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Dokumentenidentifikation DE10297380T5 19.08.2004
Titel Thermische Kompensation für fluiddynamisches Lager
Anmelder Seagate Technology LLC, Scotts Valley, Calif., US
Erfinder Parsoneault, Nobert Steven, Scotts Valley, Calif., US;
Herndon, Troy Michael, San Jose, Calif., US;
Nottingham, Robert Alan, Santa Cruz, Calif., US;
Leblanc, Jeffry Arnold, Aptos, Calif., US;
Grantz, Alan Lydon, Aptos, Calif., US
Vertreter Henkel, Feiler & Hänzel, 81675 München
DE-Aktenzeichen 10297380
Vertragsstaaten CN, DE, GB, JP, KR, SG
WO-Anmeldetag 28.10.2002
PCT-Aktenzeichen PCT/US02/34644
WO-Veröffentlichungsnummer 0003036113
WO-Veröffentlichungsdatum 01.05.2003
Date of publication of WO application in German translation 19.08.2004
Veröffentlichungstag im Patentblatt 19.08.2004
IPC-Hauptklasse F16C 32/06
IPC-Nebenklasse F16C 17/12   G11B 19/20   

Beschreibung[de]
THERMISCHE KOMPENSATION FÜR FLUIDDYNAMISCHES LAGER Querbezug auf verwandte Anmeldungen

Diese Anmeldung beansprucht die Vergünstigung aus der US-"Provisional"-Patentanmeldung mit dem Titel "Fluid Dynamic Bearing Thermal Compensation", erfunden von Parsoneault et al., und mit der zugeteilten Anmeldungsnummer 60/350 314, eingereicht am 26. Oktober 2001.

Hintergrund der Erfindung Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet hydrodynamischer Lageranordnungen des Typs, der für Lagerung und Drehung eines Hochgeschwindigkeits-Spindelelements sorgt. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine verbesserte Vorrichtung zum Verringern von Variationen der Spindelsteifigkeit und der Leistung als Funktion der Temperatur.

Hintergrund der Erfindung

Plattenlaufwerk-Speichersysteme sind in Computern seit vielen Jahren zur Speicherung digitaler Information verwendet worden. Information wird auf konzentrischen Speicherspuren eines magnetischen Plattenmediums aufgezeichnet, wobei die tatsächliche Information in Form magnetischer Übergänge in dem Medium gespeichert wird. Die Platten selbst sind drehbar an einer Spindel angebracht, wobei auf die Information mittels Wandlern zugegriffen wird, die sich an einem Dreh-/Schwenkarm befinden, der sich radial über die Oberfläche der Platte bewegt. Die Lese-/Schreibköpfe oder Wandler müssen mit den Speicherspuren auf der Platte genau ausgerichtet sein, um ein richtiges Lesen und Schreiben von Information zu gewährleisten; somit müssen die Platten rotationsmäßig stabil sein.

Während des Betriebs werden die Platten mit sehr hohen Geschwindigkeiten in einem umschlossenen Gehäuse mittels eines Elektromotors gedreht, der sich im allgemeinen innerhalb der Nabe oder unter den Platten befindet. Ein allgemein gebräuchlicher Motortyp ist als Motor-in-der-Nabe oder Motor-in-der-Spindel ("in-hub"- or "in-spindle"-Motor) bekannt. Solche Motoren in der Spindel weisen typischerweise eine mittels zweier Wälzlagersysteme an einer im Zentrum der Nabe angeordneten Motorwelle bzw. -achse angebrachte Spindel auf. Eines der Lager befindet sich typischerweise nahe der Oberseite der Spindel, und das andere nahe der Unterseite. Diese Lager ermöglichen eine Drehbewegung zwischen der Achse und der Nabe, während sie eine genaue Ausrichtung der Spindel zur Achse aufrechterhalten. Die Lager selbst werden normalerweise durch Schmierfett oder Öl geschmiert.

