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Pneumatische Führung für bandförmige Aufzeichnungsträger Die Erfindung
betrifft eine pneumatische Führung für bandförmige Aufzeichnungsträger, z. B. Magnetbänder,
bei der das Band mittels durch die Führungsfläche zugeführter Druckluft berührungsfrei
über die Führungsfläche geführt und durch die dynamische Einwirkung dieser Luft
selbsttätig auf die Führungsmitte eingestellt wird, so daß sowohl für die untere
Bandfläche als auch für die Bandkanten jede direkte Berührung mit den Teilen der
Führung vermieden ist.
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Wenn mit hoher Geschwindigkeit transportierte bandförmige Aufzeichnungsträger,
z. B. für magnetische Aufzeichnungen bestimmte, aus Kunststofffolien hergestellte,
sehr dünne Magnetbänder, unter einem gewissen Umschlingungswinkel über eine Führung
geleitet werden sollen, so treten erhebliche Probleme auf. Die zwischen den Teilen
der Führung und der gegen Beanspruchungen sehr empfindlichen Bandoberfläche bei
direkter Berührung zwischen Band und Führung auftretende Reibung erhöht die Bandspannung
beträchtlich und hat schädliche Einflüsse auf die Beschaffenheit des Bandes zur
Folge. Diese Schwierigkeiten wurden durch sogenannte luftgeschmierte Bandtransport-
und -führungseinrichtungen verringert, in denen, sobald das Band bewegt wird - also
beispielsweise für einen Aufzeichnungs-, Lese- oder Löschvorgang -, zwischen die
Führung und das Band Druckluft -eingeblasen wird, so daß das Band ständig auf einem
Luftkissen »schwimmt«: Durch diese bekannten Einrichtungen wurde zwar das Problem,
der Reibung zwischen Band- und Führungsoberfläche im wesentlichen gelöst, aber nicht
die Schwierigkeit der seitlichen Bandführung und der dabei auftretenden erheblichen
Beanspruchung der Bandkanten beseitigt; denn, um das Band seitlich zu führen, sind
an den Führungen dieser Einrichtungen seitlich Borde oder Flansche angebracht, die
mit den Bandkanten durch unmittelbare Berührung zusammenwirken und somit eine Beanspruchung
des Bandes und eine Abnützung der Kanten mit sich bringen.
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Mit einer bekannten Bandtransporteinrichtung wurde dieser Nachteil
beseitigt, indem man in der Führungsfläche eine Anzahl Luftaustrittsöffnungen so
anordnete, daß unter dem Band ein V-förmiges Luftkissen entsteht, in dessen Mitte
das Band getragen wird, so daß die zugeführte Druckluft in etwa gleicher Menge beiderseits
des Bandes ausströmt. Weicht die Lage des Bandes aus der Mittellage in Richtung
auf eine Führungsseite hin ab, so strömt die- auf dieser Seite austretende Luft
von unten vermehrt gegen die Bandfläche und bewirkt in diesem Bereich ein zusätzliches
Abheben des Bandes von der Führung. Durch die dabei erzeugte erhöhte Zugspannung
des Bandes wird dessen weiteres Abheben verhindert und das Band wieder in seine
Mittellage eingestellt.
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Diese Einrichtung ist jedoch nur anwendbar bei Bändern, die quer zu
ihrer Transportrichtung verhältnismäßig starr sind- und sich in dieser Richtung
nicht nennenswert elastisch verformen können. Außerdem müssen die Lufteintrittsöffnungen
bei dieser bekannten Einrichtung beiderseits und schräg gerichtet angeordnet werden,
und der Verbrauch an Druckluft ist relativ hoch, sö daß die Herstellung und insbesondere
der Betrieb einer solchen Führung teuer ist. Diese Nachteile werden gemäß der Erfindung
vermieden, indem die Öffnungen für die Druckluftzufuhr in der Mitte der Führungsfläche
angeordnet sind und die Führungsfläche beiderseits des Bandes Flansche aufweist,
wodurch das Band bei einer seitlichen Verschiebung, durch die bekannte dynamische
oder durch statische Einwirkung der zugeführten Luft zurückbewegbar ist. Dabei kann
die Öffnung als in Transportrichtung verlaufender schmaler Spalt ausgebildet sein:.
oder eine andere, aus einer oder mehreren, in der Mitte der Führungsbahn befindlichen
Öffnungen bestehende Ausführung aufweisen.
