Für Tonbandmaschinen ist ein Transportmechanismus erforderlich, der das Tonband mit möglichst konstanter Geschwindigkeit an den Magnetköpfen vorbeibewegt. Für hochwertige Tonbandgeräte werden durchwegs Antriebe mit drei Motoren verwendet, zwei Wickelmotoren für Auf- bzw. Abwicklung in den beiden Laufrichtungen und ein Capstanmotor, der die Konstanthaltung der Bandgeschwindigkeit gewährleistet. Die Grundprinzipien derartiger Anordnungen sind seit langer Zeit bekannt und existieren in vielfältigen Ausführungsformen.
Höchste Präzision wird vor allem von Tonbandmaschinen verlangt, die für professionelle Zwecke verwendet werden. Es ist dabei zu beachten, dass nicht nur besonders hohen Anforderungen an die Laufkonstanz der Bandbewegung gestellt werden, sondern zusätzlich noch höchste Betriebssicherheit und erleichterte und weitgehend automatische Bedienung verlangt wird, die vor allem eine möglichst rasche und bandschonende Arbeitsweise ermöglicht. Dabei muss in Betracht gezogen werden, dass professionelle Tonbandmaschinen für Rundfunk und insbesondere Schallplattenindustrie meist Mehrkanalgeräte sind, d. h. es werden für 16- und 24-Kanal Aufnahmen Bandbreiten von 2" 50,5 mm und mehr verwendet.
Unter diesen Voraussetzungen ergeben sich neue Aufgabenstellungen, da die Masse der Bandwickel beispielsweise in der Grössenordnung von 10... 15 kg liegen kann. Dies bedeutet die Beherrschung von Anlauf- und Bremsproblemen bei allen betriebsmässig erforderlichen Bandbewegungen, einerseits in Hinsicht auf möglichst schonende Behandlung der Bänder, während andererseits gleichzeitig alle Beschleunigungs- und Verzögerungsvorgänge in möglichst kurzer Zeit ablaufen sollen. In diesem Sinne ist schon vielfach vorgeschlagen worden, für die Wickelantriebe massenarme Motortypen zu verwenden, dies bedeutet jedoch keine Abhilfe für Probleme, die durch die schweren
Bänder selbst hervorgerufen werden.
Die Lösung aller dieser Aufgaben erfordert das Beschreiten neuer Wege bei der Konstruktion der Tonbandmaschinen, um die Steuerung des Bandtransportes unter Einhaltung einer konstanten Bandzugspannung bei Anlauf, Normallauf und
Bremsvorgang, sowie besonders bei raschem Vor- und Rücklauf in der betriebsmässig erforderlichen Zeit zu gewährleisten.
Bei den üblichen für schmale Bänder gebauten Bandgeräten ist die Beschleunigung eines vollen Bandwickels ohne übermässige Bandbeanspruchung in einer Zeit möglich, die üblichen Be triebsbedingungen ohne weiters genügt. Der Anlaufvorgang erfolgt durch das Einschalten der Wickelmotoren und gleichzeitige Ankopplung des Bandes an den Capstanantrieb mittels der Andruckrolle. Ein derartiger Anlaufvorgang mit einem Bandwickel grosser Masse würde eine unzulässige Bandbeanspruchung oder auch Bandriss verursachen. Bei Bandwickeln grosser Masse sind besondere Vorkehrungen erforderlich, die eine schonende Kopplung des Bandes mit dem Capstanantrieb bewirken.
Zur einwandfreien Steuerung der Übergangszustände, vor allem der Startvorgänge, ist als ein wichtiger Parameter die Kenntnis des jeweiligen Verhältnisses der Geschwindigkeit des Bandes zur Geschwindigkeit des Capstanantriebes nötig.
Diese Steuergrösse in Verbindung mit Messwerten der Bandzugspannung an der Aufwickel- und Abwickelseite gestattet einen einwandfreien Betrieb von Tonbandmaschinen, die allen
Anforderungen, unabhängig von der zu verarbeitenden Band dimension entsprechen.
Das erfindungsgemässe Bandtransportsteuerungsverfahren kennzeichnet sich dadurch, dass bei Normal- und Schnellauf, sowie bei Übergangszuständen während des Beschleunigungs und Bremsvorgangs, die Bandzugspannung jeweils durch
Steuerung des Drehmoments und des Drehsinns der Wickel motoren in, bzw. gegen die Bandlaufrichtung unterhalb eines gegebenen Wertes gehalten wird, wobei die Steuerung in
Abhängigkeit von der Stellung von Bandzugsensoren und dem Verhältnis einer, von der Drehzahl des Capstanmotors abgeleiteten Impulsfrequenz zu der von einem mit dem Band bewegten Geber erzeugten, der Bandgeschwindigkeit proportionalen Impulsfrequenz erfolgt.