Das oben beschriebene herkömmliche Lagersystem weist jedoch mehrere Nachteile auf. Zunächst besteht das Problem von durch die auf den Laufringen abrollenden Kugeln bzw. Wälzkörpern erzeugter Vibration. Bei Festplattenlaufwerk-Spindeln verwendete Wälz- bzw. Kugellager laufen unter Bedingungen, die im allgemeinen einen physischen Kontakt zwischen dem Laufring und der Kugel trotz der von dem Lageröl oder Schmierfett bereitgestellten Schmierschicht garantieren. Folglich übertragen Lagerkugeln, die auf den im allgemeinen glatten, aber unter mikroskopisch unebenen und rauben Laufringen laufen, diese Oberflächenstruktur sowie ihre Unrundheit in der Form von Vibration auf die sich drehende Platte. Diese Vibration resultiert in einer Fehlausrichtung zwischen den Datenspuren und dem Lese-/Schreibwandler. Diese Vibrationsquelle begrenzt die Datenspurdichte und die Gesamtleistung des Plattenlaufwerksystems.

Ein weiteres Problem ist mit dem Einsatz von Festplattenlaufwerken in tragbarer Computerausrüstung verbunden, bei dem sehr hohe Anforderungen an die Stoß-Widerstandsfähigkeit bestehen. Stöße erzeugen eine Relativbeschleunigung zwischen den Platten und dem Laufwerkgehäuse, was sich wiederum als Krafteinwirkung über bzw. auf das Lagersystem bemerkbar macht. Da die Kontaktflächen in Wälz- bzw. Kugellagern sehr klein sind, können die sich ergebenden Kontaktdrücke die Druckfestigkeit des Lagermaterials überschreiten und eine permanente Verformung und Beschädigung am Lagerring und den Kugeln (Wälzkörpern) des Wälz- bzw. Kugellagers erzeugen.

Außerdem sind mechanische Lager nicht einfach auf kleinere Abmessungen dimensionierbar. Dies ist ein erheblicher Nachteil, da die Tendenz in der Plattenlaufwerkindustrie dahingehend bestand, die physischen Abmessungen der Plattenlaufwerkeinheit kontinuierlich zu verringern.

Als Alternative zu herkömmlichen Wälzlager-Spindelsystemen haben Forscher einen Großteil ihrer Anstrengungen auf die Entwicklung eines hydrodynamischen Lagers konzentriert. Bei diesen Systemtypen wirkt Schmierfluid – entweder Gas oder Flüssigkeit – als die eigentliche Lagerfläche zwischen einer stationären Basis oder einem Gehäuse und der sich drehenden Spindel oder der sich drehenden Nabe des Motors. Beispielsweise sind in hydrodynamischen Lagersystemen flüssige Schmiermittel, die Öl, komplexere ferromagnetische Fluide oder sogar Luft umfassen, verwendet worden. Der Grund für die erwünschte Verwendung von Luft liegt in der Bedeutung der Vermeidung des Ausgasens von kontaminierenden Stoffen in den abgedichteten Bereich des Kopf-/Plattengehäuses. Luft bietet jedoch nicht die Schmierqualitäten von Öl. Die relativ höhere Viskosität von Öl ermöglicht größere Lagerspalte und daher lockerere Toleranz-Standards, um eine ähnliche dynamische Leistung zu erzielen.

Ein üblicher Typ eines fluiddynamischen Lagers umfasst eine sich durch die Hülse oder Nabe erstreckende Achse mit einer oder mehreren sich radial erstreckenden Platten, die von der Achse getragen werden. Ein fluiddynamisches Lager ist zwischen der Achse und der Bohrung durch die Nabe vorgesehen, wobei das Fluid, welches den Spalt bzw. Zwischenraum zwischen der Innenfläche der Bohrung und der Außenfläche der Achse einnimmt, die Steifigkeit für die Achse liefert. Ohne diese Steifigkeit ist die Achse über die Lebensdauer des Motors hinweg gegenüber Schrägstellung oder Schlingern anfällig. Infolgedessen ist jede Nabe oder Platte, die zur Drehung von der Achse getragen wird, gegenüber Schlingerbewegung oder Schrägstellung anfällig. Jede solche Schrägstellung oder Instabilität in der Nabe oder der Platte würde das Lesen oder Schreiben von Daten auf die bzw. von der Platten-Oberfläche sehr schwierig gestalten und die Lebensdauer des Motors sowie des Plattenlaufwerks, in dem dieser verwendet wird, verkürzen.