Ein besonderer Vorteil
des Gegenstandes der Erfindung besteht darin, daß die Beschaffenheit des Aufzeichnungsträgers
ohne Einfluß auf die sichere Arbeitsweise der Anordnung ist, sondern lediglich gegebenenfalls
deren Wirkungsweise verändert. Ist das Band über seine Breite relativ starr, so
wird gemäß der Erfindung die Schubwirkung ausgenutzt, die bei der Abweichung des
Bandes aus seiner Mittellage durch die zugeführte Druckluft bei deren Austritt in
die der Abweichung entgegengesetzte Richtung entsteht, um das Band rückzustellen.
Bei einem über seine Breite relativ flexiblen Band dagegen erfolgt gemäß einer Weiterbildung
der Erfindung die Mitteneinstellung des Bandes, das dann leicht nicht parallel zur
Führungsfläche verläuft, durch die auf die Bandunterseite gerichtete Kraft des unter
dem Band befindlichen statischen Druckluftfeldes. Diese statische Druckwirkung kann
aber auch dann wirksam werden, wenn das Band in sich relativ starr ist, sich aber
infolge seiner Abweichung aus der Mittellage etwas schräg zur Führungsfläche stellen
sollte. Bei beiden Vorgängen treten keine nennenswerten Spannungserhöhungen im Band
auf, und jegliche mechanische Berührung zwischen Band und Führung, insbesondere
deren Flansche, ist unterbunden. Im einen Fall ist also die Druckluft durch die
Reibung zwischen ihrer Strömung und der Bandfläche dynamisch wirksam, im zweiten
Fall dagegen übt das aufgebaute Druckfeld eine statische Kraft aus.
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Ein weiterer Vorteil, der durch den Gegenstand der Erfindung gegenüber
bekannten Einrichtungen erzielbar ist, liegt in dem wesentlich verringerten Verbraucn
an Druckluft; die Flansche an der Führungsfläche hemmen nämlich den Luftstrom und
machen ihn somit wirksamer als es beider bekannten Einrichtung möglich ist. Außerdem
ist die Führungsfläche nach der Erfindung leichter herstellbar.
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Weitere Einzelheiten ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines
Ausführungsbeispiels sowie den nachstehend aufgeführten Zeichnungen.
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F i g. 1 zeigt schematisch die Ansicht einer Magnetbandeinheit; F
i g. 2 ist eine perspektivische Darstellung eines Teiles einer Bandführung; F i
g. 3 zeigt einen Schnitt durch die Anordnung gemäß F i g. 2 längs der Spaltmitte;
F i g. 4 bis 7 zeigen Schnitte durch die Bandführung in verschiedenen Betriebszuständen,
wobei der Zwischenraum zwischen dem Band und der Bandführung stark übertrieben gezeichnet
ist.
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Gemäß F i g. 1 ist das Magnetband 1 auf Spulen 2 und 3 gewickelt,
von mit Druckrollen 22 und 23 zusammenwirkenden Antriebsrollen 20 und 21 angetrieben
und wird über einen Magnetkopf 4 geführt. Bei der Bewegung von der Spule 2 zur Spule
3 wird das Band über die beiden untereinander gleichen Führungen 5 und 6 geführt,
deren Ausbildung die Erfindung darstellt. Die Führungen 5 und 6 werden von einem
Kompressor 9 über Leitungen 7 und 8 mit Druckluft versorgt, die durch die Führungen
5 und 6 in der nachstehend beschriebenen Weise so ausgeblasen wird, daß das Band
reibungs- und berührungslos über die Führungen 5 und 6 gleitet.
