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    • 专利摘要:
    Ein System, ein Verfahren und ein Mittel ist zum Einsatz bei fluiddynamischen Lagern vorgesehen, um einem mechanischen Stoß zu widerstehen. Es ist ein Dichtungssystem vorgesehen, das Stößen von 1000 G widersteht. Nach einem Aspekt erzeugen eine Pumprillenrichtung, die zwischen einer Axialdruckplatte und einer Abschirmung eingesetzt wird, eine Axialdruckplatte mit Spiralrillen, ein Fluidrezirkulations-Durchgangsweg und ein Reservoir einen asymmetrischen Druckgradienten. Nach einem Aspekt wird unter Verwendung eines vergrößerten Fluidreservoirs, axialer Kanäle und eines abgewinkelten Befülllochs Fluid zurückgehalten und Luft ausgetrieben. Nach einem Aspekt ist eine Achse an einer oberen Abdeckung angebracht und liefert radiale Steifigkeit, und eine vergrößerte einseitige Axialplatte verbessert eine dynamische Parallelität.
    公开号:DE102004013577A1
    申请号:DE102004013577
    申请日:2004-03-19
    公开日:2004-11-25
    发明作者:Lynn San Jose Bich-Quy Le；Alan Lyndon Aptos Grantz
    申请人:Seagate Technology LLC；
    IPC主号:F16C32-06
    专利说明:
    [0001] DieseAnmeldung basiert auf einer "Provisional"-Anmeldung, Seriennummer 60/456.896 vom21. März2003, Anwalts-Registernummer STL 3333.01 mit dem Titel "Top Cover AttachFDB With Inverted Sealing",die dem Anmelder dieser Anmeldung übertragen ist und hier durchBezugnahme einbezogen ist.
    [0002] DieErfindung bezieht sich allgemein auf Spindelmotoren und insbesondereauf ein mechanischen Stößen widerstehendesDichtungssystem zur Verwendung bei fluiddynamischen Lagern in Plattenlaufwerk-Datenspeichersystemen.
    [0003] Plattenlaufwerk-Speichersystemesind heutzutage auf der ganzen Welt weitverbreitet. Diese Systemewerden durch Computer und Vorrichtungen wie beispielsweise Digitalkameras,Digital-Videorecorder, Laserdrucker, Fotokopierer und Personal-Musikabspielgeräte verwendet.Plattenlaufwerk-Speichersystemespeichern digitale Information, die auf konzentrischen Spuren einesmagnetischen Plattenmediums aufgezeichnet ist. Mehrere Platten sind drehbarauf/an einer Spindel angebracht, und auf die Information, die inder Form magnetischer Übergänge in denPlatten gespeichert werden kann, wird mittels Lese-/Schreibköpfen oderWandlern zugegriffen. Die Lese-/Schreibköpfe befinden sich an einem Dreh-/Schwenkarm,der sich radial überdie Oberflächeder Platte bewegt. Die Platten werden mit hohen Geschwindigkeitenwährenddes Betriebs unter Verwendung eines innerhalb einer Nabe oder unterden Platten befindlichen Elektromotors gedreht. Magnete an der Nabestehen in Interaktion mit einem Stator, um eine Drehung der Nabein Bezug auf die Achse zu bewirken. Eine Motorart ist als Motor-in-der-Nabe (in-hubmotor) oder Motor-in-der-Spindel (in-spindle motor) bekannt, dertypischerweise eine mittels eines Lagersystems an einer in der Mitteder Nabe angebrachte Spindel aufweist. Die Lager ermöglichen eineDrehbewegung zwischen der Achse und der Nabe, während sie die Spindel gegenüber derAchse ausgerichtet halten. Die Lese-/Schreibköpfe müssen mit den Speicherspurenauf der Platte genau ausgerichtet sein, um das korrekte Lesen undSchreiben von Information sicherzustellen.
    [0004] BeiSpindelmotoren wurden in der Vergangenheit herkömmliche Wälz- bzw. Kugellager zwischender Nabe und der Achse verwendet. Die Nachfrage nach erhöhter Speicherkapazität und kleineren Plattenlaufwerkenhat jedoch zu einer zunehmend näherenPlatzierung des Lese-/Schreibkopfs an der Plattenoberfläche geführt. Dieunmittelbare Näheerfordert, dass sich die Platte im wesentlichen in einer einzigenEbene dreht. Ein geringfügigesSchlingern (wobble) oder ein sog. Run-out in der Plattendrehung kannbewirken, dass die Platte den Lese-/Schreibkopf streift, was möglicherweisedas Plattenlaufwerk beschädigtund zu einem Datenverlust führt.Ferner ist im Fall von Wälzlagerndie Widerstandsfähigkeit gegenüber mechanischemStoß undVibration wegen geringer Dämpfungunzureichend. Da diese Drehgenauigkeit bei Verwendung von Wälzlagernnicht erzielt werden kann, besitzen Plattenlaufwerke derzeit einenSpindelmotor mit fluiddynamischen Lagern an bzw. auf der Achse undeiner Axiallast- bzw. Druckplatte zur Lagerung einer Nabe und derPlatte fürdie Drehung. Eine alternative Lagergestaltung ist ein hydrodynamischesLager.
    [0005] Ineinem hydrodynamischen Lager liefert ein Schmierfluid wie Gas oderFlüssigkeitoder Luft eine Lagerflächezwischen einem feststehenden Element und einem sich drehenden Elementdes Plattenlaufwerks. Dynamische, druckerzeugende Nuten bzw. Rillen,die an einer Oberflächedes feststehenden Elements oder des sich drehenden Elements ausgebildetsind, erzeugen einen lokalen Hochdruckbereich und stellen einenTransportmechanismus für Fluidoder Luft bereit, um den Fluiddruck innerhalb des Lagers und zwischenden Drehflächengleichmäßiger zuverteilen, wodurch eine genauere Drehung der Spindel ermöglicht wird.Hydrodynamische Lager weisen jedoch Nachteile auf, beispielsweiseein geringes Steifigkeits-Leistungsverhältnis (stiffness-to-powerratio) und eine erhöhteEmpfindlichkeit des Lagers gegenüberexternen Belastungen oder mechanischen Stoßereignissen.
    [0006] Umdie Steifigkeit zu erhöhen,sind Spindelmotoren sowohl an der Basis als auch an der oberen Abdeckungdes Plattenlaufwerkgehäusesangebracht worden. Um jedoch eine Anbringung an der oberen Abdeckungeinzusetzen, ist der Motor an beiden Enden offen, was das Risikoeines Entweichens von Ölerhöht.Dieses Lecken wird unter anderem durch Unterschiede in der Nettoströmungsratebewirkt, die durch unterschiedliche Pumprillen in dem Lager erzeugtwird. Falls die Strömungsratenim Lager nicht sorgfältigausgeglichen werden, kann ein Nettodruckanstieg zu einem oder beidenEnden Fluid durch eine Dichtung nach außen zwingen. Ein Ausgleichender Strömungsratenist schwierig, da die von den Pumprillen erzeugten Strömungsrateneine Funktion der im hydrodynamischen Lager festgelegten Spaltebzw. Zwischenräumeist, und die Zwischenräumeihrerseits eine Funktion von Teiletoleranzen sind. Eine geeigneteAbdichtung ist ebenfalls problematisch. Lagerfluide geben dampfförmige Komponentenab, die sich in eine Plattenkammer diffundieren könnten. DieserDampf kann Teilchen, wie von den Lagern oder anderen Komponentenabgetragenes Material transportieren. Diese Teilchen können sichan den Lese-/Schreibköpfenund den Oberflächender Platten absetzen und eine Beschädigung der Platten und derLese-/Schreibköpfeverursachen, wenn sich diese überdie Platten bewegen.
    [0007] ZurLösungdieser Probleme sind Anstrengungen unternommen worden. Eine Gestaltungbesteht in einem konischen Lager mit Anbringung an der oberen Abdeckung,das zwei unabhängigeStrömungswegeaufweist. Diese Gestaltung verwendet eine asymmetrische Abdichtungund weist eine Zentrifugaldichtung und eine Pumprillendichtung auf. Eineweitere existierende Gestaltung, die Exklusionsdichtung (X-Dichtung), wird zumAbdichten von Grenzflächenräumen zwischender Nabe und der Achse verwendet (in 4 gezeigt).Die X- Dichtung umfassteine asymmetrische Dichtungsgestaltung mit einer einzelnen Axiallast-bzw. Druckplatte, wobei ein Ende innen mit Druck-Spiralnuten unddas andere Ende mit einer Pumprillendichtung (groove pumping seal)versehen ist. An dem Axiallagerende hält eine Zentrifugaldichtungeine Ölpegeländerungin dem Kapillarreservoir währendeines statischen bis dynamischen Stadiums und eines außerbetrieblichen Stoßes aufrecht.Tests haben aber ergeben, dass die Zentrifugaldichtung bei einemStoß vonetwa 500 G fehlschlägtund bei einem Stoß vonetwa 500 G Öl durchdie Auffülllöcher entweicht.
