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Dokumentenidentifikation DE3540363C2 01.08.1991
Titel Spindel, insbesondere Plattenspeicherspindel
Anmelder FAG Kugelfischer Georg Schäfer KGaA, 8720 Schweinfurt, DE
Erfinder Voll, Horst, Dipl.-Ing., 8728 Haßfurt, DE;
Meyer, Manfred, Dipl.-Ing., Stamford, Conn., US
DE-Anmeldedatum 14.11.1985
DE-Aktenzeichen 3540363
Offenlegungstag 19.06.1986
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 01.08.1991
Veröffentlichungstag im Patentblatt 01.08.1991
IPC-Hauptklasse G11B 17/02
IPC-Nebenklasse G11B 17/022   G11B 19/20   

Beschreibung[de]

Die Erfindung bezieht sich auf eine Spindel nach dem Oberbegriff des ersten Anspruchs.

Spindeln der aufgezeigten Art sind seit einiger Zeit in Benutzung. Eine identische Ausführung dazu wird in der DE-OS 32 21 865 gezeigt. Diese bestehen aus einer Welle, mit der ein Aufnahmeteil z. B. für Magnetplatten mit Preßsitz verbunden ist. Diese drehbare Welle wird über übliche Kugellager, die gegeneinander axial über Federn vorgespannt sind, in einem Gehäuse gelagert. Der Antriebsmotor wird üblicherweise auf der dem Aufnahmeteil gegenüberliegenden Seite der Welle befestigt. Diese Ausführung besitzt einige wesentliche Nachteile. Aus Platzgründen in axialer Richtung wurde die Lagerung mit Gehäuse in verlängerte Aufnahmeteile eingefügt. Da nun aber die Magnetplatten einen bestimmten Innendurchmesser besitzen, bleibt für alle im Aufnahmeteil angeordneten Maschinenteile nur ein bestimmter, radialer Raum übrig. Insbesondere ergab sich eine dünne Welle, deren dynamische Nachgiebigkeit oft nicht mehr den Anforderungen entspricht. Durch die Verwendung von vielen Einzelteilen können sich wegen der Summierung der Toleranzen Ungenauigkeiten ergeben, die einen unzulässigen, unruhigen Lauf sowie geringe Laufgenauigkeit der Spindel bewirken. Die in axialer Richtung wirkenden Federn ergeben auch in dieser Richtung ein dynamisch instabiles System bei bestimmten Betriebszuständen. Außerdem bewirken insbesondere die vielen Einzelteile eine aufwendige Montage der Spindeleinheit.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung eine gut abgedichtete Spindel nach dem Oberbegriff des ersten Anspruchs so weiter zu verbessern, daß sich die genannten Nachteile nicht mehr ergeben und insbesondere eine Welle mit ausreichendem Durchmesser und besseren dynamischen Nachgiebigkeitsverhalten vorgesehen werden kann.

Die Erfindung wird mit Hilfe der kennzeichnenden Merkmale des ersten Anspruchs dargelegt. Die Ansprüche zwei bis fünf enthalten spezielle Ausgestaltungen.

Der Wegfall des einen inneren Laufrings und die einteilige Gestaltung des Außenrings, die auch eine verkleinerte Gehäuseausführung ermöglicht, bewirkt eine große Platzersparnis. Dadurch kann insbesondere eine Welle mit größerem Durchmesser und damit stabilerem dynamischen Verhalten Verwendung finden. Der Wegfall von Innen- und Außenringen bewirkt außerdem eine höhere Genauigkeit der Lagerung, denn einige Sitzstellen mit ihren Toleranzen fallen weg. Der einstückige Außenring macht außerdem gewisse Gehäuseabschnitte nicht mehr erforderlich. Außerdem wird eine direkte Verbindung zwischen den beiden Lagern hergestellt. Die axiale Vorspannung zwischen den Lagern erfolgt in einfacher Weise durch entsprechende Verschiebung des Innenrings des anderen Lagers auf der abgestufen Welle. Wenn die richtige Position erreicht ist, kann dieser Ring durch Kleben oder Preßsitz fixiert werden. Nachträgliche axiale Veränderungen sind daher nicht mehr möglich. Statt des einstückigen Außenrings können auch zwei normale Außenringe verwendet werden, die in einer Verbindungshülse mit festem Sitz angeordnet sind. Auch hier ergibt sich ein Raumgewinn, denn die Welle kann in Richtung der dünneren Verbindungshülse einen größeren Durchmesser und damit eine höhere Stabilität erhalten. Diese Ausführung besteht zwar aus mehreren Teilen, bringt aber trotzdem keine gravierende Nachteile hinsichtlich der Genauigkeit, da Welle, Lager und Hülse als Baueinheit vom Lagerhersteller mit der bei ihm üblichen hohen Genauigkeit gefestigt werden können. Erforderlich ist dabei lediglich eine gute und genaue axiale Fixierung der Außenringe in der Hülse mit den bekannten Mitteln wie Kleben, Preßsitz usw. Auch in Richtung des Gehäuses bringt der einteilige Außenring sowie die Hülsenkonstruktion Vorteile. Ersteres kann nämlich L-förmig ausgeführt werden und seine Befestigung erfolgt am besten im Bereich zwischen den Lagern z. B. mit Hilfe eines Preßsitzes genau an der erforderlichen axialen Stelle. Dadurch ist keine Nacharbeit vom Gehäuse oder Lagerteilen nötig. Damit wird außerdem die Gefahr vermieden, daß der bei der Nacharbeit entstehende Schmutz und Staub in das Innere der Plattenspeicherräume gelangt.