Die Tatsache jedoch, dass eine herkömmliche fluiddynamische Lagergestaltung auf der Verwendung eines Fluids in einem sehr schmalen Spalt zwischen einer Achse und der sie umgebenden Bohrung beruht, um radiale Steifigkeit herzustellen und aufrechtzuerhalten, schafft ein Problem aufgrund des sehr breiten Temperaturbereichs, in dem der Motor arbeiten muss. In bekannten Radiallagergestaltungen für die Achse kann die Temperatur des Fluids, wenn sich das System im Ruhezustand befindet, bei etwa 5°C bis 25°C, je nach der Temperatur der Umgebung liegen; im Betrieb kann die Fluidtemperatur 70°C oder mehr betragen. Selbstverständlich ändert sich die Viskosität des Fluids, wenn das Fluid weniger dicht wird und der Achse wesentlich weniger Steifigkeit vermittelt. Somit ist es sehr schwierig, sofern nicht ausgeklügelte Systeme in die Gestaltung eingegliedert werden, das erwünschte Niveau an radialer Steifigkeit für die Achse über den gesamten Bereich von Betriebstemperaturen des Plattenlaufwerks beizubehalten.

Es sind Anstrengungen unternommen worden, das in dem fluiddynamischen Lagerspalt verwendete Fluid zu modifizieren, um so die Änderungen der Viskosität bei Temperaturänderungen zu minimieren; solche Fluide können jedoch die Kosten des Lagers und des Motors erhöhen, und haben die Zielsetzung eines Temperaturausgleichs bzw. einer Temperaturkompenastion über einem breiten Temperaturbereich nicht voll erfüllt.

Plattenlaufwerkgeschwindigkeiten nehmen infolge offensichtlicher Leistungsgewinne weiter zu. Höhere Geschwindigkeiten bedeuten für gewöhnlich höhere Energieanforderungen, es wird aber jede Anstrengung unternommen, Energiezunahmen infolge von Energiezufuhrbeschränkungen und exzessiver erzeugter Wärme zu vermeiden. Infolge dieser Einschränkungen müssen Hochgeschwindigkeits-Spindeln bei allen Temperaturen außergewöhnlich effizient sein. Fluiddynamische Motoren tendieren dazu, bei niedriger Umgebungstemperatur infolge der Änderung der Viskosität von Öl einen hohen Energiebedarf aufzuweisen. Der resultierende hohe Energiebedarf bei niedriger Temperatur ist oft exzessiv, so dass der Reduzierung dieses Energiebedarfs bei niedriger Temperatur sehr viel Aufmerksamkeit geschenkt wurde.

Offenbarung der Erfindung

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine hydrodynamische Lagergestaltung bereitzustellen, die einfach und zuverlässig in der Gestaltung ist, während Mittel zum Ausgleich bzw. Kompensieren von Temperaturvariationan bei gleichzeitiger Beibehaltung der radialen Steifigkeit des Systems eingegliedert sind.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine fluiddynamische Lagergestaltung bereitzustellen, welche die Änderungen des Energieverbrauchs während eines Langzeitbetriebs minimiert.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Gestaltung bereitzustellen, bei der die Hochgeschwindigkeits-Spindel bei allen Betriebstemperaturen sehr effizient ist.

Die vorliegende Erfindung ist auch dazu vorgesehen, eine Minimierung in der Variation des Betriebsstroms beim Lauf im Beharrungszustand (steady state run current) bei verschiedenen Betriebstemperaturen zu erreichen.

Diese und weitere Aufgaben der Erfindung werden erfüllt, indem ein Isolator zwischen mindestens einem Abschnitt der Hülse oder des Lagersitzes, welcher das fluiddynamische Lager umgibt, und der Nabe und der Umgebung, in der das Lager, typischerweise eines Spindelmotors, arbeitet, vorgesehen ist.