    [0008] MobileAnwendungen erfordern einen höherenaußerbetrieblichenStoßwiderstandals Desktop- oder Büroerzeugnisse.Laptop-Computer können starkenmechanischen Stößen infolgeder Handhabung ausgesetzt sein. Es ist in der Industrie unerlässlich geworden,dass Plattenlaufwerke einem erheblichen mechanischen Stoß widerstehenkönnen.Ein ausreichendes Dichtungssystem, das einem Stoß von 1000 G widerstehen kann,wird fürmobile Anwendungen benötigt.Ferner besteht eine Notwendigkeit, die Steifigkeit der Achse undden dynamischen Parallelismus (Ausrichtung der Plattenoberflächen aufdie Ebene der Betätigerarmbewegung)zu erhöhen,währendgleichzeitig die Lagerenergie gesenkt wird.
    [0009] Eswird ein verbessertes Dichtungssystem, das einem mechanischen Stoß während desBetriebs und im Ruhezustand widersteht, zur Verwendung bei fluiddynamischenLagern bereitgestellt, das bzw. die ihrerseits in einem Spindelmotoroder dergleichen aufgenommen sein können. In einer Ausführungsformwidersteht das Dichtungssystem einem Stoß von mindestens 1000 G. DieErfindung stellt ein asymmetrisches Dichtungsverfahren und -system sowieeine aktive Rezirkulation innerhalb eines hydrodynamischen Lagersbereit, um Fluid zurückzuhaltenund Luft auszustoßen.
    [0010] Eswird auch ein System zum Befüllendes Lagers mit Fluid bereitgestellt, das einem Stoß widersteht.Die Erfindung stellt ferner ein Verfahren für geringeren Energieverbrauchin einem Spindelmotor sowie einen Spindelmotor, der kleiner dimensionierte Komponentenaufweist und doch die notwendige Stabilität beibehält, bereit. Ferner wird einVerfahren zur Erzielung einer längerenNutzungsdauer eines Spindelmotors bereitgestellt. Des weiteren wirdein Verfahren und ein System zum Erzeugen radialer Steifigkeit indem Lager bereitgestellt. Die Erfindung stellt außerdem einVerfahren und ein System zur Verbesserung eines dynamischen Parallelismusund einer Festigkeit der Verbindung zwischen Achse und Axialplattebereit.
    [0011] Merkmaleder Erfindung werden in einer Ausführungsform teilweise durchVerwendung eines asymmetrischen Dichtungssystems erzielt. Ein vergrößertes Fluidreservoir,das zwischen einer Abschirmung und einer Hülse bzw. Buchse festgelegtist, und das einen Bereich mit niedrigerem Druck als andere, fluidenthaltendeBereiche aufweist, wird verwendet. Die Erfindung setzt einen inFluidverbindung mit dem vergrößerten Reservoirstehenden Fluidrezirkulations-Durchgangswegein, um den Druck infolge der Asymmetrie in dem Drucklager angrenzendan die Axialplatte sicherzustellen, wobei ein Pumpdruck einwärts vonder Axialplatte annäherndauf atmosphärischenDruck reduziert wird. Eine Zentrifugal-Kapillardichtung wird an einem Endedes Reservoirs eingesetzt. Wenn sich der Motor dreht, wirkt dieZentrifugalkraft auf das Fluid im Reservoir und zwingt es in dasLager, wobei Luft ausgetrieben wird. In einer Ausführungsformsind Kanälenahe dem Reservoir an einer Abschirmung enthalten, die bei einemStoßereignisdas Fluid zurückhalten,statt es entweichen zu lassen. Infolge eines Druckunterschieds indem Reservoir zwischen einem engen Spalt bzw. Zwischenraum (Nicht-Kanal-Abschnitt)und einem breiteren Spalt bzw. Zwischenraum (Kanal-Abschnitt) wirdFluid in dem Reservoir währendStößen festgehalten.Die Kanälegestatten es ferner, dass Luft in dem Fluid entlang dem Kanal wandertund aus dem Lagerfluid ausgestoßenwird. Ein abgewinkeltes Befülllochist an einem Ende des Reservoirs zum Füllen von Fluid in das Lagervorgesehen und dient auch als Stelle zum Ausstoßen von Luft.
    [0012] Eineschrägverlaufender bzw. sich verjüngenderLagerspalt liefert ferner einen asymmetrischen Druck und verringertden Energieverbrauch an einer Lagerkammer (Journal plenum). In einerAusführungsformist eine Pumprillendichtung (GPS = grooved pumping seal), die zwischeneiner Abschirmung und einem Außendurchmessereiner Axialplatte festgelegt ist, vorgesehen. Die Abschirmung ist selbstausrichtend(konzentrisch zum Naben-AD) und wirkt als Hubbegrenzer der Nabe.Das asymmetrische Dichtungsverfahren und -system umfasst ferner Spiralrillenbzw. -nuten. Die Spiralrillen sind an der Axialplatte zum aktivenErzeugen eines Pumpdrucks festgelegt, um eine Fluidrezirkulationanzutreiben, und um Fluid von dem Axialplattenlager zur Achse hinin das Dreh- bzw.Radiallager hinein und übereinen Radiallager-Rillenscheitelpunkthinaus zu pumpen, wenn die Achse und die Buchse sich in einer relativenDrehbewegung befinden. Es wird ein einseitiges Axialplattenlagereingesetzt. In einer weiteren Ausführungsform wird ein Rillenpumpvorgangin dem Radiallager genutzt, um eine radiale Steifigkeit zu liefern,die im wesentlichen auf einen Scheitelpunkt des Rillenmusters fokussiertist. Ferner liefert in einer Ausführungsform ein unausgeglichenesund asymmetrisches Rillenmuster an einem Ende des Lagers einen Druckgradientenund stellt eine Dichtung her.
    [0013] Einedynamische Parallelitätwird infolge eines größeren Oberflächenkontaktszwischen der Grenzflächedes Axialplatten-AD und der Basis verbessert. Eine größere Axialplatteverbessert die Stärkebzw. Festigkeit der Verbindung an der Grenzfläche der Axialplatte und derAchse.
    [0014] EineVerringerung des Energieverbrauchs wird teilweise durch Einsatzkleiner dimensionierter Komponenten, beispielsweise einer Achsekleineren Durchmessers erzielt. Die Stabilität des Motors wird jedoch durchAnbringen der Achse an der oberen Abdeckung beibehalten. Eine Verringerungdes Energieverbrauchs wird des weiteren teilweise durch Anwendenvon Pumprillen an dem Axialplatten-AD und durch Verwendung einesdünnerenFluids erzielt. Ein größeres Reservoirwird vorgesehen, so dass ein dünneresFluid verwendet werden kann, wobei das dünnere Fluid typischerweiseeine höhereVerdampfungsrate als dickere Fluide aufweist. Das dünnere Fluidergibt weniger Reibung und reduziert den Energieverbrauch durchden Motor. Ferner wird in einer Ausführungsform eine einseitigeAxialplatte mit magnetischer Vorbelastung verwendet, um Energieverlustein dem Axialdruck- bzw.Schublastbereich weiter zu verringern, wobei Lagerverluste nur aufeiner Seite der Axialplatte auftreten.
    [0015] WeitereMerkmale und Vorteile dieser Erfindung sind einem Fachmann, derdie Offenbarung der Erfindung studiert, ersichtlich. Daher ist derSchutzumfang der Erfindung durch Bezugnahme auf ein Beispiel einerAusführungsform,die in Bezug auf die folgenden Figuren gegeben wird, besser verständlich.
