DE1177207B - Pneumatisch oder hydraulisch geschmierte Umlenkvorrichtung fuer bandfoermige Aufzeichnungstraeger - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Internat. KI.: H 03 k

Deutsche Kl.: 21 al-37/36

Nummer: 1177207

Aktenzeichen: J 21051IX c / 21 al

Anmeldetag: 19. Dezember 1961

Auslegetag: 3. September 1964

Die Erfindung betrifft eine pneumatisch oder hydraulisch druckgeschmierte Vorrichtung zur Umlenkung eines in seiner Längsrichtung bewegten bandförmigen Aufzeichnungsträgers.

Zur Verminderung der Reibung in Gleitlagern wird der zu lagernde bewegte Teil häufig von einer zwischen der Lagerfläche und dem zu lagernden Teil vorgesehenen gasförmigen oder flüssigen Schicht getragen. Dabei kann in vielen Fällen ein Teil des Schmiermittels entweichen, so daß zur Aufrechterhaltung des erforderlichen Schmiermitteldruckes das Schmiermittel durch eine Druckquelle, z. B. eine Pumpe, dem Lager ständig zugeführt wird.

Bei derartigen Lagern sind häufig die Lagerverhältnisse Schwankungen unterworfen, indem die Lagerbelastung sich während des Betriebes ändert oder der Bereich der genutzten Lagerfläche, z. B. bei Veränderungen des Umlenkungswinkels von in ihrer Längsrichtung bewegten Bändern, größer oder kleiner wird. Solche Vorgänge treten insbesondere beim Auf- oder Abwickeln eines bandförmigen Aufzeichnungsträgers auf eine bzw. von einer Vorratsspule auf, wo sich in Abhängigkeit vom Wickeldurchmesser der Spule der Umschlingungswinkel der der Spule benachbarten Bandführung ständig ändert. Bei einem solchen Vorgang ist zeitweise ein Teil der Lagerfläche unbelastet, so daß das Schmiermittel aus den entsprechenden Austrittsöffnungen ungehindert entweichen kann und der Schmiermitteldruck absinkt, wenn nicht zur Aufrechterhaltung des notwendigen Mindestdruckes eine entsprechend größer dimensionierte Pumpe zur Verfügung steht; der Einsatz einer solchen Pumpe ist aber unwirtschaftlich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile zu vermeiden. Dies wird nach der Erfindung dadurch erreicht, daß die Größe des zum Austritt des Schmiermittels geöffneten Teiles der perforierten oder porösen Umlenkfläche sich selbsttätig der entsprechend dem jeweiligen Umschlingungswinkel des Bandes genutzten Lagerfläche anpaßt, indem ein den Schmiermittel-Austrittsöffnungen der Umlenkfläche zugeordnetes, bewegliches Schließelement vorgesehen ist, dessen Bewegung in Öffnungs- oder Schließrichtung durch die resultierende Kraft aus einem in Öffnungsrichtung wirksamen, vom Schmiermittel entsprechend dessen momentanem statischen Druck betriebenen Antrieb einerseits und einer in Schließrichtung ständig wirksamen Speicherkraft andererseits gesteuert wird.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist dabei das Schließelement als Drehflügel mit einer der Lagerflächenkrümmung angepaßten Schließfläche aus-Pneumatisch oder hydraulisch geschmierte
Umlenkvorrichtung für bandförmige
Aufzeichnungsträger

Anmelder:

International Business Machines Corporation,

New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Ing. H. E. Böhmer, Patentanwalt,

Böblingen (Württ), Sindelfinger Str. 49

Als Erfinder benannt:

Robert Charles Durbeck,

Raymond Ping Auyang, Poughkeepsie, N. Y.

(V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 20. Dezember 1960

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gebildet, der auf einer zur Lagerfläche konzentrisch geführten Welle befestigt und über diese steuerbar ist.

