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Anordnung zur Regelung der Laufgeschwindigkeit eines bandförmigen
Informationsträgers, insbesondere eines Fernseh-Magnetbandes Die Erfindung betrifft
eine-Anordnung zur Regelung der Laufgeschwindigkeit eines bandförmigen Informationsträgers,
insbesondere eines Fernseh-Magnetbandes, bei welcher die Transportvorrichtung für
den bandförmigen Informationsträger von einem Gleichstrommotor angetrieben wird,
der mit einer Einrichtung versehen ist, welche ein periodisches Signal mit einer
der Drehzahl des Gleichstrommotors proportionalen, ein Vielfaches der Drehzahlfrequenz
betragenden Frequenz abgibt, und die Drehzahl des Gleichstrommotors durch die' Frequenz
eines periodischen, von einem Generator erzeugten Signals bestimmt wird, indem eine
durch Frequenzvergleich der beiden periodischen Signale bestimmte Regelgröße.
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die Speisespannung des Gleichstrommotors und damit seine Drehzahl
derart regelt, daß die der Drehzahl periodische Frequenz mit der Generatorfrequenz
übereinstimmt, Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den bandförmigen Informationsträger
mit sehr gleichförmiger Laufgeschwindigkeit zu transportieren. Im besonderen war
in Anlagen zur magnetischen Speicherung von Fernsehsignalen die Aufgabe zu lösen,
das Magnetband bei der Aufzeichnung mit gleichförmiger Geschwindigkeit zu transportieren
und bei der Wiedergabe schnell undgenau auf diese gleichförmige Ge-
schwindigkeit
zu regeln. Weiterhin soll der bandförmige Informationsträger rasch vom Stillstand
auf die vorgeschriebene Geschwindigkeit gebracht werden können. .
Bei
bekannten Vorrichtungen zum Transport eines bandförmigen
Informationsträgers wird das Band mittels einer Andruekrolle
an eine Transportrolle angepreßt und@von dieser mitgenommen.
Die Transportrolle wird von einem Elektromotor angetrieben,
wobei
in der Regel die Transportrolle durch die verlängerte
Motorachse gebildet
wird, In der Regel wurde bisher zum An-
trieb der Transportrolle
einSynehronmotor verwendet. In diesem
Falle ist die Drehzahl
des Motors und damit die Transport-
geschwindigkeit des Bandes durch
die Frequenz des Speise-
stromes für- den Motor bestimmt.- Diese Frequenz
ist häufig
relativ niedrig; z.D. Wird für den Transport des.Magnetbandes
in Fernseh-Magnetaufzeichnungsanlagen eimmehrpoliger Mehr.-phasen-Hysteaese-Synchronmotor
verwendet, der mit 625 Um-
drehungen pro Minute läuft und
mit einem Mehrphasenstrom von
62,5 FIz gespeist wird. Die
Frequenz des Betriebsstromes wird
von einem Generator festgelegt.
Aus dem vom Generator er-
zeugten Wechselstrom kleiner Leistung wird der
Mehrphasen-
strom für die Speisung des Motors mit entsprechend höherer
Leistung
in Einrichtungen erzeugt, die wegen der niedrigen
Frequenz große
Induktävitäten enthalten. Die Bandgeschwindig-
keit folgt einer Änderung
der Frequenz des Antriebsstromes
wegen der großen Zeitkonstanten der
Generatorschaltung für den
Antriebsstrom und des großen Trägheitamomentes
des benutzten
Synchronmotors, die häufig noch durch eine_Schwungmasse
ver-
größert ist, nicht sofort, sondern mit erheblicher Verzögerung,
Auch
das Hochlaufen des Motors aus dem Stillstand auf seine
Nenndrehzahl erfordert
eine längere .Zeit von z.13. mehreren
Sekunden, Im Falle eines
Fernseh-bsagnetbandgerätes ist es
daher nicht möglich, in einer Sendung
einen Programmteil
vom Magnetband durch Starten des stillstehenden Magnetbandes
an
das Ende des vorhergehenden Programmteiles ohne störende
Pause
anzuschließen.