Es wurde bereits auf die Notwendigkeit hingewiesen, dass in der Praxis alle mit der Bedienung der Tonbandmaschinen zusammenhängenden Vorgänge möglichst rasch ablaufen sollen. Diese Forderung steht im Gegensatz zu der Tatsache, dass grosse Massen, sofern gegebene Antriebskräfte zur Verfügung stehen, nicht beliebig rasch beschleunigt werden können. Beim Anlauf einer Tonbandmaschine bis zur Normal-Aufnahme bzw. Wiedergabe-Geschwindigkeit, ist ein meist voller Bandwickel soweit zu beschleunigen, dass das abwickelnde Band übereinstimmend mit der Umfangsgeschwindigkeit der Capstanachse läuft. Ein Bandwickel grosser Masse wird zu diesem Zweck mittels Wickelmotoren grosser Leistung möglichst rasch hochgefahren und wird, im Gegensatz zur üblichen Arbeitsweise, erst dann mit dem ständig mit konstanter Drehzahl rotierenden Capstanantrieb gekoppelt.
Es ist bekannt, die Bandzugspannung auch während solcher Anlaufvorgänge durch Regelung der beiden Wickelmotoren über Bandzugsensoren zu steuern und die Zugspannung unterhalb eines vorgegebenen Maximalwertes zu halten. Die Kopplung mit der Capstanachse erfordert eine Messung der Bandgeschwindigkeit, um die Übereinstimmung mit dem Capstanantrieb festzustellen. Üblicherweise wird für diesen Zweck eine praktisch schlupffrei vom Band mitgenommene Umlenkrolle verwendet, die mit einem Impulsgeber verbunden ist, der bei Rotation der Rolle, z. B.
durch Zerhacken eines Lichtstrahls mittels Lochscheiben, Impulse variabler Frequenz erzeugt. Ein ähnlicher Geber wird vom Capstanmotor angetrieben und bei einem bestimmten Verhältnis dieser beiden Frequenzen wird mittels der dann eingeschalteten Andruckrolle Band und Capstan gekoppelt. Es ist bekannt, als Capstanmotor einen elektronisch geregelten Motor zu verwenden und es wird daher die in diesem Fall vorhandene Regelfrequenz vorteilhafterweise als Vergleichsfrequenz benützt.
Unter Berücksichtigung dieser Massnahmen für den Anlaufvorgang ist ein Kennzeichen einer Ausführungsform der Erfindung, dass während des Anlaufvorgangs die Beschleunigung des Bandes bis zur Sollgeschwindigkeit, unabhängig vom Capstanantrieb, durch Regelung des Drehmoments der Wickelmotoren in Abhängigkeit vom Bandzug erfolgt und die Kopplung des Bandes mit der Capstanachse durch die Andruckrolle bei Übereinstimmung der Bandgeschwindigkeit mit der Umfangsgeschwindigkeit der Capstanachse vorgenommen wird, wobei die Auslösung dieses Vorgangs beim Erreichen eines festgelegten Verhältnisses der vom Capstanmotor und einer von einem mit der Bandbewegung gekoppelten Geber abgeleiteten Impulsfrequenz erfolgt.
Eine weitere Aufgabenstellung ergibt sich bei raschem Voroder Rückwickeln von umfangreichen Bandspulen. Die Zeit, die zum Umwickeln benötigt wird, soll möglichst kurz sein, jedoch müssen Bandbeschädigungen unbedingt vermieden werden. Das bedeutet, dass ein zwar rascher aber sicherer Beschleunigungs- und vor allem Verzögerungsvorgang gewährleistet sein muss. Diese letztere Forderung kann nur eingehalten werden, wenn die auftretende maximale Wickelgeschwindigkeit nicht so gross wird, dass das Abbremsen des schweren Bandwickels einerseits zu lange dauert, andererseits keine Beschädi gungen des durchgelaufenen Bandendes durch Herumschleu dern und Schlagen gegen Metallteile der Maschine verursacht werden.
