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Beim Schreiben einzeln anfallender; jeweils in einer Bitposition zu
registrierender Informationen auf Magnetband ist es notwendig, das Band Schritt
für Schritt am Schreibkopf eines Magnetbandspeichergerätes vorbeizuführen. Auf Grund
der heute erreichbaren großen Bitdichten - z. B. 500 Zeichen pro Zentimeter - ist
es zweckmäßig, das Band, um eine gute Ausnutzung zu erhalten, in sehr kleinen Schritten
zu transportieren.
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Es ist bekannt, den schrittweisen Antrieb von Magnetbändern dadurch
zu ermöglichen, daß das Band zum Zweck des Transportes von einer Rolle kurzzeitig
an eine Antriebsrolle angepreßt wird. Mit Hilfe einer zusätzlichen Bremseinrichtung
wird danach die schnelle Verzögerung des Bandes bis zum Stillstand bewirkt. Das
Magnetband und die Andruckrolle werden bei diesem Vorgang sehr stark beschleunigt,
und die großen impulsartig auftretenden Kräfte haben Dehnungen und Abrieb des Magnetbandes
zur Folge, vor allem ist eine Positionierung mit genau gleichem Schrittabstand infolge
veränderlichen Schlupfes und Rundlauffehlern der Rollen unmöglich. Weitere Ungenauigkeiten
werden durch dieAbnutzung der Rollen hervorgerufen, so daß deren Lage in gewissen
Zeitabständen überprüft werden muß.
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Es ist weiterhin bekannt, zu dem beschriebenen Zweck das Band durch
eine Antriebsrolle kleinen Durchmessers mittels eines Schrittmotors anzutreiben,
der in der Lage ist, auf jeweils ein Signal hin kurzzeitig sehr kleine Winkeldrehungen
auszuführen. Auch bei dieser Art des Transports wird das Magnetband gedehnt und
muß durch eine zu beschleunigende Rolle an die- Antriebsrolle angepreßt werden.
In beiden Fällen wird die gewünschte translatorische Bewegung des Bandes durch eine
Rotationsbewegung eines Antriebsgliedes hervorgerufen, die ebenfalls durch Rundlauffehler,
Winkelfehler und Schlupfvaration verfälscht wird (etwa 10 [,m).
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Es ist auch bereits eine Schrittantriebsvorrichtung für Aufzeichnungsbänder
bekannt, die zum schrittweisen Längstransport in sehr kleinen Schritten, bei Magnetbändern
auch Inkrementalantrieb genannt, wie folgt arbeitet: Das Band, an dem eine Transportzugkraft
angreift, ist lose über zwei Führungstische geführt, zwischen denen quer zum Band
ein breiterer Schlitz liegt. In diesen kann ein über dem Band angeordneter Schwinghebel
eintauchen, wobei er das Band zwischen den Tischen in eine kleine Schlaufe zieht.
Dabei wird das Band an dem Tisch, der zwischen dem Schwinger und der den Transportzug
erzeugenden Rolle liegt, durch eine Andruckbacke festgeklemmt, während eine dem
anderen Tisch zugeordnete Andruckbacke abgehoben ist. Die für das Ziehen der Schlaufe
benötigte Bandlänge wird dadurch von der Vorratsrolle abgezogen. Sodann wird die
zweitgenannte Andruckbacke angepreßt und die erstgenannte abgehoben, und der Schwinghebel
kehrt in seine Ausgangslage zurück. Dadurch wird die Schlaufenlänge über den erstgenannten
Tisch hinweg abgezogen, wobei das Band sich über dem Schlitz wieder streckt. Diese
Vorgänge wiederholen sich, wobei das Band jedesmal um einen kleinen Transportschritt
weitergefördert wird. Bei dieser bekannten Vorrichtung ist vorgesehen, die Bewegungen
der Andruckbacken elektronisch zu steuern, weil ihr wechselweises Spiel in schnellem
und genauem sowie mit den Phasen des Schwinghebels synchronisiertem Takt ablaufen
muß. Die Andruckmechanismen mit den Einrichtungen zu ihrer elektronischen-oder auch
anderweitigen-Steuerung bedingen einen erheblichen Aufwand, und die elektromagnetischen
Trägheiten wie auch Massenträgheiten, ferner Reibungseinflüsse (beim Einsatz von
Federn) und Prellmöglichkeiten dürften bei hohen Geschwindigkeiten Schwierigkeiten
machen. Man erkennt nämlich leicht, daß die Bewegungscharakteristik der Andrückbacken
wesentlich steilflankiger sein muß als die des Schwingers, welche z. B. einen sinusförmigen
Verlauf haben kann.