    [0016] Dievorangehenden Aspekte und viele der damit verbundenen Vorteile dieserErfindung gehen durch Bezugnahme auf die folgende detaillierte Beschreibungim Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungenbesser hervor, in denen zeigen:
    [0017] 1 eine Draufsicht auf einPlattenlaufwerk-Datenspeichersystem,in dem die Erfindung von Nutzen ist,
    [0018] 2 eine Seiten-Schnittansichteines Spindelmotors mit hydrodynamischem Lager, welche Merkmaleeinschließlicheinem Fluidrezirkulations-Durchgangsweg, einer Abschirmung, einesReservoirs und eines Befülllochsgemäß einerAusführungsformder Erfindung darstellt,
    [0019] 3 eine weitere Seiten-Schnittansichteines Spindelmotors mit hydrodynamischem Lager zur Darstellung einernäherenund detaillierteren Ansicht von Merkmalen einschließlich einemFluidrezirkulations-Durchgangsweg, einer Abschirmung, eines Reservoirs,eines Befülllochs,von Axialplatten-Pumprillen, Beispiel-Drücken, Fluidströmungsrichtungund Pumprichtung gemäß einerAusführungsformder Erfindung,
    [0020] 4 eine Seiten-Schnittansichteiner bekannten Spindelmotorgestaltung,
    [0021] 5 eine perspektivische Schnittansichteiner Abschirmung zur Darstellung von Kanälen und eines abgewinkeltenBefülllochsgemäß einerAusführungsformder Erfindung,
    [0022] 6 eine weitere perspektivischeAnsicht einer Abschirmung zur Darstellung von Kanälen und einesabgewinkelten Befülllochsgemäß einerAusführungsformder Erfindung, und
    [0023] 7 eine Seiten-Schnittansichteines Abschnitts eines Spindelmotors mit hydrodynamischem Lagerzur Darstellung von Merkmalen einschließlich eines Fluidrezirkulations-Durchgangswegs,einer an einer Axialplatte angebrachten Abschirmung, eines Reservoirsund eines Befülllochsgemäß einerweiteren Ausführungsformder Erfindung.
    [0024] ExemplarischeAusführungsformenwerden im folgenden unter Bezugnahme auf spezifische Konfigurationenbeschrieben. Fachleuten ist ersichtlich, dass verschiedene Änderungenund Modifikationen innerhalb des Schutzumfangs der beigefügten Ansprüche vorgenommenwerden können.Außerdemkönnenbekannte Elemente, Vorrichtungen, Komponenten, Verfahren, Prozessschritteund dergleichen nicht detailliert dargelegt sein, um eine unklareDarstellung der Erfindung zu vermeiden.
    [0025] Imfolgenden wird ein Verfahren, ein System und ein Mittel zum Dichten,welches einem mechanischen Stoß imBetriebsmodus und im Außer-Betriebs-bzw. Ruhemodus widersteht, zur Verwendung mit dynamischen Fluidlagernbeschrieben. In einer Ausführungsformwidersteht das Dichtungssystem einem Stoß von 1000 G mittels einerasymmetrischen Dichtung und eines Druckgradienten. Wie nachstehenderläutertwird, stellen ein Fluidrezirkulations-Durchgangsweg, ein zwischen einer Abschirmungund einer Hülsebzw. Buchse festgelegter vergrößerter Fluidreservoir,Reservoirkanäle,Pumprillen, ein schrägverlaufender (Radial-)Lagerspalt und asymmetrische (Radial-)Lagerrillen teilweiseein System und ein Verfahren zur Anwendung eines asymmetrischenDruckgradienten bereit. Wie nachstehend ebenfalls erläutert wird,verwendet in einer Ausführungsformdie Erfindung ferner die Eigenschaften einer Pumprillendichtung(geringes Volumen, hohe Steifigkeit) und einer zentrifugalen Kapillardichtung (hohesVolumen, geringe Steifigkeit) bei der Gestaltung des Verfahrensund des Systems, um einem Stoß zuwiderstehen. Ferner vermeidet ein abgewinkeltes Fluidbefüllloch einEntweichen von Fluid bei einem Stoß und befindet sich an einemEnde des Reservoirs.
    [0026] Eswird auf die Zeichnungen eingegangen, in denen identische Bezugszifferndie gleichen Elemente in den verschiedenen Ansichten bezeichnen. 1 stellt eine typische Plattenlaufwerk-Datenspeichervorrichtung 110 dar,bei der die vorliegende Erfindung von Nutzen ist. Natürlich sindMerkmale der Erläuterungund der Ansprüchenicht auf diese spezielle Gestaltung beschränkt, die nur zu Beispielszweckendargestellt ist. Es ist klar ersichtlich, dass die Erfindung aufPlattenlaufwerke, Spindelmotoren und andere Motoren mit einer stationären undeiner drehbaren Komponente anwendbar ist. In der Tat können dienachstehend erläutertenGestaltungen in Systemen angewandt werden, bei denen eine Drehung zwischenKomponenten besteht, selbst wenn die Komponenten sich in der gleichenRichtung drehen.
    [0027] EinPlattenlaufwerk 110 umfasst eine Gehäusebasis 112, diemit einer Abdeckung 114 kombiniert ist, um eine abgedichteteUmgebung zu bilden. Das Plattenlaufwerk 110 umfasst fernereinen Plattenstapel 116, der über eine Plattenklemme 118 zur Drehungan einem Spindelmotor (nicht dargestellt) angebracht ist. Der Plattenstapel 116 weistmehrere einzelne Platten auf, die zur gemeinsamen Drehung um eineMittelachse angebracht sind. Jede Plattenoberfläche hat einen zugeordnetenKopf 120 (Lesekopf und Schreibkopf), der am Plattenlaufwerk 110 zurKommunikation mit der Plattenoberfläche angebracht ist. In demin 1 gezeigten Beispielsind Köpfe 120 durchBiegeelemente (flexures) 122 gehaltert, die ihrerseitsan Kopfmontagearmen 124 eines Betätigerkörpers 126 angebrachtsind. Der in 1 gezeigteBetätigerbzw. Aktuator ist ein Drehspulenaktuator und umfasst einen Schwingspulenmotorbzw. Voice-Coil-Motor, der allgemein bei 128 dargestelltist. Der Voice-Coil-Motor 128 dreht einen Betätigerkörper 126 mitseinen daran angebrachten Köpfen 120 umeine Dreh-/Schwenkachse 130, um die Köpfe 120 über einergewünschtenDatenspur entlang einer bogenförmigenBahn 132 zu positionieren. Dies ermöglicht es den Köpfen 120,magnetisch codierte Information auf den Oberflächen der Platten 116 anausgewähltenStellen zu lesen und zu schreiben.
    [0028] 2 ist eine Seiten-Schnittansichteines Spindelmotors 255 mit hydrodynamischem Lager, derin Plattenlaufwerken 110 eingesetzt wird, bei denen dievorliegende Erfindung von Nutzen ist. Typischerweise umfasst derSpindelmotor 255 eine stationäre Komponente und eine drehbareKomponente. Die stationäreKomponente umfasst eine Achse 275, die an der Basis 210 angebrachtund befestigt ist. Es ist anzumerken, dass der Spindelmotor 255 einefeststehende Achse, wie sie in 2 gezeigtist, oder eine drehbare Achse verwenden kann. Ferner ist in einerAusführungsformder Erfindung die Achse 275 an einer oberen Abdeckung 256 angebracht,wodurch der Achse 275 Stabilität verliehen wird und die dynamischeLeistung verbessert wird. So kann bei einem Motor mit feststehenderAchse sowohl das obere als auch das untere Ende der Achse 275 ander Basis 210 und an der oberen Abdeckung 256 des Gehäuses befestigtsein, so dass die Steifigkeit des Motors und seine Stoßfestigkeitsowie seine Ausrichtung gegenüberdem Rest des Systems verbessert wird.
    [0029] Diedrehbare Komponente umfasst eine Nabe 260 mit einem odermehreren Magneten 265, die an deren Umfang angebracht sind.Die Magnete 265 stehen in Interaktion mit einer Statorwicklung 270,die an der Basis 210 angebracht ist, um eine Drehung derNabe 260 zu bewirken. Der Magnet 265 kann alseinheitlicher Ring ausgebildet sein, oder er kann aus mehreren einzelnenMagneten gebildet sein, die um den Umfang der Nabe 260 herumbeabstandet sind. Der Magnet 265 ist so magnetisiert, dasser einen oder mehrere Magnetpole bildet.
    [0030] DieNabe 260 ist an der Achse 275 mit einer Axialdruck- bzw. Axial(lager)platte 283 aneinem Ende gelagert. Die Axialplatte 283 kann integraler Teilder Achse 275 sein, oder sie kann ein separates Teil sein,das an der Achse beispielsweise übereinen Presssitz angebracht ist. Ferner steht die Axialplatte 283 mitder Basis 210 an einer Schnittstelle bzw. Grenzfläche 290 inEingriff. Die Erfindung sieht eine vergrößerte Kontaktfläche zwischender Axialplatte 283 und der Basis 210 vor, nämlich ander Grenzflächebzw. Schnittstelle 290. In einer Ausführungsform ist die Schnittstelle 290 (derDurchmesser der Axialplatte 283 in Kontakt mit der Basis 210)4,5 mm. Es ist anzumerken, dass die Länge der Schnittstelle 290 variierenkann und in einigen Fällendie Schnittstelle 290 von 3 Millimetern bis 5 Millimeternreicht. Dies wird durch eine vergrößerte Kontaktfläche desAxialplatten-AD erzielt. Es ergibt sich eine Verbesserung im dynamischenParallelismus, wobei der dynamische Parallelismus als der Parallelismuszwischen der sich drehenden Platte und Bezugsmerkmalen an der Basis 210,die eine Ebene festlegen, definiert ist. Eine Dreipunkt-Messung an der Basis 210 wirdmit der senkrechten Ausrichtung der Drehachse verglichen. Die Erfindungliefert eine vergrößerte Basisfläche (footprint),was den dynamischen Parallelismus der Komponenten verbessert.