Eine einwandfreie Funktion lässt sich erzielen, wenn die aus den früher erwähnten Gründen sehr leistungsstarken
Wickelmotoren nicht die höchste Bandgeschwindigkeit errei chen, sondern auf eine optimale Geschwindigkeit eingeregelt werden. Eine weitere Einzelheit einer Ausführungsform des
Bandtransportsteuerungsverfahrens kennzeichnet sich daher dadurch, dass beim schnellen Vor- bzw. Rückwickeln die Bandgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der Stellung der Bandzug- sensoren und von der vom Bandbewegungssensor abgeleiteten Impulsfrequenz auf einen vorgegebenen Wert begrenzt wird.
Weitere zusätzliche Massnahmen werden für das Abbremsen des Bandwickels nötig, falls das Bandende durch die Maschine hindurchgelaufen ist. Die bekannte, bei jedem Tonband- gerät vorhandene Lichtschranke schaltet in diesem Fall das Laufwerk ab, die Bandzugsensoren können keinen Messwert abgeben, da sie ohne Band infolge der vorhandenen Federwirkung in ihre Ausgangsstellung zurückkehren, aber der Bandwickel grosser Masse und dementsprechender Trägheit läuft zunächst weiter und muss auf geeignete Weise abgebremst werden, um innerhalb einer brauchbaren Zeitspanne zum Stillstand gebracht zu werden. Die Beherrschung dieses Auslaufvorgangs erfordert eine Regelgrösse die von der Drehzahl des einzigen sich noch bewegenden Teils, dem Bandwickel, abhängt.
Da der direkt mit der Wickelvorrichtung verbundene Motor jetzt angetrieben wird, treten an den Anschlüssen drehzahlabhängige Spannungen auf. Diese Tatsache kann man ausnützen um eine Regelgrösse zu gewinnen ohne einen besonderen Geber auf den Wickelachsen anbringen zu müssen. Ein weiteres Kennzeichen einerAusführungsform der Erfindung ist, dass nach Durchlauf desBandendes, bei in dieAusgangsstellung gehenden Bandzugsensoren, die Steuerung des Bremsvorgangs bis zum Stillstand in Abhängigkeit von der induzierten Spannung erfolgt, die an den Anschlüssen des infolge Massenträgheit des Bandwickels weiterdrehenden Wickelmotors auftritt.
Anhand der Zeichnung, die ein Ausführungsbeispiel zeigt, ist die Erfindung näher erläutert. Fig. 1 ist eine schematische Darstellung eines Tonbandlaufwerks und Fig. 2 und 3 zeigen den Ablauf der Vorgänge am Beispiel eines Anlaufs bis zur Normalgeschwindigkeit, bzw. bei Start- und Stopvorgängen im Falle der Schnellwicklung.
In Fig. 1 sind die beiden Bandwickel 1 und 2 durch die beiden Wickelmotoren 3 und 4 angetrieben, bzw. sie werden je nach Betriebszustand durch diese Motoren gebremst. Der Weg des Bandes verläuft von einem Wickel, z. B. 1, über den ersten Bandzugsensor 5, der aus zwei Umlenkrollen besteht, die diametral auf dem Durchmesser einer drehbaren Scheibe angeordnet sind und, wie leicht ersichtlich, im Fall einer Erhöhung des Bandzugs gegen eine Federkraft eine Drehung im Uhrzeigersinn erfährt. Wie schematisch als Wirkverbindung angedeutet, hat jede Stellungsänderung der Bandzugwaage eine Änderung des variablen Widerstandes 6 zur Folge. Über eine Umlenkrolle 7 wird das Band den Magnetköpfen 8 zugeführt, die wie üblich meist einen Lösch-, einen Aufnahme- und einen Wiedergabekopf umfassen. Von dort aus läuft das Band über den Capstanantrieb mit der Capstanachse 9 und dem Capstanmotor 10.
Im Falle des Bandtransports mit normaler Geschwin- digkeit wird das Band durch die Andruckrolle 11 mit der Capstanachse 9 gekoppelt. Die Bewegung der Druckrolle gegen die Capstanachse erfolgt mit einem Andruckmagnet 12, der über die angedeutete Wirkverbindung die Andruckrolle betätigt.