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Die Erfindung, die ebenfalls mit einem Transversalschwinger der genannten
Art zur Erzielung kleiner Bandschritte arbeitet, vermeidet diese Schwierigkeiten
und führt zu einer sehr einfachen Konstruktion.
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Die Erfindung betrifft demnach eine Antriebsvorrichtung zum schrittweisen
Längstransport eines Aufzeichnungsbandes mit Mitteln zur Erzeugung einer ständig
wirkenden Bandtransportzugkraft und mit einem Schwinger, der, zwischen zwei Bandführungselementen
an dem Band angreifend und es abwechselnd mehr oder weniger aus der gestreckten
Lage ablenkend, ein abwechselndes Verlängern oder Verkürzen der zwischen den Führungselementen
befindlichen Bandlänge bewirkt, wobei das Band beim Verkürzen an dem in Bandlaufrichtung
vor dem Schwinger liegenden ersten Führungselement und beim Verlängern an dem zweiten
Führungselement festgehalten wird.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß das abwechselnde Festhalten des
Bandes an den beiden Führungselementen durch an diesen Elementen wirksame Reibungsflächen
in Verbindung mit Bandzugkräften bewirkt wird, indem das Verhältnis zwischen der
Bandtransportzugkraft und einer an oder vor dem ersten Führungselement entgegengesetzt
wirkenden kleineren Bandspannungskraft so gewählt ist, daß ohne Einwirkung des Schwingers
das Band durch Bremsreibungen an Reibungsflächen beider Führungselemente nicht transportiert
wird, hingegen bei dem vorgenannten Verlängern die Bremsreibung an dem ersten und
beim Verkürzen die Bremsreibung an dem zweiten Führungselement überwunden wird.
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Eine Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß die Bandführungselemente
als feste Bandumlenkkörper ausgebildet sind, derart, daß die Bremsreibungen durch
die Reibung des Bandes an von ihm umschlungenen Bandführungsflächen erzeugt werden.
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Die erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung kann so ausgebildet werden,
daß das Band von jedem der beiden Bandführungselemente in eine in bekannter Art
einer Wickelspule vor- oder nachgeschaltete Unterdruck-Bandschlaufentasche gelenkt
ist und der Unterdruck der einen Kammer - die Bandtransportzugkraft und der der
anderen Kammer die Bandspannungskraft erzeugt und daß die Unterdruckbeträge der
beiden Kammern zur Bandlaufumkehrung durch einen Umschalter gegeneinander vertauschbar
sind. Bei dieser Ausführungsform braucht ein Reversierbefehl außer der Umkehrung
der Laufrichtung der Wickelspulen nur die Unterdruckbeträge in den beiden Bandschlaufentaschen
umzuschalten, um die Bandlaufrichtung umzukehren.
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Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß die Bandführungselemente
als Bandrollen ausgebildet sind, an denen Reibungsbremsen angreifen. Insbesondere
ist dabei vorgesehen, daß die erste Bandrolle eine Abwickelrolle und die zweite
eine
Aufwickelrolle ist und die Aufwickelrolle über eine Reibungskupplung
angetrieben wird.
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Es kann zweckmäßig sein, den Schwinger zwischen den beiden Bandführungselementen
in Bandlängsrichtung verschiebbar zu lagern.
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Die Erfindung ermöglicht es ferner, daß zwischen den Bandführungselementen
zwei oder mehr mit gegeneinander verstellbaren Phasen auf das Band einwirkende Schwinger
angeordnet werden können. Der Zweck einer solchen Anordnung wird später erläutert.
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Die Erfindung soll in einigen zweckmäßigen Ausführungsformen an Hand
der F i g. 1 bis 4 näher erläutert werden. Es veranschaulicht F i g. 1 das Prinzip
des erfindungsgemäßen Schrittantriebs, F i g. 2 einen Magnetbandantrieb mit zur
Pufferung des Bandes dienenden Magnetbandtaschen und mit Magnetbandspulen, F i g.
3 eine besonders einfach realisierbare Ausführungsform der Erfindung, und F i g.
4 zeigt eine Ausführungsform, bei der das Band im wesentlichen keine Umlenkungen
erfährt.
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In F i g. 1 sind zwei zylinderförmige Stifte 3 und
4
parallel zueinander angeordnet, und das Magnetband 2 wird gleichermaßen
über beide Stifte geführt. Während es normalerweise zwischen den Stiften horizontal
verläuft, sind die beiden Enden etwa rechtwinklig um die Stifte herum (in der Zeichnung)
nach unten geführt und mit den Kräften P1 und P2 belastet, wobei P1 größer sein
soll als P2. In der Mitte zwischen beiden Stiften ist ein transversal zur Richtung
des Bandes beweglicher Schwinger 1 derart angebracht, daß er sowohl in seiner Ausgangslage
als auch bei maximaler Auslenkung das Band nach unten drückt. Der Schwinger ist
so ausgebildet, daß er möglichst keine horizontalen Kräfte auf das Band überträgt.