Besonders vorteilhaft anwendbar ist der Gegenstand der Erfindung bei als Aufzeichnungsträger in der Datenverarbeitung gebräuchlichen Magnetbändern, deren magnetisierbare Oberfläche gegen jede mechanische Beanspruchung, insbesondere Reibung, geschützt werden muß, um fehlerverursachende Beeinflussungen der magnetischen Aufzeichnungen zu vermeiden. Es ist bekannt, Magnetbandführungen zu diesem Zweck als sogenannte luftgeschmierte Lager auszubilden, bei denen zwischen der Führungsfläche und dem Band ständig ein Luftpolster aufrechterhalten wird, so daß keine mechanische Berührung zwischen beiden auftritt. Da die bekannten Lager aber unter Luftdruck stehende Tragbereiche konstanter Größe aufweisen, kann bei Änderung des Umschlingungswinkels des Bandes die Luft teilweise frei entweichen, so daß Druckabfall und Reibungsberührung zwischen Lager und Band die Folge sind.

Durch die Anordnung einer Vorrichtung gemäß der Erfindung paßt sich aber der unter Druckluft gehal-

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tene Teil der Lagerfläche dem von dem zu führenden Band bedeckten Teil selbsttätig so an, daß auch bei Veränderungen der Lagerungsbedingungen, wie Änderung der Zugkraft oder des Umlenkungswinkels, der Luftdruck gleichmäßig gehalten wird und keine Luft ungehindert entweichen kann, sondern nur so weit, wie es zur Erhaltung des Luftpolsters unvermeidbar ist. Die Erfindung, deren weitere Merkmale sich auch aus den Unteransprüchen ergeben, wird anschließend an Hand der Zeichnungen in zwei Ausführungsbeispielen erläutert, die sich auf die druckluftgeschmierte Führung eines Magnetbandes beziehen. Die Anwendbarkeit der Vorrichtung nach der Erfindung erstreckt sich jedoch auch auf andere Umlenkungen dieser Art, z. B. mit Flüssigkeitsschmierung.

F i g. 1 zeigt schaubildlich ein erstes Ausführungsbeispiel, wobei zur Verdeutlichung einzelne Teile teilweise geschnitten dargestellt sind;

F i g. 2 ist eine schaubildliche Ansicht einer anderen, in dem Beispiel nach Fig. 1 verwendbaren Einrichtung zur Erzeugung eines konstanten gleichgerichteten Drehmomentes, und

F i g. 3 zeigt schaubildlich ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem zwei Einheiten ähnlich Fig. 1 konstruktiv zusammengefaßt sind.

In dem luftgeschmierten Lager gemäß Fig. 1, im folgenden als Luftlager bezeichnet, wird Druckluft in eine Hohlwelle 10 in Richtung des Pfeils 11 eingeblasen und gelangt durch die Welle hindurch in das Innere eines feststehenden, zylindrischen Lagerkörpers 12 (Pfeile 13). Die Luft wird dann durch Öffnungen ausgeblasen, z. B. durch eine perforierte Platte 14: diese Platte kann aber auch mit Schlitzen versehen oder als aus porösem Material bestehendes Filterelement ausgebildet sein. Führungsleisten 17, 18 verhindern eine seitliche Verschiebung des über das Lager bewegten Aufzeichnungsträgers. Die Welle 10 ist frei drehbar gelagert. Ein an der Welle 10 befestigter Drehflügel 19 ist als Schließelement für einen veränderlichen Bereich der perforierten Platte 14 wirksam und steuert den durch die perforierte Platte auftretenden Luftstrom je nach der Winkellage der Welle 10. Der auf diese Weise als Drehschieber wirksame Flügel 19 verändert daher den wirksamen Lagerbereich, den die durch die perforierte Platte austretende Luft bildet, und beschränkt ihn auf den jeweils als Lagerfläche benötigten Teil der Platte.

Ein durch Schub wirksamer Luftmotor 20 besteht aus den mit der Welle 10 verbundenen, geknickten Rohren 20 α und 20 b und erzeugt durch Ausnutzung der Druckdifferenz zwischen der Luft im Innern des Lagers und der Atmosphäre ein im Uhrzeigersinne auf die Welle 10 wirksames Drehmoment. Ein Teil der in die Welle 10 eingeblasenen Luft (Pfeil 11) wird durch die geknickten Rohre 20« und 20 b gedruckt und entweicht in die Atmosphäre (Pfeile 22, 23). Das durch diese entweichende Luft über die Rohre 20 a, 20 b auf die Welle 10 ausgeübte Drehmoment wirkt auf den Drehflügel 19 öffnend ein, indem dieser zu einer Drehung im Uhrzeigersinn veranlaßt wird. Dabei ist die Größe dieser Drehkraft proportional dem Druck der entweichenden Luft und weiterhin abhängig von der Größe der Öffnungen 24, 25.