Im einzelnen werden gemäß einer bevorzugten Gestaltung der vorliegenden Erfindung eine Nabe und eine Achse bereitgestellt, die für eine Relativdrehung angebracht sind, indem zwei konische, voneinander entlang der Achse beabstandete Lager vorgesehen sind, sowie ein jedem konischen Lager zugewandter Lagersitz. In dem Spalt zwischen jedem Konus und dem zugewandten Lagersitz wird Fluid gehalten, welches den Konus und den Sitz für eine Relativdrehung lagert: Die Außenfläche des Lagersitzes ist vom Rest des Motors durch einen thermischen Isolator isoliert, der sich zumindest teilweise entlang der Außenfläche der Sitze erstreckt. Dieser Isolator ist wirksam beim Warmhalten der Lager, selbst bei einer relativ niedrigen Umgebungstemperatur, bei der der Motor eingesetzt werden kann. Der Isolator kann ein zylindrisches, keramisches oder ähnliches Material mit niedriger Wärmeleitfähigkeit umfassen, das sich zumindest teilweise entlang der Axialabstands-Außenseite der Lagerkonusse erstreckt. In einer alternativen Ausführungsform kann ein Luftzwischenraum in der Außenfläche des Lagersitzes festgelegt sein, der sich zumindest teilweise zwischen den Lagerkonussen erstreckt.

Die oben beschriebenen Ausführungsformen umfassen Mittel zum Isolieren der Lager vom Rest des umgebenden Motors, wobei die Lager auch in einer Niedertemperaturumgebung warmgehalten werden und bewirkt wird, dass sich die Lager durch eine Reduzierung in der thermischen Masse, d. h. dem Bereich um die Lager, der sich erwärmen kann, schneller erwärmen.

Da hier die günstigen Auswirkungen der Verringerung der thermischen Masse erkannt wurden, ist es auch möglich, für den männlichen Konus, der an der Achse angebracht ist, den weiblichen Konus oder Lagersitz, welcher den Konus an der Achse umgibt, und potentiell auch für die Achse selbst einen Keramikstoff einzusetzen, um die thermische Masse noch weiter zu reduzieren.

Weitere Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sind für einen Fachmann aus der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform, die mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen gegeben wird, ersichtlich.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Damit die Art und Weise, in der die oben genannten Merkmale der vorliegenden Erfindung erreicht und im Detail verstanden werden können, wird eine genauere Beschreibung der vorstehend kurz zusammengefassten Erfindung durch Bezugnahme auf deren Ausführungsformen, die in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind, gegeben.

Es ist jedoch anzumerken, dass die beigefügten Zeichnungen nur typische Ausführungsformen dieser Erfindung darstellen und daher nicht als ihren Schutzumfang einschränkend anzusehen sind, da die Erfindung auch andere, ebenso wirksame Ausführungsformen zulässt. Es zeigen:

1 eine perspektivische Ansicht eines Plattenlaufwerks, bei dem der Motor der vorliegenden Erfindung von besonderem Nutzen ist,

2 eine Vertikalschnittansicht eines Motors mit dualen konischen Lagern zum Lagern der Achse und der Nabe für eine Relativdrehung, die so gestaltet sein können, dass sie Merkmale der vorliegenden Erfindung aufweisen,

3 eine Vertikalschnittansicht einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung mit den neuartigen Merkmalen dieser Erfindung,

4 eine Vertikalschnittansicht einer weiteren alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Detaillierte Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform

Die folgende Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird unter Bezugnahme auf ihre Anwendung in einem Plattenlaufwerk gegeben, da Plattenlaufwerke besonders empfindlich gegenüber erhöhten Variationen oder Zunahmen des Laufwerkstroms beim Einsatz sind. Die vorliegende Erfindung kann aber auch bei der Verbesserung der Funktionsfähigkeit von fluiddynamischen Lagern generell von Nutzen sein, insbesondere von konischen fluiddynamischen Lagern, die unter anderen Bedingungen eingesetzt werden.