Dadurch, daß der Aufnahmeteil nach einer bevorzugten Ausführung eine Abstufung erhält, die in etwa der entspricht, die sich durch den axialen Schenkel des Gehäuses auf dem einteiligen Außenring ergibt, bilden sich zwei radial versetzte Dichtspalte. Diese Ausführung ist so günstig, daß normalerweise der Einbau zusätzlicher spezieller Dichtungen nicht mehr nötig wird.

Weite Vorteile der erfindungsgemäßen Spindel bestehen darin, daß wegen der geringeren Anzahl von Teilen eine preislich und wirtschaftlich günstige Ausführung vorliegt, die auch eine einfachere Montage bei der Herstellung oder im Falle einer Reparatur ermöglicht. Mit Hilfe einfacher Hilfsvorrichtungen können außerdem ohne Nacharbeiten die Einzelteile genau zueinander positioniert werden. Dies gilt beispielsweise für den axialen Abstand des Aufnahmeteils zum radialen Schenkel des Gehäuses, der innerhalb einer bestimmten Toleranz bei Plattenspeicherspindeln liegen muß.

Dadurch, daß nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung der Radius der Bohrungsfläche des Außenrings zwischen den Lagern nur geringfügig größer ist als der Wellendurchmesser, vergrößert sich die Stabilität des Außenrings, was insbesondere zu einer Gehäuseverkleinerung oder zu einer besseren Nutzung des radial begrenzten Einbauraums führt, und bewirkt weiterhin, daß auch zwischen der Welle und dem Außenring ein langer Dichtspalt entsteht. Dies erschwert das Eindringen von Schmutz in den Magnetplattenraum von der Seite her, die dem Aufnahmeteil entgegengesetzt ist.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist es möglich an der Stufung des Aufnahmeteils eine Dichtung z. B. in Form einer Ferrofluid- Dichtung vorzusehen. Zusätzlicher Raum ist hierfür nicht erforderlich.

Ein anderes wirkungsvolles Dichtungssystem ist dann gegeben, wenn die Merkmale nach Anspruch 5 verwendet werden. Die dort angegebenen schraubenförmigen Nuten erzeugen nämlich einen Luftstrom von sauberen Innenraum durch den Lagerraum in die Umgebung. Die Dichtung, die den Lagerraum zur Umgebung abschließt und die im Stillstand der Spindel mit ihrer elastischen Dichtlippe an der Gegenfläche anliegt, wird beim Anfahren der Spindel unter Druck gesetzt. Dies führt dann im Betrieb der Anlage zu einen leichten Abheben der Dichtlippe von der Gegenfläche und damit zu einen Druckausgleich. Die sehr erwünschte, gute Abdichtung des Lagerraums und des Innenraums wird also im Stillstand der Spindel durch die anliegende Dichtlippe erreicht und im Betrieb durch einen Luftstrom zur Umgebung hin bei leicht abhebender Dichtlippe. Ein Druckausgleich im Innenraum findet dadurch statt, daß eine mit einem Filter versehene Öffnung zur Umgebung an anderer Stelle vorgesehen ist. Die Anordnung dieser einfachen und platzsparenden Dichtung hat noch den weiteren Vorteil, daß die Steifigkeit verbessert werden kann entweder durch einen längeren Nabensitz des Aufnahmeteils auf der Welle oder durch eine längere Stützbasis für die Lager.