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Gemäß F i g. 2 enthalten die Führungen, von denen hier nur die Führung
5 gezeigt ist, Flansche 10 und 11, die, mit dem Band 1 zusammenwirkend, den zugeführten
Luftstrom hemmen, wie noch beschrieben wird. Die Druckluft aus der Leitung 7 (F
i g. 1) wird dem Anschlußstutzen 14 zugeführt und erzeugt überdruck in der Kammer
zwischen den Scheiben 15 und 16, die in F i g. 2 geschnitten gezeigt sind.
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In F i g. 3 ist sichtbar, wie das Band 1 durch die aus dem Spalt 8
austretende Luft im Abstand von der Fläche 12 gehalten wird, wobei die Pfeile den
Verlauf des Luftstromes angeben. Die auf der Unterseite des Bandes 1 auftreffende
Druckluft erzeugt den das Band tragenden Druck. Die Länge des Spaltes 13 ist -dem
Umschlingungsbereich des Bandes auf der Führung angepaßt.
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In F i g. 4 ist das Band 1 in seiner Mittellage bezüglich des Spaltes
13 dargestellt, in der, da der Widerstand gegenüber dem Luftstrom gleich ist, der
Luftstrom etwa gleich auf beide Bandseiten verteilt, wie durch Pfeile angedeutet,
ist.
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In F i g. 5 ist das Band aus seiner Gleichgewichtslage nach links
seitlich verschoben dargestellt. Der Widerstand gegen den zugeführten Luftstrom
ist bei dieser Lage des Bandes 1 unausgeglichen und beruht auf der Annäherung des
Bandes an den Flansch 10, durch die zwischen dem Band 1 und dem Flansch 11 eine
entsprechend vergrößerte Öffnung entsteht. Infolge dieses unausgeglichenen Widerstandes
strömt der größte Teil der Druckluft durch die Öffnung zwischen dem Band 1 und dem
Flansch 11, so daß die Strömungsgeschwindigkeit der nach rechts ausweichenden Luft
höher ist als die der nach links entweichenden Luft. Je weiter sich das Band 1 aus
seiner Mittel- oder Gleichgewichtslage entfernt, desto ungleicher wird auch der
Luftstrom um das Band herum. Durch die Luftströmung entlang der Bandunterseite wird
infolge der Reibung zwischen Band und Luft eine Kraft in Richtung der Luftbewegung
auf das Band ausgeübt. Bei Zunahme der Luftgeschwindigkeit wächst daher diese Kraft
an und bewirkt, daß infolge des Luftstromes nach rechts das Band wieder über dem
Spalt 13 zentriert wird. Wenn sich dabei das Band zu weit über den Spalt 13, d.
h. seine Mittellage hinaus auf die rechte Seite der Gleichgewichtslage bewegen sollte,
würde, umgekehrt wie vorher, der größte Teil der Luft vom Spalt nach links strömen
und infolge der Schubwirkung der Luftreibung des Band wieder nach links führen.
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In F i g. 6 ist das Band links an seiner Mittellage gezeigt und nur
die auf Druck beruhende Kraft zur Rückstellung des Bandes in die Mittellage veranschaulicht,
ohne Berücksichtigung der vorher erwähnten Reibungs-Schub-Kraft. Diese auf Druck
beruhende Kraft ist durch gestrichelte Pfeile angedeutet und wirkt senkrecht zur
Unterseite des Bandes 1. Die Länge der gestrichelten Pfeile deutet die relative
Größe des Druckes an. Die auf das Band 1 ausgeübte Kraft entsteht durch die Druckdifferenz
zwischen dem auf die Oberseite des Bandes wirkenden atmosphärischen Druck und dem
die Bandunterseite beaufschlagenden Luftdruck. Wegen der Annäherung des Bandes 1
an den Flansch 10 wird an dieser Kante des Bandes ein Feld erhöhter Druckdifferenz
aufgebaut, während die Öffnung zwischen dem Band und dem Flansch 11 an dieser Bandkante
den Druck auf atmosphärischen Druck absinken läßt. Durch den Druckdifferenzverlust
auf dieser Seite wird die Tragkraft des Luftpolsters unter dem Band verringert.
