Innenbohrung (8) versehen ist.

7. Festplattenspeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (14) des Festplattenspeichers mit einer oder mehreren Öffnungen (18, 24, 25) zum Anschluß an den jeweiligen Bypasskanal (9, 26) versehen ist.

8. Festplattenspeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (14) mit einer Labyrinthdichtung gegenüber der Umgebung abgedichtet ist.