So zeigt 1 eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht eines Plattenlaufwerk-Speichersystems, bei dem das vorliegende Lager und/oder der Motor von Nutzen wären. 1 dient hauptsächlich dazu, ein Anschauungsbeispiel der Umgebung zu vermitteln, in der ein Motor mit dem die Merkmale der vorliegenden Erfindung umfassenden Lager eingesetzt wird; es versteht sich, dass der Motor ebenso gut bei anderen Gestaltungen von Plattenlaufwerken oder anderen Betriebsumgebungen eingesetzt werden könnte, abgesehen von der Plattenlaufwerk-Technologie, bei denen eine Minimierung der Variationen des Betriebsstroms über den Betriebs-Umgebungstemperaturen und/oder eine Minimierung der erforderlichen Energiemenge zum Starten und zuverlässigen Halten der Geschwindigkeit des Motors und/oder eine Beibehaltung der Steifigkeit der Achse gegenüber radialer Stabilität über einem breiten Betriebstemperaturbereich von Bedeutung ist.

In dem speziellen Beispiel der 1 umfasst das Speichersystem 10 ein Gehäuse 12 mit einem Spindelmotor 14, der die Speicherplatte(n) 16 drehbar trägt. Eine Armaturenanordnung 18 bewegt Wandler 20 über die Oberfläche der Platten 16. Die Umgebung der Platten 16 ist durch eine Dichtung 22 und durch eine Abdeckung 24 abgedichtet bzw. versiegelt. Im Betrieb drehen sich die Platten 16 mit hoher Geschwindigkeit, während Wandler 20 an irgendeiner eines Satzes radial differenzierter Spuren auf der Oberfläche der Platten 16 positioniert sind bzw. werden. Dies ermöglicht es den Wandlern, codierte Information von der/auf die Oberfläche der Platten an ausgewählten Stellen zu lesen und zu schreiben. Die Platten drehen sich mit sehr hoher Geschwindigkeit, mehreren tausend U/min, um jeden Wandler im Schwebezustand über der Oberfläche der zugeordneten Platte zu halten. Bei der heutigen Technologie wird der Abstand zwischen dem Wandler und der sich drehenden Plattenoberfläche in Mikro-Inch gemessen; somit ist es sehr wichtig, dass die Platte nicht vibriert oder aus der Ebene, in der sie sich drehen soll, kippt. Ein solches Kippen, eine Verschiebung oder eine Vibration könnten die Luftströmung leicht stören, welche den Schwebezustand des Wandlers über der Oberfläche aufrechterhält, oder einfach einen mechanischen Kontakt zwischen dem Wandler und der Plattenoberfläche verursachen. Ein solcher Kontakt würde die Plattenoberfläche wahrscheinlich beschädigen und zum Verlust von Plattenspeicherplatz führen. Er könnte sogar den Wandler beschädigen und zu einem Verlust der Nutzung des Plattenlaufwerks führen. Auch die Beibehaltung der konstanten Drehgeschwindigkeit der Platte bei minimalem Energieverbrauch ist wichtig.

2 ist ein Vertikalschnitt durch einen Spindelmotor eins Typs, der im Plattenlaufwerk von 1 von Nutzen ist, und zeigt die Basisstruktur des Motors oder diese zumindest soweit, wie es für die Erfindung relevant ist. Der teilweise dargestellte Motor umfasst eine stationäre Achse 40, die von beabstandeten Lagerkonussen 42, 44 gehaltert wird, welche von der Achse getragen werden. Ein Lagersitz oder Lagersitze 43 sind vorgesehen. Der Lagersitz 43 stellt die mit den Lagerkonussen 42 und 44 zusammenwirkende Oberfläche bereit, um eine Relativdrehung der Nabe und der Achse zu lagern, wobei das Fluid 50 in den Spalten 52 und 53 zwischen den Sitzflächen verwendet wird.