    [0031] Fernerwird infolge des verlängertenEingriffs zwischen der Axialplatte 283 und der Achse 275 eine Verbindungsfestigkeitan der Schnittstelle zwischen der Axialplatte 283 und derAchse 275 verbessert. In einer Ausführungsform beträgt der Eingriffzwischen der Axialplatte 283 und der Achse 275 dasDoppelte des Eingriffs im Vergleich mit herkömmlichen Motoren (z.B. verglichenmit der X-Dichtung).
    [0032] DieAchse 275 und die Axialplatte 283 passen in eineHülse bzw.Buchse 280 in der Nabe 260. Die Nabe 260 weistein Plattenträgerelement 214 auf, welchesden Plattenstapel 116 (in 1 dargestellt) zurDrehung um die Achse 275 trägt.
    [0033] DerPlattenstapel 116 wird an einem Plattenträgerelement 214 durcheine Plattenklemme 118 gehalten (ebenfalls in 1 dargestellt). Die Nabe 260 istmit der Achse 275 überein hydrodynamisches Lager 217 zur Drehung um die Achse 275 verbunden.
    [0034] EinFluid, beispielsweise ein Schmieröl oder ein ferromagnetischesFluid, fülltdie Schnittstellenbereiche zwischen der Achse 275 und derHülse bzw. Buchse 280,der Axialplatte 283 und der Buchse 280, der Axialplatte 283 undder Abschirmung 282 und zwischen der Abschirmung 282 undder Hülsebzw. Buchse 280. In einer Ausführungsform ist ein abgewinkeltesBefüllloch 285 sopositioniert, dass es einen Winkel von 30 Grad (oder einen alternativen Winkel,wie nachstehend erläutertwird) mit einer Oberflächeder Abschirmung 282 bildet. Die vorliegende Figur wirdhier zwar mit einem Schmierfluid beschrieben, Fachleuten ist jedochersichtlich, dass auch ein Schmiergas eingesetzt werden kann.
    [0035] Typischerweiseumfasst entweder die Achse 275 oder die Hülse 280 Abschnittevon druckerzeugenden Rillen bzw. Nuten, beispielsweise asymmetrischenRillen 240 und symmetrischen Rillen 244. Das Rillenmusterumfasst entweder ein Fischgrätenmusteroder ein sinusförmigesMuster. Wie gezeigt ist, sind asymmetrische Rillen 240 aneinem Ende des Radial-Lagersund symmetrische Rillen 244 an einem entgegengesetztenEnde des Radial-Lagers angeordnet. Die asymmetrischen Rillen 240 und symmetrischenRillen 244 induzieren eine Fluidströmung in dem Schnittstellenbereichund erzeugen einen lokalen Bereich eines dynamischen Hochdrucks undradialer Steifigkeit. Die Drückesind am Scheitelpunkt der symmetrischen Rillen 246 undam Scheitelpunkt der asymmetrischen Rillen 242 fokussiertbzw. zentriert. Wenn sich die Hülsebzw. Buchse 280 dreht, wird in jedem ihrer RillenbereicheDruck aufgebaut. Auf diese Weise wird die Nabe 260 einfach durchdie Achse 275 füreine konstante Hochgeschwindigkeitsdrehung gelagert. In einem Beispiel sinddie Rillen durch erhabene Stege oder Rippen getrennt und haben einegeringe Tiefe. In einer Ausführungsformwird eine Beschichtung aus diamantartigem Kohlenstoff (DLC = diamondlikecarbon) an der Achse 275 in dem Bereich der asymmetrischenRillen 240 verwendet, um eine Partikelerzeugung bei einem etwaigenKontakt zwischen der Achse 275 und der Hülse bzw.Buchse 280 zu verhindern oder zu minimieren.
    [0036] Zusätzlich zuoder als Alternative zu den druckerzeugenden Rillen, wie sie imvorhergehenden Absatz erläutertwurden, stellt eine Ausführungsform derErfindung eine Fluidströmungdurch andere Verfahren bereit (wie sie nachstehend erläutert werden). Dieanderen Verfahren umfassen einen schräg verlaufenden bzw. sich verjüngendenoder aufgeweiteten Lagerbereich 262, einen asymmetrischenDruckgradienten, einen Niederdruckbereich im Reservoir 284,der zwischen der Abschirmung 282 und der Buchse 280 festgelegtist, einen Buchsendurchgang 286, eine Pumprillendichtungzwischen der Abschirmung 282 und der Axialplatte 283 sowieSpiralrillen an der Axialplatte 283.
    [0037] Ineiner Ausführungsformder Erfindung ist der Buchsen-Durchgangsweg 286 aneinem Punkt zwischen asymmetrischen Rillen 240 und symmetrischenRillen 244 gelegen. Der Buchsen-Durchgangsweg 286 ist allgemeinan einem mittleren Punkt entlang der Achse 275 positioniertund liefert einen Niederdruckbereich. Ein Niederdruckbereich imZentrum des Motors ist akzeptabel, da ein Lager im Zentrum des Motorswenig radiale Steifigkeit bietet. Ferner ermöglicht die Positionierung desBuchsen-Durchgangswegs 286 in abgewinkelt verlaufenderWeise die maschinelle Herstellung einer einstückigen Nabe.
    [0038] DieErfindung stellt ferner eine Abschirmung 282 bereit, welchesich radial selbst in die Buchse bzw. Hülse 280 hineinausrichtet.Ein geringfügiger radialerInterferenzsitz (leichter Presssitz) wird zwischen der Abschirmung 282 undder Buchse 280 für eineSelbstausrichtung angewandt. An einem Ende (angrenzend an die Axialplatte 283)positioniert die Buchse 280 die Abschirmung 282 radial,und am anderen Ende ist die Abschirmung 282 an der Nabe 260 (z.B. lasergeschweißt) angebracht.Die Erfindung stellt daher in einer Ausführungsform einen konstantenSpalt bzw. Zwischenraum von etwa 20 bis 30 Mikron zwischen der Axialplatte 283 undder Abschirmung 282 bereit.
    [0039] Dadie Axialplatte 283 einseitig ist, weist die Nabe 260 Bewegungsfreiheitin einer Axialrichtung auf. Die Abschirmung 282 ist daherdurch die Erfindung als Wegbegrenzer bzw. Hubbegrenzer der Nabe 260 vorgesehen,wobei sie ein radiales Bewegungslimit der Nabe 260 festlegt.Die Abschirmung 282 dient auch als Dämpfer der Nabe 260,um durch einen mechanischen Stoß erzeugteEnergie zu zerstreuen bzw. abzuleiten.
    [0040] 3 stellt ein fluiddynamischesLagersystem dar, das in einer Ausführungsform der Erfindung eineFluidpumprichtung, eine Fluidrichtung und beispielhafte Drücke darstellt.In einer Ausführungsform wirdeine umgekehrte Abschirmung eingesetzt. Die Abschirmung 282 wirdals umgekehrt beschrieben, da eine Kapillardichtung 316 imVergleich zu einer X-Abschirmungsgestaltung (X-Abschirmung gemäß 4) umgekehrt ist. Durchdie Erfindung wird ein asymmetrischer Druckgradient erzeugt. Derasymmetrische Druck wird durch Merkmale wie beispielsweise einenFluidrezirkulations-Durchgangsweg, ein zwischen einer Abschirmungund einer Hülsebzw. Buchse festgelegtes vergrößertes Fluidreservoir,Reservoirkanäle,Pumprillen, einen schrägverlaufenden bzw. sich verjüngendenLagerspalt und asymmetrische Radiallagerrillen erzeugt.