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Es sei angenommen, daß der Schwinger 1 sich in seiner Ausgangslage
befand (gestrichelte Linie) und nun nach unten bewegt wird. Da er in der Mitte zwischen
den beiden Stiften 3 und 4 auf das Band 2 einwirkt, sind die Umschlingungswinkel
des Bandes bei beiden Stiften gleich. Da P2 kleiner ist als P1, ist bei gleichen
Reibbeiwerten auch die Reibung des Bandes am Stift 4 kleiner als diejenige am Stift
3. Hieraus ergibt sich, daß infolge der kleineren Kraft P2 und der kleineren Reibungskraft
am Stift
4 das Band an diesem rechten Stift 4 anfängt zu gleiten und daß
durch den nun wirksamen Gleitreibungskoeffizienten dieser Vorgang so lange aufrechterhalten
bleibt, bis der Schwinger 1 seine Extremlage erreicht und damit das Band um die
gewünschte Schrittweite entgegen der Kraft P2 gezogen hat. Die Kraft P1 darf maximal
so groß sein wie die Summe aus P." der Gleitreibung am Stift 4 und der Haftreibung
am Stift 3 bei kleinstem Umschließungswinkel, also in der oberen Lage des Schwingers
1. Wird eine etwas größere Kraft P1 angelegt, so wird das ganze Band beim ersten
Hub des Schwingers in Bewegung gesetzt und läuft ungehindert bis zum Ende durch.
Die am Stift 3 wirksame Haftreibung sei RH 1, die Gleitreibung RG 1. Entsprechendes
gilt für den Stift
4, jedoch mit dem Index 2. Als obere Grenze für P1 gilt
bei inkrementalem Betrieb dann P1 <P2 -f- RHl + RG2.
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Kehrt der Schwinger in seine Ausgangslage zurück, so gleitet infolge
der Kraft P1 das Band am Stift 3, ohne daß die Haftung an Stift 4 verlorengeht.
Als untere Grenze für P1 gilt nun die Beziehung P1>P2+RGI-RH2. Theoretisch läßt
sich zeigen, daß beide Bedingungen automatisch erfüllt sind, wenn die Kraft P, größer
als P2 ist, aber das Material sich ohne Schwinger nicht bewegt.
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Um den zuletzt beschriebenen Vorgang einleiten zu können, muß P1 eine
bestimmte Mindestgröße haben. Die Kraft muß groß genug sein, um die Reibung am Stift
3 zu überwinden. Ist der Schwinger in seine Ruhelage zurückgekehrt, so hat sich
das Band um den Betrag der Schrittweite in Richtung der Kraft P1 bewegt. Dieser
Vorgang kann beliebig oft wiederholt werden, so daß auf Grund der richtungsabhängigen
Wirkungen der Reibungskräfte ein schrittweiser Bewegungsablauf entsteht.
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Es ist zweckmäßig, beiderseits des gespannten Bandstücks Magnetbandtaschen
anzubringen. Solche Taschen dienen normalerweise der Pufferung, und ihre Verwendung
hat den Vorteil, daß stets nur ein Teil des Bandes vom Schrittantrieb beschleunigt
werden muß und daß bei plötzlicher Beschleunigung genügend Band bereitgestellt wird,
bis die Wickelspulen hinreichend beschleunigt sind. Es ist üblich, das Band in derartigen
Taschen mit Hilfe eines Unterdrucks in eine Schlaufe zu ziehen und dafür zu sorgen,
daß diese Schlaufe stets eine genügende Länge hat.
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Bei Verwendung von Saugluft-Magnetbandtaschen in Verbindung mit dem
erfindungsgemäßen Schrittantrieb kann das Aufbringen der Zugkräfte zum Spannen des
Magnetbandes durch den in den Taschen herrschenden Unterdruck erfolgen. Eine möglicheAusführungsform
eines Schrittantriebs mit Saugluft-Magnetbandtaschen ist in F i g. 2 schematisch
dargestellt. Bei der hier gezeigten Anordnung läuft das Band von einer Magnetbandspule
7 über Rollen, von denen hier nur schematisch eine, 10, angedeutet ist, durch
die Magnetbandtasche 6, in die es durch den Unterdruck hineingezogen wird, zu dem
Stift 4, den es in etwa rechtem Winkel umschließt. Links von dieser Anordnung sind
in ähnlicher Weise ein weiterer Stift 3, eine Magnetbandtasche 5, eine Rolle 9 und
eine Magnetbandspule 8 angeordnet. Gegenüber dem Schema nach F i g. 1 ist der Schwinger
1 jedoch nicht genau in der Mitte zwischen beiden Stiften 3 und 4 fest angebracht,
sondern er ist, um die Schrittweite des Magnetbandes verstellen zu können, horizontal
verschieblich, wie durch Pfeile angedeutet.