Unmittelbar außerhalb des Lagersitzes 43 befindet sich eine Hülse 54 aus Material geringer Wärmeleitfähigkeit. In einer bevorzugten Form der Erfindung ist dieses Material ein Keramikmaterial. Diese Hülse umfasst einen keramischen Wärmeisolator 54, der beim Warmhalten der Lager auch in einer Umgebung niedriger Temperatur, die bis auf 5 Grad Celsius oder darunter fallen kann, wirksam ist. Unmittelbar außerhalb der Hülse 54 aus Material geringer Wärmeleitfähigkeit befindet sich eine Nabe 60, die typischerweise aus Aluminium gebildet ist, wobei die Außenfläche der Nabe eine oder mehrere Platten 64 für eine konstante Hochgeschwindigkeitsdrehung haltert. Ebendiese äußere Nabe haltert einen Eisenrückschluss 66 und einen Magneten 68, die mit Stator 70 ausgerichtet wären, um auf bekannte Art eine Drehung in Reaktion auf Stromsignale zu bewirken.

Da der Luftwiderstand des Motors (motor drag) bei höherer Umgebungstemperatur stark fällt, hat die Isolierungshülse 54 sehr wenig Auswirkung auf den Betrieb der sich relativ drehenden Teile bei steigender Umgebungstemperatur. Dies ist erwünscht, da bei hoher Umgebungstemperatur eine erhöhte Lagertemperatur die Steifigkeit unter das erwünschte Maß verringert. Es wird aber angenommen, dass die Verwendung dieser Hülse eine minimale Wirkung auf die Steifigkeit der Achsen-Hülsen-Kombination hat. Jede Art und Weise, auf die die thermische Masse (der Bereich um die Lager herum, der sich erwärmen kann) verringert oder von der Umgebung isoliert werden kann, verbessert die selbsterwärmende Wirkung. Dies ist der Vorteil, der durch Verwendung dieser Hülse aus Material geringer Wärmeleitfähigkeit geboten wird.

3 zeigt die Änderung im Betriebsstrom (IBetrieb) über der Zeit für die in 2 gezeigte Motorart, gemessen bei vorhandener keramischer Hülse 54 und ohne diese. Die Figur umfasst vier Linien; die Linie 300A zeigt die Motorgestaltung im Betrieb bei 5°C Umgebungstemperatur, und den Strom, den der Motor für einen Dauerbetrieb zieht; die Linie 300B zeigt den gleichen Motor aus rostfreiem Stahl mit einem wesentlich geringeren Betriebsstrom, das heißt mit einem um 18,9% bei einem Betrieb bei 25°C reduzierten Betriebsstrom.

Demgegenüber beträgt bei Einsatz der keramischen Hülse gemäß 2 bei eingesetzter keramischer Hülse der Unterschied im Strom zwischen einem Betrieb bei 5 C (Linie 310A) und einem Betrieb bei 25°C (Linie 310B) nur 10,9%, was eine sehr vorteilhafte Verringerung des Unterschieds im Dauerbetriebsstrom bei Unterschieden in der Umgebungstemperatur ist. Wie in der obigen Problemdarstellung dargelegt wurde, ist dies als eine erhebliche Modifikation gegenüber vorher erreichten Unterschieden im Betriebsstrom im Verhältnis zu vorbekannten Lösungswegen anzusehen.

Ein alternativer Lösungsweg ist in 4 gezeigt; im Vergleich zu 2 sind die männlichen Konusse und die Achse der konischen Lager in dieser Ansicht nicht erkennbar, sondern nur der Lagersitz. In der Ausführungsform der 4 ist anstelle der Verwendung einer keramischen Hülse gemäß 2 ein Luftspalt 400 in der Außenfläche der Hülse 410 festgelegt. Dieser Luftspalt nimmt die maximale Raummenge in der Radialrichtung ein, die eingenommen zu werden vermag, ohne die Struktur der Hülse zu schwächen, und er erstreckt sich in dieser beispielhaften Ausführungsform etwas außerhalb der Mittellinie der Hülse zur Außenrand der Hülse, an der die Nabe 420 angebracht ist. Die axiale Erstreckung des Luftspalts ist auch so groß wie möglich, im Hinblick auf die Konsistenz mit der strukturellen Integrität; in dieser Ausführungsform erstreckt sie sich über einen wesentlichen Abschnitt der axialen Distanz zwischen den beiden weiblichen Konussen 430 und 432, die in der Hülse 410 festgelegt sind. Es ist bekannt, dass Luft eine sehr geringe Wärmeleitfähigkeit hat und somit diese Ausführungsform, die einen in angemessener Weise festgelegten Luftspalt 400 aufweist, auch die Vorteile einer Wärmeisolierung bietet, wie sie mit dem keramischen Wärmeisolator erzielt werden kann.