Die Erfindung wird anhand von drei Figuren beispielhaft näher erläutert:

Fig. 1 zeigt einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Plattenspeicher-Spindel mit Antriebsmotor

Fig. 2 zeigt eine Variante der Fig. 1 mit Dichtung

Fig. 3 zeigt eine Variante der Fig. 1 mit einer anderen Dichtung.

Gemäß Fig. 1 besteht die Spindel aus der Welle 1, den beiden Lagern 2 und 3, die einen gemeinsamen Außenring 4 besitzen, und dem Gehäuse 5. An einem Ende der Welle 1 ist der Aufnahmeteil 6 für die nicht gezeigten Magnetplatten mit Preßsitz befestigt, während am anderen Ende der Läufer 7 eines auf dem Außenring 4 und dem Gehäuse 5 befestigten Motors 8 sitzt.

Die innere Laufbahn 2&min; des Schrägkugellagers 2 ist direkt auf der Welle 1 angebracht. Deshalb und weil der Außenring des Lagers 2 und 3 einstückig ausgebildet ist, weswegen der axiale Abschnitt 5&min; des Gehäuses 5 kurz gehalten werden kann, ergibt sich im Hinblick auf den wegen der festen Innendurchmesser der Magnetplatten nicht erweiterbare Raum trotzdem ein Platzgewinn. Dies ermöglicht, eine Vergrößerung des Durchmessers der Welle 1 nicht nur im Bereich des Lagers 2, sondern auch über nahezu deren gesamte Länge. Das Lager 3 besitzt einen gesonderten Innenring 3&min; der im Montagestadium auf einem Wellenabsatz 1&min; axial verschieblich angeordnet ist. Wenn die richtige axiale Vorspannung erreicht ist, kann er durch Kleben auf dem Wellenabsatz 1&min; fixiert werden, wodurch sich eine axial stabile Lagerung ergibt. Das Gehäuse 5 umfaßt den axialen Abschnitt 5&min; und den radialen Abschnitt 5&min;&min;. Mit letzterem wird die Spindel am nicht gezeigten Gerät befestigt. Ersterer erstreckt sich nur bis etwa zur Mitte des Außenrings 4, was wegen des einteiligen und mit großer Wanddicke versehenen Außenringe 4 ohne weiteres möglich ist. Damit ergibt sich in der Bohrungsfläche des Aufnahmeteils 6 eine Abstufung 9. Wegen der geringen radialen Platzverhältnisse liegen nun die Mantelfläche des radialen Gehäuseabschnitts 5&min; der Bohrungsfläche des unteren Aufnahmeteils 10 und die Mantelfläche des Außenrings 6 der Bohrungsfläche des oberen Aufnahmeteils 11 mit so geringem Abstand gegenüber, daß sich günstige Labyrinthspalten 12 und 13 ergeben, die normalerweise als Dichtung ausreichen. Als zusätzliche Dichtung des Magnetplattenraums gegen Schmutz, der von der Motorseite hinein gelangen könnte, wirkt noch der Labyrinthspalt 14, der sich zwischen der Mantelfläche der Welle 1 und der Bohrungsfläche des Außenrings 4 ergibt. Dieser ist einfach zu erreichen, indem man den Radius der Bohrungsfläche des Außenrings 4 zwischen den Lagern 2 und 3 nur geringfügig größer ausführt als den Radius der Welle 1.

Die in Fig. 2 dargestellte Variante einer Spindel besteht aus der Welle 15, dem einteiligen Außenring 16, dem Schrägkugellager 17, dem Schrägkugellager 18, das einen getrennten, auf einem weiteren Wellenabsatz 15&min;&min; sitzenden Innenring 18&min; besitzt, dem L-förmigen Gehäuse 19 und dem Aufnahmeteil 20.

Die Hauptunterschiede zur Fig. 1 bestehen darin, daß die innere Laufbahn 17&min; des Schrägkugellagers 17 an einem Absatz l5&min;der Welle 15 angeformt ist und an der Stufe 21 des Aufnahmeteils 20 eine Dichtung 22 vorzugsweise in Form einer Ferrofluid- Dichtung vorgesehen ist. Der nicht gezeigte Antriebsmotor wird an der Welle 15 und dem Gehäuseflanschen 19 befestigt.