    [0041] Ineiner Ausführungsformbeträgtdie Fluidkapazitätdes Reservoirs 284 2,5 mg. Es ist anzumerken, dass dieseKapazitätnicht festgelegt ist. Das vergrößerte Fluidreservoir 284 mitKanälen 510 trägt zu demasymmetrischen Druckgradienten bei (Kanäle 510 gemäß 5). Infolge eines geringerenStrömungswiderstandsund eines niedrigeren Drucks in dem vergrößerten Reservoir 284 wirdim Vergleich mit anderen Fluid enthaltenden Bereichen in dem Reservoir 284 beiStoßereignissenwährenddes Betriebs oder im Ruhezustand Fluid aufgenommen und zurückgehalten.Als Beispiel sind in 3 exemplarischeSolldrückedargestellt. Wie gezeigt ist, zeigt das Reservoir 284 einenDruck von 0,0 psi, währenddas Radiallager Drückevon 0,06 psi bis 135 psi zeigt. Wenn der Motor sich dreht und Fluiddurch Zentrifugalkraft aus dem Reservoir 284 zwingt, erzeugendie Pumprillen 324 einen Pumpdruck und treiben eine Fluidrezirkulationdurch den Motor an. Wenn jedoch der Motor sich nicht dreht und dieZentrifugalkraft aufhört,oder bei Stoßereignissen,kann das Reservoir 284 aus Bereichen wie beispielsweisedem Spalt 346 am Außendurchmesserder Axialplatte 283 und aus dem Radiallager zwischen derAchse 275 und der Buchse 280 Fluid aufnehmen.
    [0042] EinRillenpumpvorgang wird entlang des Innendurchmessers (ID) und desAußendurchmessers (AD)der Axialplatte 330 angeordnet. Pumprillen sind an derAxialplatte 283 füreine aktive Rezirkulation ausgebildet. Im Fall des ID erzeugen Spiralpumprillen 324 einenausreichenden Pumpdruck, um eine Fluidrezirkulation anzutreibenund um Fluid aus dem Axialplattenlager-Durchgangsweg (angrenzendan den Axialplatten-ID) zur Achse 275 in das Radiallager und über denScheitelpunkt 246 der symmetrischen Rillen des unterenRadiallagers hinaus zu pumpen, wenn sich die Achse 275 unddie Buchse 280 in einer relativen Drehbewegung befinden.Die asymmetrischen Rillen 242 und die symmetrischen Rillen 244 erzeugenauch einen Druck in dem Radiallager und erzwingen eine Fluidbewegungzu einem Rillenscheitelpunkt (wie oben bezüglich 2 beschrieben wurde). In einer Ausführungsformist die Fluidströmungsrichtung,wenn sich der Motor dreht, einwärtsvon dem Radiallager des Axialplatten-ID 330 entlang demRadiallager zur Radiallagerkammer 312 über den Buchsen-Durchgangsweg 286 zurRezirkulationskammer 332 und dann zurück zum Lager des Axialplatten-ID 330.Die Fluidströmungsrichtungin einem Beispiel wird durch durchgezogene Linien in 3 dargestellt. Es ist anzumerken,dass in anderen Ausführungsformendie Fluidströmungsrichtung eineandere Richtung nehmen kann. Die Pumprillenrichtung ist in einemBeispiel durch gestrichelte Linien wie in 3 dargestellt. In einer anderen Ausführungsformder Erfindung ist die Axialplatte 283 ohne Pumprillen 324 strukturiert.
    [0043] EinFluidrezirkulations-Durchgangsweg umfasst einen Buchsen-Durchgangsweg 286 undein Radiallager zwischen dem Axialplatten-ID 330 und derBuchse 280. Der Buchsen-Durchgangsweg 286 istso positioniert, dass ein Ende allgemein an einem mittleren Punktentlang der Achse 275 platziert ist, und ein zweites Endemit der Rezirkulationskammer 332 so verbunden ist, dassbei einer Situation Fluid und Luft entlang der Kanäle 510 (5) wandern können. DieRezirkulationskammer 332 ist durch eine Verbindungsstellefestgelegt, welche das Reservoir 284, den Buchsen-Durchgangsweg 286,den Axialplatten-ID 330 und den Spalt 346 am Axialplatten-Außendurchmesserverbindet. Der Buchsen-Durchgangsweg 286 liefert im Vergleichzum Radiallager einen Niederdruckbereich. Ein Niederdruckbereichim Zentrum des Motors ist aus dem Grund herstellbar, dass ein Radiallagerim Zentrum des Motors eine geringe radiale Steifigkeit bietet. DerNiederdruckbereich reduziert auch vorteilhafterweise den Energieverbrauchdurch die Radiallagerkammer 312. In einem Beispiel gemäß 3 tritt ein Druck von 0,06psi an der Radiallagerkammer 312 auf, während ein höherer Druck auf beiden Seitender Radiallagerkammer 312 herrscht. Ein breiterer odervariabler Radiallagerspalt ist auch angrenzend an die Radiallagerkammer 312 zurSchaffung eines Niederdruckbereichs vorgesehen. Der breitere odervariable Radiallagerspalt angrenzend an die Radiallagerkammer 312 divergiertzur Radiallagerkammer 312 hin.
    [0044] EinRezirkulations-Durchgangsweg stellt den Druck infolge der Asymmetriein dem unteren Radiallager 326 nahe der Axialplatte sicher,und ein nach innen gerichteter Pumpdruck aus den Pumprillen 324 derAxialplatte 283 wird auf einen atmosphärischen Druck reduziert. DerStrömungswiderstanddes Buchsen-Durchgangswegs 286 ist erheblich geringer alsder Strömungswiderstanddes oberen Radiallagers 310 und des unteren Radiallagers 326,so dass es zu einem Druckabfall überdem Radiallager kommt.
    [0045] DerFluidrezirkulations-Durchgangsweg ist zur Erzeugung eines asymmetrischenDruckgradienten und zum wesentlichen Zirkulieren von Fluid von demRadiallager zum Buchsen-Durchgangsweg 286 unddann zum Lager des Axialplatten-ID 330 und zum anschließenden Zurückleitenzum Radiallager vorbelastet. Eine Kapillaranziehung füllt denRadiallagerbereich, und die Rezirkulation des Fluids treibt etwaigeLuft im Radiallager aus.
    [0046] Ineiner Ausführungsformverwendet und nutzt die Erfindung die Eigenschaften einer Pumprillendichtung(niedriges Volumen, hohe Steifigkeit) und einer zentrifugalen Kapillardichtung(hohes Volumen, geringe Steifigkeit), um einem mechanischen Stoß zu widerstehen.
    [0047] In 3 wird eine Pumprillen-Dichtung (GPS= grooved pumping seal) 318 in einem Außendurchmesserspalt 346,der zwischen der Abschirmung 282 und einem AD der Axialplatte 283 festgelegtist, angewandt. Mittels der Pumprillen 324 stellt die GPS 318 eineAußendurchmesserspalt-Dichtungssteifigkeither und erzeugt einen Druck, der im wesentlichen äquivalentmit dem an der Rezirkulationskammer 332 herrschenden Druckist, wenn sich die Achse 275 und die Hülse bzw. Buchse 280 ineiner Relativdrehbewegung bewegen. Die GPS 318 ist eineDichtung mit hoher Steifigkeit, und in einer Ausführungsformnutzt die Erfindung diese Eigenschaft durch Verwendung der GPS 318 gegenüber einem Endedes Außendurchmesserspalts 346.Die GPS 318 pumpt Fluid von dem Außendurchmesserspalt 346, wasdazu dient, ein Entweichen von Fluid aus dem Fluid-Grenzbereich 322 zuverhindern. Die GPS 318 ist eine Dichtung mit geringemVolumen, und die Erfindung nutzt diese Eigenschaft. Pumpen von Fluid ausdem Außendurchmesserspalt 346 dientzur Reduzierung des Energieverbrauchs durch Einbringen von Luftin den Außendurchmesserspalt 346,wodurch eine Reibung verringert wird, da Luft zwischen dem AD derAxialplatte 283 und der Abschirmung 282 vorhandenist.
    [0048] EineZentrifugal-Kapillardichtung (CCS = centrifugal capillary seal) 316 istzwischen der Abschirmung 282 und der Hülse bzw. Buchse 280 festgelegt.In einer Ausführungsformhaben die angrenzenden Oberflächender Abschirmung 282 und der Buchse 280 relativabgeschrägteOberflächen,die zu der Rezirkulationskammer 332 hin konvergieren. Zwischenden schrägverlaufenden Oberflächenist ein Meniskus ausgebildet, und Fluid im Reservoir 284 wirdzu der Rezirkulationskammer 332 durch Zentrifugalkraftgezwungen, wenn sich die Achse 275 und die Buchse 280 ineiner Relativdrehbewegung befinden. Die CCS 316 ist eineDichtung geringer Steifigkeit, wobei in einer Ausführungsformdie Erfindung diese Eigenschaft durch Anbringen der Abschirmung 282 ander Nabe 260 durch Schweißen oder andere Mittel nutzt,indem eine Fluidsperre überdem Fluidmeniskus hergestellt wird. Die CCS 316 ist eineDichtung mit hohem Volumen, und die Erfindung nutzt diese Eigenschaftdurch Einsatz der CCS 316 mit einem vergrößerten Reservoir 284.