Das Band wird weiter über die Umlenkrolle 13 einem zweiten Bandzugsensor 14 zugeführt. Die Umlenkrolle 13 wird praktisch schlupffrei vom Band mitgenommen und der auf der Achse der Rolle sitzende Impulsgeber 15 liefert Signale, die in einer genauen Abhängigkeit von der Bandgeschwindigkeit stehen. Der Impulsgeber 15 ist hier beispielsweise als rotierende Lochscheibe dargestellt, die einen Lichtstrahl zwischen einer Lichtquelle und einer Photodiode zerhackt. Der Bandzugsensor 14 überträgt wieder seine Stellung auf einen variablen Widerstand 16. Die Bandzugspannung kann auch auf andere Weise, z. B. durch Beeinflussung eines Hallelements oder dergleichen von der mechanischen Bewegung in eine elektrische Messgrösse umgeformt werden. Von der Bandzugwaage 14 geht das Band zum Wickel 2, der vom Motor 4 angetrieben ist.
Die Messung der Drehzahl des Capstanmotors 10 erfolgt als Impulsfrequenz, die z. B. optisch durch Abtastung einer Teilung an einem rotierenden Teil des Antriebs gewonnen werden kann. Hier ist eine induktive Abnahme dargestellt, die beispielsweise eingefräste Zähne am Umfang eines Aussenläufermotors 10 mittels des Magnetkopfes 17 abtastet und eine der Antriebsdrehzahl proportionale Impulsfrequenz liefert. Dieses Beispiel bildet eine vorteilhafte Lösung, da die Capstanmotore meist elektronisch geregelt sind und die Regelfrequenz für die Festlegung des Verhältnisses Bandgeschwindigkeit zu Capstangeschwindigkeit vorteilhaft ausgenützt werden kann.
In Zusammenfassung zur Fig. 1 sei festgehalten, dass die für die Bandtransportsteuerung nötigen Geber die beiden Bandspannungssensoren 5 und 14 sind, die an der Abwickel- bzw.
Aufwickelseite an der Stelle A bzw. B die Zugspannung messen, sowie die beiden Impulsgeber 15 und 17, die eine der Bandgeschwindigkeit bzw. der Umfangsgeschwindigkeit der Capstanachse proportionale Impulsfrequenz als Messgrösse abgeben.
In Fig. 2 ist schematisch der elektronisch gesteuerte Programmablauf vom Einschalten der Tonbandmaschine bis zum Übergang in Aufnahme oder Wiedergabe mit Normalgeschwindigkeit dargestellt. Zunächst wird durch einen manuellen Einschaltvorgang der Beginn des Anlaufs ausgelöst. Die zur Steuerung nötigen Daten sind die Zugspannungen des Bandes an der Abwickelseite A und der Aufwickelseite B. Als Folge wird das Drehmoment der Wickelmotoren in Funktion dieser Messgrössen auf den zuverlässigen vorgegebenen Wert eingeregelt, wobei dieses Drehmoment positiv oder negativ sein, d. h. in Abwickelrichtung unterstützend oder in der Gegenrichtung als geregelte Bremsung der Abwicklung wirksam sein kann.
Die Art der Schaltmassnahmen zur Motorenregelung bedarf keiner näheren Beschreibung, da die heute zur Verfügung stehenden, elektronischen Mittel zahlreiche Lösungen gestatten, die keinen spezifischen Einfluss auf das Prinzip der Steuerung haben und zum Stand der Technik gehören. Als Vorbereitung für den nächsten Schritt wird die Frequenz der Capstanregelimpulse mit der von der Bandgeschwindigkeit abhängigen Impulsfrequenz verglichen. Die Zahl n im Diagramm hängt von der Ausführung der Tonbandmaschine und der Geber ab, liegt aber z. B. bei einem aus der Praxis entnommenen Fall in der Grössenordnung von 10. Aus den vorgegebenen und gemessenen Daten ergeben sich als Endresultat des Regelvorgangs die Werte die einer identischen Geschwindigkeit des Bandes und der Umfangsgeschwindigkeit der Captanachse entsprechen.
Zu diesem Zeitpunkt kann die Kopplung zwischen Band und Capstanantrieb durchgeführt werden, indem der Andruckmagnet die Gummiandruckrolle betätigt. Damit ist der Zustand des Normallaufs erreicht. Der weitere Betrieb der Tonbandmaschine wird in üblicher Weise unter konstanter Regelung der Zugspannung auf einen vorgegebenen Wert, unabhängig vom Wickeldurchmesser oder anderen Einflüssen, durchgeführt. Der geschilderte Anlaufvorgang bewirkt, dass der schwere Bandwickel nicht wie üblich durch den Bandzug in Bewegung gesetzt wird, sondern der Antrieb der ganzen Masse in Abwickelrichtung durch den Motor erfolgt, daher viel schneller vorgenommen werden kann, worauf das bis zur Nenngeschwindigkeit vorbeschleunigte Band beanspruchungslos mit dem Capstanantrieb gekoppelt wird.