Eine Feder 30 konstanter Kraft, bekannt unter der Bezeichnung Negatorfeder, ist mit ihrem einen Ende um eine auf einer Welle 32 frei drehbare Buchse 31 gewickelt. Das andere Ende der Feder 30 umschlingt eine z. B. durch einen Keil 34 verdrehfest auf der Welle 10 sitzende Buchse 33. Die Feder 30 übt eine entgegen dem Uhrzeigersinn wirksame konstante Drehkraft auf die Welle 10 aus, die insbesondere unabhängig von der Winkelstellung der Welle ist. Die Feder 30 ist so dimensioniert, daß das durch sie auf die Welle 10 ausgeübte Drehmoment das bei einem bestimmten, festgelegten Druck der zugeführten Preßluft entgegengesetzt gerichtete Moment des Luftmotors 20 ausgleicht, so daß bei normalem Überdruck im Innern der Welle das System ausgeglichen und die Welle in Ruhe ist.

Die in F i g. 2 gezeigte Einrichtung zur Erzeugung eines konstanten, entgegen dem Uhrzeigersinn auf die Welle 10 (F i g. 1) wirksamen Drehmomentes kann an Stelle der Feder 30 verwendet werden und besteht aus einem mittels eines flexiblen Bandes 51 an einer Buchse 52 befestigten Gewicht 50. Die Buchse ist verdrehfest z. B. durch einen Keil 53 auf der Welle 10 befestigt. An Stelle der Feder 30 oder des Gewichts 50

ao kann aber auch jedes andere geeignete Konstruktionsmittel verwendet werden, das die beschriebene Funktion erfüllt.

Das Lager ist zu dem zu führenden Band 15 so angeordnet, daß von der Zuführungsseite her (Pfeil in Fig. 1) der Winkel gleichbleibend ist, das Band also stets an der gleichen axialen Umfangslinie des Lagerkörpers auftrifft. Der Annäherungswinkel der Bandabführung rechts unten in F i g. 1 (z. B. bei 16 a oder 16 b) kann jedoch Schwankungen unterworfen sein, wobei aber auch bei größtem Umschlingungswinkel das Band nur über den Bereich der perforierten Platte 14 geführt wird und nicht über den angrenzenden Umfangsteil des Lagerkörpers 12.

Als Beispiel sei angenommen, daß der Umschlingungswinkel des Bandes um das Lager abnimmt, d. h., die rechte axial verlaufende Tangentiallinie der Bandposition 16 t/ bewegt sich entgegen dem Uhrzeigersinn zur Position 16 b hin. Danach bedeckt das Band nicht den ganzen Bereich der perforierten Platte 14, und eine erhöhte Luftmenge kann aus dem Lager entweichen, da ein Teil der Perforation frei liegt. Hierdurch nimmt der Luftdruck im Innern des Lagers ab und das durch den Luftmotor 20 erzeugte Drehmoment verringert sich, so daß das durch die Feder 30 erzeugte, konstante Drehmoment überwiegt und eine Drehung der Welle 10 und des Flügels 19 ausgelöst wird. Dabei verschließt der Drehflügel den vom Band 15 nicht bedeckten Teil der perforierten Platte 14, der innere Luftdruck des Lagers erhöht sich auf seinen Sollwert und die Drehkraft des Luftmotors wird erhöht, so daß diese wieder die Drehkraft der Feder ausgleicht. Auf diese Weise wird der frei liegende Bereich der perforierten Platte so weit verkleinert, bis er dem verringerten Umschlingungswinkel des Bandes um das Lager entspricht.