    [0049] Eineasymmetrische Dichtung wird auch am oberen Radiallager 310 eingesetzt.Asymmetrische Rillen 242 erzeugen einen Druck im oberenRadiallager 310, der im wesentlichen dem in der Radiallagerkammer 312 herrschendenDruck äquivalentist. Vom oberen Radiallager 310 wird Fluid allgemein zumRillen-Scheitelpunkt 242 gezwungen (wie oben bezüglich 2 beschrieben wurde).
    [0050] 4 stellt ein Beispiel einesfluiddynamischen Lagers dar, das eine herkömmliche X-Dichtung besitzt.Ein Motor 450 umfasst eine Achse 475, eine Hülse bzw.Buchse 455, einen Pfad 484, eine Axialdruck- bzw.Axialplatte 480, eine Abschirmung 482, ein Befüllloch 485 undeine Kapillardichtung 420. Wie zu erkennen ist, hält ein Spaltbzw. Zwischenraum 425 Fluid (etwa 0,5 mg Fluid) teilweise mittelsder Kapillardichtung 420. Ferner ist das Befüllloch unterder Kapillardichtung 420 positioniert. In einer Ausführungsformverwendet die Erfindung einen vergrößerten Reservoir 284,Kanäle 510,eine Pumprillendichtung 318 und ein abgewinkeltes Befüllloch 285,wodurch bei weniger Energieverbrauch und längerer Lebensdauer des Motorseinem stärkerenStoß widerstandenwird als bei der X-Dichtungsgestaltung. Ferner stellt die Erfindungeine Schnittstelle bzw. Grenzfläche 290 bereit,die in einer Ausführungsformeinen größeren Oberflächenbereich wiedie Grenzfläche 440 derX-Dichtungsgestaltung aufweistund einen größeren dynamischenParallelismus sowie eine höhereVerbindungsfestigkeit der Achse zur Axialplatte (shaft to thrustplate bond strength) bewirkt.
    [0051] Gemäß 5 umfasst in einer Ausführungsformdas Reservoir 284 Kanäle 510.Die Kanäle 510 verlaufenin einer allgemein axialen Richtung entlang den Wänden derAbschirmung 282. Die Kanäle 510 erstreckensich von der Rezirkulationskammer 332 und entlang dem Reservoir 284.In einigen Fällen sinddie Kanäle 510 in-linemit einem Buchsen-Durchgangsweg 286. In einer Ausführungsform werdensechs Kanäleverwendet, und in einer anderen Ausführungsform werden zwei breitereKanäle verwendet.Es ist anzumerken, dass die Anzahl, Länge, Breite und Positionierungder Kanäle 510 variierenkann und durch Radiallageranforderungen bestimmt wird.
    [0052] DieKanäle 510 gestattenes, dass Luft in dem Fluid entlang der Kanäle 510 wandert undaus dem Fluid ausgetrieben wird. Die Kanäle 510 bieten desweiterenm ein Mittel zum Zurückhaltendes Fluids in dem Reservoir 284. Bei Stoßereignissenwird das Fluid infolge eines Druckunterschieds zwischen einem Abschnittdes Reservoirs 284 mit Kanälen und einem Abschnitt desReservoirs 284 ohne Kanäleim Reservoir 284 zurückgehalten.In einer weiteren Ausführungsformder Erfindung dient das Reservoir 284 als Niederdruckbereich,ohne Kanäle 510 aufzuweisen.
    [0053] 6 stellt eine Ausführungsformder Erfindung dar, die ein abgewinkeltes Befüllloch 285 aufweist.Das abgewinkelte Befüllloch 285 (oder Be-/Entlüftungsloch)bietet ein Mittel zum Auffüllen einesfluiddynamischen Lagers mit Fluid. Eine vorbestimmte Fluidmengewird oberhalb der Kapillardichtung 316 in das abgewinkelteBefüllloch 285 eingespritzt.Das abgewinkelte Befüllloch 285 istso positioniert, dass es mit einer Oberfläche der Abschirmung 282 einenWinkel von 30 Grad oder einen alternativen Winkel (z.B. 45 Grad)bildet. Es ist anzumerken, dass auch andere Winkel außer 30 Gradverwendet werden können.Ferner werden in einer Ausführungsformzwei abgewinkelte Auffülllöcher verwendet.Es ist anzumerken, dass andere Anzahlen abgewinkelter Auffülllöcher benutztwerden können.In 6 ist auch eine Befestigungsstelle 520 gezeigt, ander die Abschirmung 282 an der Buchse bzw. Hülse in einerAusführungsformder Erfindung angebracht ist. Das Befüllloch 285 ist angrenzendan eine abgedichtete Wand an der Befestigungsstelle 520 positioniert.In einer Ausführungsformist das Befüllloch 285 zwischenKanälen 510 positioniert.In einer weiteren Ausführungsformder Erfindung ist das Befülllochso positioniert, dass es keinen Winkel mit einer Oberfläche derAbschirmung 282 bildet und an einem anderen Abschnitt derAbschirmung 282 positioniert ist.
    [0054] Beieinem Stoß kannsich Fluid entlang den Kanälen 510 bewegenund mit der Hülsebzw. Buchse 280 kollidieren, wobei das sich bewegende Fluid verzögert wird.Ein Reibungssog (frictional drag) verlangsamt das Fluid im Reservoir 284 undentlang den Kanälen 510 infolgeder Viskositätdes Fluids. Die Bewegung des Fluids wird daher so verzögert, dass Fluideinen Poolbereich 530 erreichen und sich darin sammelnkann, ohne aus dem Befüllloch 285 zuentweichen. In einigen Fällenfüllt sichder Poolbereich 530 langsamer mit Fluid als ein Stoßereignisandauert. Ferner widersetzt sich das abgewinkelte Befüllloch 285 einemEntweichen von Fluid bei einem Stoß, da das Fluid einem Pfadgeringsten Widerstands folgt und ein abgewinkeltes Befüllloch einen größeren Widerstandim Vergleich zu Kapillarkraftgradienten aufweist.
    [0055] In 7 ist eine weitere Ausführungsform derErfindung dargestellt. Ähnlichden vorher beschriebenen Ausführungsformenwird eine umgekehrte Abschirmung mit dem Spindelmotor 700 verwendet. Ähnlich denvorher beschriebenen Ausführungsformentragen ein vergrößertes Reservoir 724 undein Buchsen-Durchgangsweg 726 zu dem asymmetrischen Druckgradienten(wie er oben beschrieben wurde) bei, um Stößen zu widerstehen. Eine Axialdruck-bzw. Axialplatte 752 stellt eine vergrößerte Grenzfläche 762 mitder Basis 750 her.
    [0056] Indieser Ausführungsformder Erfindung ist jedoch die Abschirmung 720 an der Axialplatte 752 ander Abschirmungsbefestigung 722 angebracht, und die Nabe 754 drehtsich relativ zur Abschirmung 720. Eine DLC-Beschichtungwird an einer der sich relativ drehenden aneinandergrenzenden Oberflächen, nämlich derBuchse 756 und der Abschirmung 720 eingesetzt,um eine Teilchenerzeugung bei einem etwaigen Kontakt zu verhindernoder zu minimieren. Ferner ist in dieser Ausführungsform das Befüllloch 760 sopositioniert, dass es keinen Winkel mit einer Oberfläche derAbschirmung 720 bildet.
    [0057] Dasfolgende spezifische Beispiel dient Veranschaulichungszwecken undsoll nicht einschränkendsein. Ergebnisse aus durchgeführtenExperimenten zeigten bei einer Ausführungsform, dass die in einemSpindelmotor eingesetzte Erfindung einem Stoß von 1000 G hinreichend widersteht.Der Stoß war über sechsAchsen mit einer Pulsdauer von zwei Millisekunden mit Halbsinuswellegerichtet. Bei einem weiteren Test wurden eine Vielzahl von Stößen mitden gleichen Testbedingungen auf einen Spindelmotor gerichtet, dereine Ausführungsformder Erfindung verkörperte,wobei der Spindelmotor den Stößen widerstand.
    [0058] Anden offenbarten exemplarischen Ausführungsformen können Modifikationenund Variationen innerhalb des Geistes und Schutzumfangs der Erfindung,wie sie durch die beigefügtenAnsprüchedefiniert ist, vorgenommen werden. Die Erfindung wurde zwar mitBezug auf ein Dichtungssystem fürein Plattenlaufwerk-Speichersystem und eine Spindelmotoranordnungbeschrieben, Fachleute werden jedoch erkennen, dass beispielsweiseMerkmale der Erläuterungund der Ansprüchemit anderen Systemen, die eine stationäre und eine drehbare Komponenteaufweisen, in die Praxis umgesetzt werden können. Die Komponenten können sichsogar in der gleichen Richtung drehen. Ferner ist die Erfindungin vielen zusätzlichenSystemen, die eine Stoßtoleranzerfordern, von Nutzen.