Die Fig. 3 hat im wesentlichen den gleichen Aufbau wie die Fig. 1. Zu Dichtzwecken sind hier an der Mantelfläche des axialen Abschnitts 5&min; des Gehäuses 5 schraubenförmig angeordnete Nuten 23 vorgesehen. Deren Steigung ist so gerichtet, daß bei einer bestimmten, immer gleich bleibender Drehrichtung des Aufnahmeteils 6 eine Luftströmung durch die Spalte 13 und 14 zum Lager 3 hin ergibt. Hinter diesem Lager 3 ist eine V-förmige Dichtung 25 vorgesehen, deren Dichtlippe 25&min; am Außenring 27 im Stillstand der Spindel immer anliegt. Dreht sich die Spindel, so steigt wegen des geringen Spaltes 12 auch bei Stillstand der Nuten 23 der Druck im Spindelinneren bis sich die schräg gerichtete Dichtlippe 25&min; vom Außenring 27 abhebt. Wenn die Dichtung 25, wie hier, auf der sich drehenden Welle 1 sitzt, wird das Abheben der Dichtlippe 25&min; noch durch die Fliehkraft unterstützt. Dadurch erfolgt der erforderliche Druckausgleich, ohne daß dabei Schmutz in das Innere der Spindel gelangen kann. Gegenüber den vorhergezeigten Figuren besteht noch ein weiterer Unterschied. Der Außenring ist nämlich nicht einstückig, sondern es werden normale Außenringe 27 verwendet die über eine Hülse 28 verbunden werden. In diesem Fall ist es möglich, die Welle 1 im mittleren Abschnitt in ihrem Durchmesser zu vergrößern und damit deren Steifigkeit zu erhöhen. Weiterhin kann auch die in Fig. 1 gezeigte Dichtung am oberen Ende der Spindel weggelassen werden und die Länge der Sitzstelle des Aufnahmeteils 6 auf der Welle 1 vergrößert werden was die Steifigkeit weiter erhöht.


Anspruch[de]
  1. 1. Spindel, insbesondere Plattenspeicherspindel, bestehend aus zwei in Abstand angeordneten, axial vorgespannten Kugellagern, einem Gehäuse und einer drehbaren Welle, die auf der einen Seite mit einem Aufnahmeteil z. B. für Magnetplatten und auf der anderen Seite mit einem Antriebsmotor versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß
    1. a. die innere Laufbahn (2&min;; 17&min;) des auf der Seite des Aufnahmeteils (6; 20) befindlichen Lagers (2; 17) direkt auf der Welle (1; 15) angeordnet ist, während das andere Lager (3; 18) im Montagezustand axial verschiebbar auf einem reduzierten Wellenabsatz (1&min;; 18&min;) sitzt
    2. b. beide Lager (2, 3; 17, 18) einen einstückigen Außenring (4; 16) bzw. je einen Außenring (27) und eine diese verbindende Hülse (28) besitzen, wobei die Mantelflächen der Außenringe (27) mit festem Sitz in der Hülse (28) angeordnet sind.
    3. c. etwa im Bereich des Lagers (3; 18) am Außenring (4; 16) ein im Teilquerschnitt etwa L-förmiges Gehäuse (5; 19) durch ein Klebemittel oder durch Preßsitz befestigt ist, wobei der axiale Abschnitt (5&min;; 19&min;) des Gehäuses (5; 19) im Aufnahmeteil (6; 20) angeordnet ist.
  2. 2. Spindel nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß der Aufnahmeteil (6; 20) in der Bohrungsfläche entsprechend der Form des Gehäuses (5; 19) und des Außenrings (4; 16) eine Abstufung (9; 21) besitzt.
  3. 3. Spindel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Radius der Bohrungsfläche des Außenrings (4; 16) zwischen den Lagern (2, 3; 17, 18) geringfügig größer ist als der Radius der Welle (1; 15).
  4. 4. Spindel nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß an der Abstufung (21) des Aufnahmeteils (20) eine Dichtung (22) vorgesehen ist.
  5. 5. Spindel nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Außenring (4) und/oder das Gehäuse (5) und/oder das Aufnahmeteil (6) mit einer den Druck im Spindelraum erhöhenden Luftfördereinrichtung wie z. B. schraubenförmig angeordneten Nuten (23) mit Steigung in Drehrichtung an Stellen versehen sind, an denen der Außenring (4) und/oder das Gehäuse (5) dem Aufnahmeteil (6) mit Spalt (12) gegenüberstehen, und daß lediglich an der äußeren Stirnseite des Lagers (3) zur Umgebung hin eine Dichtung (25) mit elastischer, unter Innendruck von der Gegenfläche abhebender Dichtlippe (25&min;) vorgesehen ist.






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