Besteht das Band aus flexiblem Material, so biegt es sich seitlich abwärts, wie
in F i g. 6 gezeigt.
Da die auf dem Luftdruck beruhende Kraft senkrecht
zur Bandoberfläche wirksam ist, entsteht eine seitlich gerichtete Kraftkomponente,
die zur Rückstellung des Bandes in die Mitte der Bandführung neigt.
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In F i g. 7 ist unter sonst gleichen Verhältnissen wie in F i g. 6
ein Band links von seiner Gleichgewichtslage gezeigt, das aus torsionsflexiblem
Material besteht, d. h. in seiner Längsrichtung biegsam, aber in Querrichtung unnachgiebig
ist. Infolge des Aufbaus von statischem Druck unter der linken Seite des Bandes,
wie er in Verbindung mit F i g. 6 beschrieben worden ist, nimmt dieses Band die
in F i g. 7 gezeigte, geneigte Lage ein. Durch die entstehende, seitlich gerichtete
Kraftkomponente wird das Band in seiner Führung wieder in die mittlere Lage eingestellt.
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Die in F i g. 2 bis 7 dargestellten Ausführungsbeispiele zeigen, daß
sich sowohl ein über seine Breite flexibles Band infolge der durch den Schub der
Luftströmung auftretenden Kräfte in seine Mittellage einstellt, wie in F i g. 5
sichtbar, als auch ein nur in Längsrichtung biegsames, über seine Breite jedoch
weitgehend starr ausgeführtes Band infolge der seitlich gerichteten Kraftkomponente
des Druckfeldes unter dem Band auf die Mitte der Führung einstellt; da sich das
Band dabei nicht nennenswert von der Fläche 12 abhebt, geht die Zentrierung ohne
zusätzliche Zugspannung im Band vor sich.
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Wesentlich für eine zuverlässige Arbeitsweise einer solchen Bandführung
durch wirksamen Ausgleich der Luftströmungen beiderseits des Bandes sind die relativen
und absoluten Abmessungen der einzelnen Teile der Vorrichtung. Für eine zuverlässige
Arbeitsweise wurde gefunden, daß der Abstand zwischen dem Band und den Flanschen
10 und 11 etwa in der Größenordnung des Abstandes zwischen der Fläche 12 und dem
Band in dessen augeglichener Mittellage liegen muß. Außerdem müssen die Flansche
10 und 11 für ein ungestörtes Zusammenwirken zwischen Band und Flanschen
genügend hoch über das Band hinausstehen, wenn das Band auf dem Luftpolster oberhalb
der Fläche 12 läuft.
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Im folgenden sind Beispiele für Abmessungen der in den F i g. 2 bis
7 gezeigten Anordnungen aufgeführt die als besonders geeignet für die Führung eines
Bandes von 25,4 mm Breite und 0,05 mm Dicke ermittelt wurden. Diese Werte dienen
nur als Beispiele und schränken den Umfang der Erfindung nicht ein. Abstand zwischen
den Flanschen 10 und 11 ............................ 25,5 mm Breite des Spaltes
13 in der Mitte zwischen den Flanschen 10 und 11 ...... 0,38 mm Höhe der
Flansche 10 und 11 über der Fläche 12 ......................... 1,3 mm Statischer
Druck zwischen den Scheiben 15 und 16 ......................... 0,2 atü Druckluftfördermenge
durch den Spalt 13 561/Min. Länge des Schlitzes 13 . . . . . . . . . . . . . . .
. 25,4 mm Krümmungsradius der Fläche 12 ....... 32 mm Die Form der Öffnungen
der Führungsfläche 12 ist nicht auf die Spaltform beschränkt sondern kann als eine
oder mehrere öfnungen beliebiger Art in der Mitte zwischen den Flanschen 10 und
11 ausgebildet sein, durch welche Luft in nahezu gleicher Menge um die Kanten des
Bandes herumströmt, wenn das Band in seiner Gleichgewichts-Mittellage ist.