Einige Vorteile des oben beschriebenen Lösungswegs können auch durch Ersetzen der in 2 gezeigten männlichen Konusse, der Lagersitze, welche die weiblichen Konusse festlegen und/oder der Achse durch Keramikwerkstoff erzielt werden. Außerdem können andere Materialien mit geringer Wärmeleitfähigkeit, beispielsweise Industriekunststoffe, verwendet werden, speziell für den Keramikring. Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind einem Fachmann, der die Offenbarung der Erfindung studiert, ersichtlich. Daher findet sich der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung in den folgenden Ansprüchen.

THERMISCHE KOMPENSATION FÜR FLUIDDYNAMISCHES LAGER

Es sind eine Nabe und eine Achse vorgesehen, die für eine Relativdrehung angebracht sind, indem zwei konische, entlang der Achse beabstandete Lager und ein jedem konischen Lager zugewandter Lagersitz vorgesehen sind. In dem Spalt zwischen jedem Konus und dem zugewandten Lagersitz befindet sich Fluid, das den Konus und den Sitz für eine Relativdrehung lagert. Die Außenfläche des Lagersitzes ist vom Rest des Motors durch einen Wärmeisolator isoliert, der sich zumindest teilweise entlang der Außenfläche der Sitze erstreckt. Dieser Isolator ist zum Warmhalten der Lager in einer Umgebung relativ niedriger Temperatur, in der der Motor eingesetzt werden kann, wirksam. Der Isolator kann ein zylindrisches Keramikmaterial oder ein ähnliches Material mit geringer Wärmeleitfähigkeit umfassen, das sich zumindest teilweise entlang dem Axialabstand außerhalb der Lagerkonusse erstreckt. Alternativ kann ein Luftraum in der Außenfläche des Lagersitzes festgelegt sein, der sich zumindest teilweise zwischen den Lagerkonussen erstreckt.

(2)