Als weiteres Beispiel ist in Fig. 3 der Ablauf beim Schnellwickeln schematisch dargestellt, wobei angenommen wird, dass bis zum Durchlauf des Bandendes gewickelt werden soll. Nach dem Einschalten wird der Vorgang des Schnellwickelns begonnen, als steuernde Daten dienen wieder die an den Bandstellen A und B gemessenen Zugspannungen. Die Leistung der Wikkelmotoren würde auch bei geregeltem Bandzug das Erreichen einer unzulässig hohen Bandgeschwindigkeit gestatten. Die Geschwindigkeit des Bandes an sich ist nicht gefährlich, vielmehr darf ein bestimmter Wert wegen des nachfolgenden Ver zögerungsvorgangs nicht überschritten werden. Es ist daher beim Schnellwickeln erforderlich, eine weitere Grösse zur Steuerung heranzuziehen, das ist die im Schema über den Verzweigungspunkt in den Programmablauf eingeführte Impulsfrequenz, die der Bandgeschwindigkeit proportional ist.
Mit den gesteuerten Drehmomenten der Wickelmotoren werden die Bandspulen beschleunigt, bis die Bandgeschwindigkeit einen vorgegebenen Maximalwert erreicht. Dieser wird dann beibehalten bis zum Ende. d. h. dem Durchlauf des Bandes. Es ist praktisch bei allen Tonbandlaufwerken üblich, einen Endschalter einzubauen, der meist als Lichtschranke ausgebildet ist und nach Bandende (oder Riss) das Gerät abschaltet. Nach Durchlauf des Bandendes rotieren schwere Bandwickel mit relativ hoher Drehzahl weiter und werden dann durch die Wickelmotoren abgebremst. Es ist zu beachten, dass nach Durchlauf des Bandendes die beiden Bandzugsensoren in ihre, nur durch die Rückzugfeder bedingte Endstellung gehen und auch die von der Bandbewegung abgeleiteten Impulse nicht mehr vorhanden sind.
Zur Steuerung des Bremsvorgangs kann vorteilhafterweise der, infolge der Trägheitskräfte noch laufende Wickelmotor herangezogen werden, z. B. über irgendeinen mit der Wickelachse verbundenen Tachogenerator. Als einfache und einwandfreie Lösung ist die Steuerung der Bremswirkung in Abhängigkeit von der Drehzahl der Wickelvorrichtung durch Ausnützung der an den Klemmen des Motors auftretenden, zur Regelung dienenden Spannung möglich.
Insbesondere die infolge der geförderten hohen Leistung meist verwendeten Gleichstrommotoren sind für diese Zwecke geeignet. Das Kompromiss zwischen einer hohen, jedoch begrenzten Maximalgeschwindigkeit des Bandes und einer wünschenswert kurzen Bremszeit bis zum Stillstand des Wikkels, ergibt gleichzeitig eine schonende Behandlung des Bandes.
In der vorstehenden Beschreibung wurde nur auf die prinzipiell für die Bandtransportsteuerung notwendigen Vorgänge und Vorrichtungen eingegangen, um die grundlegenden Funktionen übersichtlich darzustellen. Als ein Beispiel für die Vereinfachungen sei erwähnt, dass die Bewegung der Andruckrolle
11 zwecks Kopplung des Bandes mit dem Capstanantrieb nicht in einem einzigen Vorgang erfolgt, sondern zunächst eine vorbereitende Annäherung der Druckrolle an die Achse erfolgt, um dann eine raschere, endgültigeDurchführung des Vorgangs im richtigen Zeitpunkt zu ermöglichen. Zu diesem Zweck ist das Solenoid 12 in Wirklichkeit in zwei Magnete unterteilt, einer bewirkt den Übergang in die Vorbereitungsstellung, der zweite erzeugt bei Erregung den Andruck der Gummirolle.
Auch die Ausführungen der Sensoren und Geber für die Impulse sind nur als Beispiele erwähnt, ebenso ist die Elektronik, welche für die Steuerung benützt wird, nicht in Einzelheiten beschrieben, da mit den heute zur Verfügung stehenden Mitteln zahlreiche Lösungsmöglichkeiten gegeben sind.