Wird der Umschlingungswinkel des Bandes größer (16 a zu 166), so bedeckt das Band einen größeren als den frei liegenden Bereich der perforierten Platte 14, so daß die austretende Luftmenge des Lagers gegenüber der normalerweise entweichenden Menge sich verringert. Dadurch erhöht sich der Luftdruck im Innern des Lagers und steigert wiederum das vom Motor 20 abgegebene Drehmoment, so daß dieses dar, entgegengesetzt wirksame Drehmoment der Feder 30 überwindet und den Drehflügel 19 im Uhrzeigersinne dreht, bis der frei liegende Bereich der perforierten Platte wieder dem Umschlingungswinkel des Bandes um das Lager entspricht. Der innere Druck des Lagers

erreicht dann wieder seinen Normalwert und verringert die Drehkraft des Luftmotors, bis diese wieder durch die Drehkraft der Feder ausgeglichen wird und das System sich in seine Gleichgewichtslage einspielt.

Zur Stabilisierung des Systems und insbesondere auch zur Verhinderung von Schwingungen wird eine aus einem mit zähflüssigen Medium gefüllten, die Welle 10 umschließenden zylindrischen Gehäuse 41 bestehende Dämpfungseinrichtung 40 verwendet. Die an der Innenseite des feststehenden Gehäuses 41 angebrachten Rippen 42 wirken mit entsprechenden, an der Welle 10 ebenfalls axial befestigten Rippen 43 so zusammen, daß infolge der inneren Reibung der Flüssigkeit jede Drehbewegung der Welle 10 wirksam gedämpft wird.

Entscheidend für die Wirkungsweise der in F i g. 1 gezeigten Vorrichtung ist der innere Druck des Lagers. Soll das Lager ein unter hoher Zugbeanspruchung stehendes Band führen, so muß dem Lager Luft von entsprechend erhöhtem Druck zugeführt werden, um eine Berührung zwischen Band und Lager zu verhindern. Die Feder muß dementsprechend auf ein höheres Drehmoment voreingestellt werden, damit sie die dem höheren Luftdruck entsprechende größere Kraft des Luftmotors ausgleichen kann. Das ganze System ist also dem erforderlichen Lagerluftdruck entsprechend einzustellen.

Unter bestimmten Betriebsverhältnissen kann eine Feder 30 mit nicht konstanter Kraftabgabe von Vorteil sein. Wenn z. B. die auf das Band ausgeübte Zugkraft sich als Funktion des Umschlingungswinkels des Bandes um das Lager verändert, muß sich der innere Druck des Lagers entsprechend der Zugkraft verändern, damit zwischen Lager und Band ein gleichmäßig starkes Luftpolster bestehen bleibt, unabhängig von der Größe des Umschlingungswinkels. Da, wie gezeigt wurde, der innere Luftdruck des Lagers von der durch die Feder 30 ausgeübten Kraft abhhängig ist, muß sich diese auch proportional der Zugkraft verändern. Die gewünschte Drehmomentcharakteristik erreicht man durch eine entsprechende Voreinstellung der Feder.

Die dem System zugeführte Druckluft (Pfeil 11) kann durch eine Drossel so an die Druckquelle, z. B. das allgemeine Preßluftnetz, angeschlossen werden, daß die im Betrieb des Lagers auftretenden Druckänderungen die Druckquelle nicht beeinflussen und ungünstige Reaktionen auslösen können. Da der Soll-Druck im Lager zur einwandfreien Führung des Bandes konstant gehalten werden muß, reagiert das System, wenn sich der zugeführte Druck wesentlich verändern sollte, und dazu neigt, das Band z. B. vom Lager übermäßig abzuheben, derart, daß der Drehflügel 19 die Auftrittsöffnungen mehr freigibt und erhöhter Luftaustritt verursacht, so daß sich der wirksame Druck wieder auf den Sollwert senkt.

Für den Fall, daß sich der Drehflügel über die vorgesehenen Grenzstellungen hinaus einstellen will, können entsprechende Anschläge zur Begrenzung des Drehbereiches der Welle 10 angeordnet werden.

Fig. 3 zeigt ein Luftlager, in dem zwei Systeme der in F i g. 1 gezeigten Art angeordnet sind, mit deren Hilfe an den nichtbenachbarten Seiten der Bandumführungen sich die wirksame Lagerfläche selbsttätig dem Umschlingungswinkel anpaßt. Die gemeinsame Platte 60 kann, wie die Platte 14 gemäß Fig. 1, Löcher aufweisen oder aus porösem Werkstoff bestehen. Beide Systeme sind in einem gemeinsamen Gehäuse 61 vereinigt und durch eine Trennwand 62 voneinander isoliert. Auf diese Weise arbeiten, unabhängig von den Veränderungen der Umschlingungswinkel, die beiden beiderseits der Trennwand angeordneten Einheiten selbständig ohne gegenseitige Beeinflussung.