    权利要求:
    Claims (30)
    [1] Fluiddynamisches Lagersystem mit: einemzwischen einer Achse und einer Buchse festgelegten Radiallager,wobei die Achse und die Buchse füreine Relativdrehung positioniert sind, einem Fluidrezirkulations-Durchgangswegmit einem Buchsen-Durchgangsweg, der in der Buchse festgelegt istund einen Axialplattenlager-Durchgangsweg aufweist, der zwischender Buchse und einer Axialplatte festgelegt ist, wobei sich derBuchsen-Durchgangsweg in Fluidverbindung mit dem Axialplattenlager-Durchgangswegbefindet und sich die Axialplatte radial von der Achse erstreckt,wobei der Buchsen-Durchgangsweg und der Axialplattenlager-Durchgangswegin Fluidverbindung mit dem Radiallager an separaten Stellen stehen,der Buchsen-Durchgangsweg mit dem Radiallager an einer eine Radiallagerkammerfestlegenden Stelle verbunden ist, wobei der Fluidrezirkulations-Durchgangswegzum Erzeugen eines asymmetrischen Druckgradienten vorbelastet istund das Fluid im wesentlichen um das Radiallager, den Buchsen-Durchgangsweg undden Axialplattenlager-Durchgangsweg herum zirkuliert, wobei Luftaus dem Fluid ausgetrieben wird, und einer an einer stationären Komponenteoder einer drehbaren Komponente befestigten Abschirmung, die einReservoir mit der Buchse festlegt, wobei eine Rezirkulationskammerdurch eine das Reservoir, den Buchsen-Durchgangsweg und den Axialplattenlager-Durchgangswegverbindende Verbindungsstelle festgelegt ist, wobei das Reservoireine Fluiddichtung aufweist.
    [2] Fluiddynamisches Lagersystem nach Anspruch 1, fernermit Spiralrillen bzw. -nuten, die an bzw. auf der Axialplatte zumErzeugen eines Pumpdrucks zum Anntrieb einer Fluidrezirkulationund zum Pumpen von Fluid von dem Axialplattenlager-Durchgangswegzu der Achse, in das Radiallager und über einen Radiallagerrillen-Scheitelpunkthinaus, wenn sich die Achse und die Buchse in einer relativen Drehbewegungbefinden, festgelegt sind.
    [3] Fluiddynamisches Lagersystem nach Anspruch 1 oder2, ferner mit einem Außendurchmesserspalt,der zwischen der Abschirmung und einem Außendurchmesser der Axialplattefestgelegt ist, wobei der Außendurchmesserspaltmit der Verbindungsstelle der Rezirkulationskammer verbunden ist, wobeider Außendurchmesserspalteine Pumprillendichtung (GPS = grooved pumping seal) zur Herstellungeiner Außendurchmesserspalt-Dichtungssteifigkeitund zum Erzeugen eines Drucks, der im wesentlichen äquivalentzu dem an der Rezirkulationskammer herrschenden Druck ist, wennsich die Achse und die Buchse in einer relativen Drehbewegung befinden,aufweist.
    [4] Fluiddynamisches Lagersystem nach Anspruch 1, 2 oder3, wobei die Fluiddichtung eine zwischen der Abschirmung und derBuchse festgelegte zentrifugale Kapillardichtung umfasst, wobeidie Abschirmung und die Buchse Oberflächen aufweisen, die jeweilsschrägzueinander verlaufen und zu der Rezirkulationskammer hin konvergieren,wobei ein Meniskus zwischen den schräg verlaufenden Oberflächen ausgebildetist, und wobei das Fluid in dem Reservoir durch Zentrifugalkraftzu der Rezirkulationskammer gezwungen wird, wenn sich die Achse unddie Buchse in relativer Drehbewegung befinden.
    [5] Fluiddynamisches Lagersystem nach einem der Ansprüche 1 bis4, wobei das Reservoir zur Aufnahme von bis zu 2,5 mg Fluid strukturiertist.
    [6] Fluiddynamisches Lagersystem nach einem der Ansprüche 1 bis5, ferner mit axialen Kanälenan mindestens einem Abschnitt einer Innenfläche der Abschirmung, die sichim wesentlichen von der Rezirkulationskammer und entlang dem Reservoirerstrecken, um zu gestatten, dass Luft in dem Fluid sich entlangden Kanälenbewegt und aus dem Fluid ausgetrieben wird, sowie zum Zurückhaltenvon Fluid.
    [7] Fluiddynamisches Lagersystem nach einem der Ansprüche 1 bis6, ferner mit einem innerhalb der Abschirmung festgelegten Befüllloch,wobei ein Meniskus zwischen das Befüllloch und dem Fluid in dem Reservoirpositioniert ist, wobei das Befülllocheinen Winkel mit einer Oberflächeder Abschirmung bildet.
    [8] Fluiddynamisches Lagersystem nach einem der Ansprüche 1 bis7, wobei die Achse an einer Basis und einer oberen Abdeckplattebefestigt ist und die Buchse sich relativ zur Achse dreht.
    [9] Fluiddynamisches Lagersystem nach einem der Ansprüche 1 bis8, wobei eine Eingriffs-Schnittstelle bzw. -Grenzfläche derAxialplatte mit einer Basis von 3 Millimeter bis 5 Millimeter reicht,um eine dynamische Parallelitätzu erreichen.
    [10] Fluiddynamisches Lagersystem nach einem der Ansprüche 1 bis9, wobei die Abschirmung so positioniert ist, dass sie als Wegbegrenzerfür dieBuchse dient.
    [11] Fluiddynamisches Lagersystem nach einem der Ansprüche 1 bis10, ferner mit einem symmetrischen Rillenmuster, das sich an einemAbschnitt der Buchse angrenzend an die Achse befindet und entwederein Fischgrätenmusteroder ein sinusförmiges Musterzum Erzeugen einer radialen Steifigkeit umfasst, die im wesentlichenauf einen Scheitelpunkt des Rillenmusters im Radiallager fokussiertist.
    [12] Fluiddynamisches Lagersystem nach einem der Ansprüche 1 bis10, ferner mit einem asymmetrischen Rillenmuster an einem Ende derAchse, wobei die Radiallagerkammer zwischen dem asymmetrischen Rillenmusterund der Axialplatte positioniert ist, um eine radiale Steifigkeitzu erzeugen, die im wesentlichen auf den Scheitelpunkt des asymmetrischenRillenmusters fokussiert ist, und zum Erzeugen eines Drucks, derim wesentlichen äquivalentmit dem an der Radiallagerkammer herrschenden Druck ist.
    [13] Fluiddynamisches Lagersystem nach einem der Ansprüche 1 bis12, ferner mit einem variablen Radiallagerspalt, der einen größeren Lagerspaltim wesentlichen angrenzend an die Radiallagerkammer zum Lieferneiner asymmetrischen Radiallager-Druckverteilung aufweist, wobeian der Radiallagerkammer und angrenzend an die Radiallagerkammerein niedrigerer Druck herrscht, und zum Reduzieren eines Energieverbrauchsan der Radiallagerkammer.
    [14] Fluiddynamisches Lagersystem nach einem der Ansprüche 1 bis13, ferner mit einem diamantartigen Kohlenstoffstreifen (DLC = diamant-likecarbon) an mindestens einem Ende der Achse, wobei die Radiallagerkammerzwischen dem DLC-Streifen und der Axialplatte positioniert ist,und einer Buchse angrenzend an eine sich relativ drehende Abschirmung zumMinimieren einer Partikelerzeugung während eines etwaigen Kontakts,wenn sich die Achse und die Buchse in einer relativen Drehbewegungbefinden.
    [15] Gegenübereinem Stoß widerstandsfähiger Spindelmotormit: einem zwischen einer inneren Komponente und einer äußeren Komponentefestgelegten Radiallager, wobei die innere Komponente und die äußere Komponentefür einerelative Drehung positioniert sind, einem Fluidrezirkulations-Durchgangswegmit einem ersten Fluid-Durchgangsweg, der in der äußeren Komponentefestgelegt ist, wobei der erste Fluid-Durchgangsweg sich in Fluidverbindungmit einem zweiten Fluid-Durchgangsweg befindet, und der zweite Fluid-Durchgangswegzwischen der äußeren Komponenteund einem radialen Element festgelegt ist, das sich radial von derinneren Komponente erstreckt, wobei der erste Fluid-Durchgangswegund der zweite Fluid-Durchgangswegsich an separaten Stellen in Fluidverbindung mit dem Radiallagerbefinden, einem Mittel zum Erzeugen eines asymmetrischen Druckgradienten,um Fluid zu zirkulieren und um Luft in dem Fluid auszutreiben, wobeidas Fluid im wesentlichen um das Radiallager, den ersten Fluid-Durchgangswegund den zweiten Fluid-Durchgangsweg herum zirkuliert, einerAbschirmung, die entweder an einer stationären Komponente oder einer drehbarenKomponente befestigt ist und ein Reservoir mit der äußeren Komponentefestlegt, wobei eine Rezirkulationskammer durch eine das Reservoir,den ersten Fluid-Durchgangsweg und den zweiten Fluid-Durchgangsweg verbindendeVerbindungsstelle festgelegt ist, und einem Mittel zum Abdichtendes Reservoirs.