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In F i g. 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt, bei
dem das Magnetband 2 zwischen zwei Wickelspulen 15, 16 läuft, von denen die eine,
16, mit einer Backenbremse 18 versehen ist, während die andere über eine
Rutschkupplung 19 von einem Antrieb 17 bewegt und dabei von einer Reibbremse
20 ebenfalls gebremst wird. Zwischen beiden Spulen ist ein Schwinger
1 angebracht, der das Band in der beschriebenen Weise bewegt. Ist der Schwinger
in seiner Ruhelage, so ist der Antrieb 17 nicht in der Lage, über die Rutschkupplung
die Spule 15 entgegen der Wirkung der Backenbremse 18 und der Reibbremse
20 zu drehen. Verläßt der Schwinger seine Ruhelage, so wird die Reibkraft
der Backenbremse 18 überwunden, und die Trommel 16 dreht sich im Uhrzeigersinn.
Kehrt der Schwinger in die Ausgangslage zurück, so dreht der Antrieb über die Rutschkupplung
19
entgegen der in dieser Phase nur durch die Reibbremse 20 aufgebrachten Bremskraft
die Spule 15 so weit, bis das Band wieder gespannt ist und die Backenbremse 18 wirksam
wird. Dieses Ausführungsbeispiel zeigt, daß zum Vorspannen des Bandes außer einer
aktiven Kraft, die hier über die Rutschkupplung wirksam wird, lediglich eine passive
Kraft (z. B. Reibung) benötigt wird, die mit der ohnehin benötigten richtungsabhängigen
Kraft gemeinsam aufgebracht werden kann, wie es hier durch die Bakkenbremse 18 geschieht.
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F i g. 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem das Magnetband
beiderseitig des Schwingers 1
zur Erzeugung der Reibung mit Hilfe von Federn
13, 14 an abgerundete Reibblöcke 11,12 angepreßt wird.
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Für den Antrieb des Schwingers sind viele Realisierungsformen denkbar.
Er kann z. B. durch Exzenter, Kurven- oder Nockenscheiben oder von elektrisch erregten
Piezo-Kristallen bewirkt werden. Ebenso ist die Erregung durch von Schallschwingungen
gesteuerte Membranen denkbar.
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Es hat sich gezeigt, daß sehr schnelle Richtungsänderungen der Zugkraft
möglich sind, ohne daß die der Erfindung zugrunde liegende Eigenschaft der Reibungskräfte,
den Zugkräften stets entgegenzuwirken, verlorengeht, und daß die obere Grenzfrequenz,
bei der der erfindungsgemäße Schrittantrieb noch arbeitet, im wesentlichen von der
Masse .des zu beschleunigenden Bandstücks und dessen Elastizität abhängt.
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Die Anwendung des beschriebenen Schrittantriebs beschränkt sich nicht
auf Magnetbänder. Es ist denkbar, statt eines Schwingers mehrere Schwinger auf das
Band einwirken zu lassen. Es ist ersichtlich, daß das Band bei zwei auf der vorgespannten
Strecke im Gegentakt auf dieselbe Bandseite einwirkenden Schwingern keine translatorische
Bewegung ausführt, während in dem Fall, daß beide Schwinger im Gleichtakt sind,
das Band relativ schnell fortbewegt wird. Auf diese Weise lassen sich Phasenbeziehungen
zwischen mechanischen Impulsen ohne elektrische Analogien messen.
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Der beschriebene Schrittantrieb mit einem Schwinger hat eine in insbesondere
klein wählbaren Quanten integrierende Wirkung. Es könnten mit ihm z. B. mechanisch
Zählungen durchgeführt werden, wenn die zu zählenden Einheiten jeweils den Schwinger
zu einer Auslenkung anregen. Hat sich das Band um eine bestimmte Länge fortbewegt,
so ist eine bestimmte Anzahl von Einheiten gezählt worden, und es könnte dadurch
z. B. ein Signal ausgelöst werden.
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Unter Umständen ist es zweckmäßig, auf dem Band Marken anzubringen,
deren jeweilige Lage durch mechanische oder lichtelektrische Abtastung auffindbar
ist, um auf diese Weise die Auslösung von Signalen zu veranlassen.