In der oberen Einheit erzeugt ein nach dem Reaktionsprinzip arbeitender Luftmotor 70, 71 ein entgegen dem Uhrzeigersinn wirksames Drehmoment, durch das ein Drehflügel 72 entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht und die wirksame Luftlagerfläche vergrößert wird. Dieses Drehmoment wird ausgeglichen durch das konstante Drehmoment, das ein an einer Buchse 74 angebrachtes Gewicht 73 ausübt; eine Dämpfungseinrichtung 75 dient zur Stabilisierung. Die untere Einheit weist einen entsprechenden Luftmotor 80, 81 auf, der ein Drehmoment im Uhrzeigersinn erzeugt und deshalb dazu neigt, einen Drehflügel 82 im öffnenden Sinne zu bewegen. Dieses Moment wird durch ein auf eine Buchse 84 einwirkendes Gewicht ausgeglichen. Das System wird ebenfalls durch eine Dämpfungseinrichtung 85 stabilisiert. Jede der beiden Einheiten arbeitet wie die in Fig. 1 gezeigte Anordnung; dabei ist jedoch die obere Einheit in entgegengesetzter Drehrichtung wirksam.

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Pneumatisch oder hydraulisch geschmierte Vorrichtung zur Umlenkung eines in seiner Längsrichtung bewegten bandförmigen Aufzeichnungsträgers, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe des zum Austritt des Schmiermittels geöffneten Teiles der perforierten oder porösen Umlenkfläche (14; 60) sich selbsttätig der entsprechend dem jeweiligen Umschlinigungswinkel des Bandes genutzten Fläche anpaßt, indem ein den Schmiermittel-Austrittsöffnungen der Umlenkfläche zugeordnetes bewegliches Schließelement (19; 72, 82) vorgesehen ist, dessen Bewegung in Öffnungs- oder Schließrichtung durch die resultierende Kraft aus einem in Öffnungsrichtung wirksamen, vom Schmiermittel entsprechend dessen momentanem statischen Druck betriebenen Antrieb (20; 70, 71; 80, 81) einerseits und einer in Schliießrichtung ständig wirksamen Speicherkraft (30; 50; 73, 83) andererseits gesteuert wird.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das SchMeßelement als Drehflügel (19; 72, 82) mit einer der Lagerflächenkrümmung (14; 60) angepaßten Schließfläche ausgebildet, auf einer zur Lagerfläche konzentrisch geführten Welle (10) befestigt und über diese steuerbar ist.

3. Anordnung nach den Ansprächen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der in Öffnungsrichtung des Drehflügels (19; 72, 82) wirksame Antrieb als rotierender Rückstoßmotor (20; 70, 71; 80, 81) ausgebildet und auf einer mit dem Drehflügel gemeinsamen, der Übertragung des Drehmomentes und der Zufuhr des unter Überdruck stehenden Schmiermittels zum Motor und Lager dienenden, hohlen Welle (10) befestigt ist.

4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als in Schließrichtung des Schließelementes (19; 72, 82) ständig wirksame Speicherkraft eine Feder mit konstanter Kraft

(Negatorfeder 30) oder eine Feder nichtkonstanter Kraft vorgesehen ist.

5. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als in Schließrichtung des Schließelementes (19; 72, 82) ständig wirksame Speicherkraft ein Gewicht vorgesehen ist.

6. Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Stabilisierung der Welle (10) und zur Dämpfung ihrer Drehbewegungen eine an sich bekannte hydraulische Dämpfungseinrichtung (40; 75,85) vorgesehen ist.

7. Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwei in Transportrichtung des Bandes fluchtende, selbständig arbeitende Lager eine gemeinsame perforierte bzw. transparente Lagerplatte (14; 60) und ein gemeinsames Gehäuse (61) aufweisen, wobei die Druckräume durch eine Trennwand (62) mediumdicht voneinander abgeschlossen sind.

In Betracht gezogene Druckschriften:
USA.-Patentschrift Nr. 1 629 154.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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