Anspruch[de]
  1. Fluiddynamisches Lager, das eine Hülse und eine Achse für eine Relativdrehung lagert, wobei die Hülse ein Paar entlang der Achse beabstandeter Konusse aufweist, wobei die Hülse ein Paar Lagersitze umfasst und einer der Sitze jeweils mit einem der Konusse zusammenwirkt, um einen Spalt bzw. Zwischenraum zwischen dem Konus und dem Sitz festzulegen, wobei Fluid in dem Spalt die Hülse und die Achse für eine Relativdrehung lagert, sowie einen Bereich geringer Wärmeleitfähigkeit an einer Außenfläche der Hülse zum Vorsehen einer Wärmeisolierung für die Achse und die Hülse, um das fluiddynamische Lager auch in einer Umgebung niedriger Temperatur warm zu halten.
  2. Fluiddynamisches Lager nach Anspruch 1, wobei der Bereich geringer Wärmeleitfähigkeit eine Umfangs-Keramikschicht umfasst.
  3. Fluiddynamisches Lager nach Anspruch 1, wobei die Hülse rostfreien Stahl und die Achse rostfreien Stahl aufweist.
  4. Fluiddynamisches Lager nach Anspruch 1, wobei der wärmeisolierende Bereich einen Luftspalt umfasst, der sich radial und axial entlang einer Außenfläche der Hülse erstreckt.
  5. Fluiddynamisches Lager nach Anspruch 4, wobei sich der Luftspalt axial entlang einem Bereich zwischen den Lagersitzen und den Konussen erstreckt, aber den Bereich der Lagersitze und der Konusse radial nicht überlappt.
  6. Fluiddynamisches Lager nach Anspruch 1, wobei der Bereich geringer Wärmeleitfähigkeit eine Industriekunststoff aufweisende zylindrische Abschirmung umfasst.
  7. Fluiddynamisches Lager nach Anspruch 4, wobei der Lagersitz rostfreien Stahl und die Nabe Aluminium aufweist.
  8. Fluiddynamisches Lager nach Anspruch 4, wobei die Hülse rostfreien Stahl und die Achse rostfreien Stahl aufweist.
  9. Spindelmotor zur Verwendung in einem Plattenlaufwerk mit einer Achse und einer Hülse sowie einer eine oder mehrere Platten halternden Nabe, wobei die Achse und die Hülse für eine Relativdrehung durch ein fluiddynamisches Lager gelagert sind, wobei das fluiddynamische Lager eine Hülse und eine Achse für eine Relativdrehung lagert, wobei die Hülse ein Paar entlang der Achse beabstandete Konusse aufweist, die Hülse ein Paar Lagersitze umfasst und einer der Sitze jeweils mit einem der Konusse zusammenwirkt, um einen Spalt bzw. Zwischenraum zwischen dem Konus und dem Sitz festzulegen, wobei Fluid in dem Spalt die Hülse und die Achse für eine Relativdrehung lagert, sowie einen Bereich geringer Wärmeleitfähigkeit an einer Außenfläche der Hülse zum Vorsehen einer Wärmeisolierung für die Achse und die Hülse, um das fluiddynamische Lager auch in einer Umgebung niedriger Temperatur warm zu halten.
  10. Fluiddynamisches Lager nach Anspruch 9, wobei der Bereich geringer Wärmeleitfähigkeit eine Umfangs-Keramikschicht umfasst.
  11. Fluiddynamisches Lager nach Anspruch 9, wobei die Hülse rostfreien Stahl und die Achse rostfreien Stahl aufweist.
  12. Fluiddynamisches Lager nach Anspruch 9, wobei der wärmeisolierende Bereich einen Luftspalt umfasst, der sich radial und axial entlang einer Außenfläche der Hülse erstreckt.
  13. Fluiddynamisches Lager nach Anspruch 12, wobei sich der Luftspalt axial entlang einem Bereich zwischen den Lagersitzen und den Konussen erstreckt, aber den Bereich der Lagersitze und der Konusse radial nicht überlappt.
  14. Fluiddynamisches Lager nach Anspruch 9, wobei der Bereich geringer Wärmeleitfähigkeit eine Industriekunststoff umfassende zylindrische Abschirmung aufweist.
  15. Fluiddynamisches Lager nach Anspruch 12, wobei der Lagersitz rostfreien Stahl und die Nabe Aluminium aufweist.
  16. Plattenlaufwerk mit einem Gehäuse und einer Basis und einem mindestens eine Platte zur Drehung halternden Spindelmotor, wobei der Motor hydrodynamische Lagermittel umfasst, welche Fluid zum Lagern der Platte zur Drehung sowie ein Mittel zum thermischen Isolieren des Fluidlagers von der Umgebung aufweist.
  17. Plattenlaufwerk nach Anspruch 16, wobei das Mittel zum Isolieren eine Umfangs-Isolierschicht radial zwischen dem Fluid und der Nabe umfasst.
  18. Plattenlaufwerk nach Anspruch 17, wobei das Mittel zum Isolieren eine Umfangs-Keramikschicht umfasst.
  19. Plattenlaufwerk nach Anspruch 16, wobei das Mittel zum Isolieren einen Luftspalt zwischen einer eine Motorachse zur Drehung halternden Hülse und einer die Platte zur Drehung halternden Nabe umfasst.
  20. Plattenlaufwerk nach Anspruch 19, wobei sich der Luftspalt entlang einem Bereich zwischen den Lagersitzen und den Konussen erstreckt, aber den Bereich der Lagersitze und Konusse radial nicht überlappt.
Es folgen 4 Blatt Zeichnungen






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