    [16] Spindelmotor nach Anspruch 15, wobei: das Mittelzum Erzeugen des asymmetrischen Druckgradienten Spiralrillen umfasst,die an bzw. auf dem radialen Element festgelegt sind, um einen Pumpdruckzum Antreiben einer Fluidrezirkulation und zum Pumpen von Fluidaus dem zweiten Fluid-Durchgangsweg zu der inneren Komponente undin das Radiallager hinein zu erzeugen, wenn sich die innere Komponenteund die äußere Komponentein einer relativen Drehbewegung befinden, und das Mittel zumAbdichten des Reservoirs eine zwischen der Abschirmung und der äußeren Komponentefestgelegte Kapillardichtung und/oder Spiralrillen an bzw. auf demradialen Element angrenzend an einen Außendurchmesserspalt, der zwischender Abschirmung und einem Außendurchmesserdes radialen Elements festgelegt ist, umfasst, wobei der Außendurchmesserspaltmit der Verbindungsstelle der Rezirkulationskammer in Verbindungsteht.
    [17] Spindelmotor nach Anspruch 15 oder 16, wobei dasReservoir so strukturiert ist, dass es bis zu 2,5 mg Fluid aufnimmt.
    [18] Spindelmotor nach Anspruch 15 16 oder 17, fernermit axialen Kanälenan mindestens einem Abschnitt einer Innenfläche der Abschirmung, die sich imwesentlichen von der Rezirkulationskammer und entlang dem Reservoirerstrecken, um zu gestatten, dass sich Luft in dem Fluid entlangden Kanälenbewegt und aus dem Fluid ausgetrieben wird, sowie um Fluid zurückzuhalten.
    [19] Spindelmotor nach einem der Ansprüche 15 bis18, ferner mit einem in der Abschirmung festgelegten Befüllloch,wobei ein Meniskus zwischen dem Befüllloch und dem Fluid im Reservoirpositioniert ist, und das Befülllocheinen Winkel mit einer Oberfläche derAbschirmung bildet.
    [20] Spindelmotor nach einem der Ansprüche 15 bis19, wobei die innere Komponente an einer Basis und einer oberenAbdeckplatte befestigt ist, wobei sich die äußere Komponente relativ zuder inneren Komponente dreht.
    [21] Spindelmotor nach einem der Ansprüche 15 bis20, wobei eine Eingriffs-Schnittstelle bzw. -Grenzfläche desradialen Elements mit einer Basis von 3 Millimeter bis 5 Millimeterreicht, um eine dynamische Parallelität herzustellen.
    [22] Verfahren, um einen Spindelmotor mit einem Radiallager,das zwischen einer inneren Komponente und einer äußeren Komponente festgelegtist, wobei die innere Komponente und die äußere Komponente für eine relativeDrehung positioniert sind, gegenübereinem Stoß widerstandsfähig zu machen, wobeidas Verfahren umfasst: Festlegen eines ersten Fluid-Durchgangswegsin der äußeren Komponente,wobei sich der erste Fluid-Durchgangsweg in Fluidverbindung miteinem zweiten Fluid-Durchgangsweg befindet, der zweite Fluid-Durchgangswegzwischen der äußeren Komponenteund einem radialen Element, das sich radial von der inneren Komponenteerstreckt, festgelegt ist, wobei sich der erste Fluid-Durchgangswegund der zweite Fluid-Durchgangswegan separaten Stellen in Fluidverbindung mit dem Radiallager befinden, Erzeugeneines asymmetrischen Druckgradienten, um Fluid im wesentlichen umdas Radiallager, den ersten Fluid-Durchgangsweg und den zweiten Fluid-Durchgangswegherum zirkulieren zu lassen und um Luft aus dem Fluid auszutreiben, Bildeneines Reservoirs, das zwischen einer Abschirmung und der äußeren Komponentefestgelegt ist, und Abdichten des Reservoirs, wobei eine Rezirkulationskammerdurch eine das Reservoir, den ersten Fluid-Durchgangsweg und denzweiten Fluid-Durchgangsweg verbindende Verbindungsstelle festgelegt ist,und Befestigen der Abschirmung an einer stationären Komponenteoder einer drehbaren Komponente.
    [23] Verfahren nach Anspruch 22, wobei das Erzeugen einesasymmetrischen Druckgradienten das Ausbilden von Spiralrillen andem radialen Element zur Erzeugung eines Pumpdrucks zum Antriebeiner Fluidrezirkulation und zum Pumpen von Fluid von dem zweitenFluid-Durchgangsweg zu der inneren Komponente und in das Radiallagerumfasst, wenn sich die innere Komponente und äußere Komponente in einer relativenDrehbewegung befinden.
    [24] Verfahren nach Anspruch 22 oder 23, ferner umfassenddas Festlegen eines Außendurchmesserspaltszwischen der Abschirmung und einem Außendurchmesser des radialenElements, wobei der Außendurchmesserspaltmit der Rezirkulationskammer-Verbindungsstelleverbunden ist und der Außendurchmesserspaltdurch Anwenden von Spiralrillen an dem radialen Element angrenzendan den Außendurchmesserspaltabgedichtet wird, um eine Außendurchmesserspalt-Dichtungssteifigkeitherzustellen, wenn sich die innere Komponente und die äußere Komponentein einer relativen Drehbewegung befinden.
    [25] Verfahren nach Anspruch 22, 23 oder 24, wobei dasAbdichten des Reservoirs die Anwendung einer zentrifugalen Kapillardichtungumfasst, die zwischen der Abschirmung und der äußeren Komponente festgelegtist, wobei die Abschirmung und die äußere Komponente relativ zueinanderschrägverlaufende und zu der Rezirkulationskammer hin konvergierende Oberflächen aufweisen,wobei Fluid teilweise durch einen zwischen den schräg verlaufenden Oberflächen gebildetenMeniskus zurückgehalten wird,und das Fluid in dem Reservoir durch Zentrifugalkraft zu der Rezirkulationskammergezwungen wird, wenn sich die innere Komponente und die äußere Komponentein einer relativen Drehbewegung befinden.
    [26] Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 25, ferner das Strukturierendes Reservoirs, damit dieses 2,5 mg Fluid aufnimmt, umfassend.
    [27] Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 26, ferner das Bildenvon axialen Kanälenan mindestens einem Abschnitt einer Innenfläche der Abschirmung umfassend,die sich im wesentlichen von der Rezirkulationskammer und entlangdem Reservoir erstrecken, so dass sich Luft in dem Fluid entlang denKanälenbewegen kann und aus dem Fluid ausgetrieben wird, sowie um Fluidzurückzuhalten.
    [28] Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 27, ferner das Festlegeneines Befülllochsin der Abschirmung umfassend, wobei ein Meniskus zwischen dem Befüllloch unddem Fluid in dem Reservoir positioniert wird, und das Befüllloch einenWinkel mit einer Oberflächeder Abschirmung bildet.
    [29] Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 28, ferner das Befestigender inneren Komponente an einer Basis und einer oberen Abdeckplatteumfassend, wobei die äußere Komponentesich relativ zur inneren Komponente dreht.
    [30] Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 29, ferner das Ineingriffbringendes radialen Elements mit einer Basis umfassend, wobei die Eingriffs-Grenzfläche zurErzielung einer dynamischen Parallelität von 3 Millimeter bis 5 Millimeterreicht.
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
    JP3978434B2|2007-09-19|
    US20080273822A1|2008-11-06|
    KR20040083382A|2004-10-01|
    US8534919B2|2013-09-17|
    JP2004286212A|2004-10-14|
    CN1314909C|2007-05-09|
    SG119212A1|2006-02-28|
    KR100581458B1|2006-05-23|
    US7407327B2|2008-08-05|
    US20040184688A1|2004-09-23|
    CN1580594A|2005-02-16|
    US20110285232A1|2011-11-24|
    US20130064485A1|2013-03-14|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    2004-11-25| OP8| Request for examination as to paragraph 44 patent law|
    2015-10-01| R119| Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee|
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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