Hei der eingangs näher beschriebenen Anordnung zur
Regelung der Laufgeschwindigkeit eines bandförmigen Informationsträgers,
insbesondere eines Fernseh-Magnetbandes, wird er- ; findungsgemäß
als Gleichstrommotor eine Ausführung mit leichtem scheibenförmigen Motor
mit einer in gedruckter Schal-tung ausgeführten Wicklung verwendet.;
der Generator enthält
einen ersten und einen zweiten monostabilen Vibrator,
wobei
der erste Vibrator durch die in ein und derselben Richtung
verlaufenden flanken des impulsförmigen periodischen Signals
vom stabilen
in-den instabilen Zustand gesteuert wird und die Rückflanke des vom ersten Vibrator
erzeugten Impulses den zweiten Vibrator vom stabilen in, den instabilen
Zustand steuert,
die Rückflanke des vom zweiten Vibrator erzeugten
Impulses wird in eine geneigte Flanke umgeformt, der ein vom periodischen
Signal abgeleiteter Impuls überlagert wird, wobei die Summe der astaiilen Zeiten
der Vibratoren etwa gleich. dem zeitlichen Abstand des periodischen Signals für
die Nenndrehzahl des Gleichstrommotors ist, und die Regelgröße aus der überlagerten
Impulsfolge wird durch Integration gebildet: Gleichstrommotoren
mit kleinen Trägheitsmoment des Rotors sind -in verschiedenen Ausführungen
erhältlich, z.8, mit langgestreektem Rotor mit kleinem Durchmesser: Für
die erfindungsgemäße Anordnung wird rein Gleichstrommotor mit leichtem scheibenförmigen
Rotor mit einer Wicklung in gedruckter Schaltung verwendet. Das Trägheitsmoment
des Rotors eines derartigen Gleichetronmotors beträgt nur einen Bruchteil des Trägheitsmomente
von Synchronmotoren vergleichbarer Leistung, Die Drehzahl des Gleichstrommotors
mit Nebenschlußverhalten ist durch die Betriebsspannun4 bestimmt.
infolge der kleinen
Trägheit des Rotors folgt die Drehzahländerung
der Betriebsspannung mit sehr geringer Verzögerung.
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Damit der Motor die für eine vorgegebene Laufgeschwindigkeit
des Informationsträgers benötigte Drehzahl annimmt, wird gemäß der Erfindung der
Motor in einen geschlossenen Regelkreis eingefügt, welcher die Drehzahl des Motors
oftmals während jeder Umdrehung auf den Sollwert nachregelt. Hierzu ist der Motor
mit einer Einrichtung versehen, welche ein periodisches Signal mit einer der Drehzahl
proportionalen, ein Vielfaches der Drehzahlfrequenz betragenden Frequenz abgibt.
Bei einer bevorzugten Ausführung besteht diese Einrichtung aus einer zur Motorachse
konzentrischen magnetisierbaren Schicht, auf der eine fortlaufende, in sich geschlossene
Schwingung aufgezeichnet ist, und einem fest in geringem Abstand von der magnetisierbaren
Schicht angeordneten Magnetkopf zur Abnahme der Schwingung. Diese der Drehzahl proportionale
Frequenz wird mit@der Frequenz eines periodischen, von einem Generator erzeugten
Signals zur Übereinstimmung gebracht, indem die durch einen Frequenzvergleich erhaltene
Regelspannung" nach entsprechender Verstärkung als Betriebsspannung für den Motor
benutzt wird. Auf diese Weise hält der Motor die dmh die Frequenz des Genbrators
bestimmte Solldrehzahl mit sehr hoher Konstanz der Winkelgeschwindigkeit des Rotors
ein. Die Winkelgeschwindigkeit ist von"Belastungsänderungen in betriebsmäßigem Umfang
praktisch unabhängig; der Motor zeigt in Verbindung mit der Regelanordnung ein extrem
starres Verhalten, entsprechend einer praktisch idealen Nebenschlußoharakteristik.
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Die Laufgeschwindigkeit des bandförmigen Informationsträgers ist .jedoch
nicht starr mit der btotordrehzahl verknüpft, da das Band an der üblicherweise benutzten
Transportrolle der Transportvorrichtung einen Schlupf erfährt, der außerdem auch
nicht
konstant ist, sondern von der Größe des Bandzuges und von Unterschieden in der überflächenbesehaffenheit
der Transportrolle abhängt, Auch die Umfangsgeschwindigkeit der Transportrolle ist
häufig infolge mechanischer Ungenauigkeiten nicht ausreichend gleichförmig. Auch
bei konstanter Winkelgeschwindigkeit der Transportrolle kann daher die Laufgeschwindigkeit
des Bandes schwanken, Im Falle eines Magnetsandes ist dann die Wiedergabe eines
in einer Längsspur aufgezeichneten Signals, z,B, eines Tonsignals, mangelhaft, Zum
Ausgleich von Schwankungen der Laufgeschwindigkeit des Magnetbandes in Anlagen zur
magnetischen Speicherung von Fernsehsignalen ist es bekannt, in einer Längsspur
des Magnetbandes ein Steuersignal aufzuzeichnen, mit dessen Hilfe die Drehzahl des
Motors zum Ausgleich von Schlupf und von Ungenauigkeiten der Transporteinrichtung
nachgeregelt wird. Bei den bekannten Anordnungen ist dies jedoch nur unvollkommen
möglich, da Schwankungen der Bandgeschwindigkeit nicht genügend rasch, insbesondere
nicht in Verlauf einer Umdrehung der Transportrolle ausgeregelt werden können, .
Bei einer Vreiterbildung der erfindungsgemäßen Anordnung zur Regelung der Laufgeschwindigkeit
eines bandförmigen Informationsträgers, bei welchem in einer Längsspur ein periodisches
Steuersignal aufgezeichnet ist, wird ein zweiter Regelkreis vorgesehen, in welchem
das vom Informationsträger abgenommene Steuersignal mit dem Signal eines weiteren
Generators in der Frequenz verglichen wird und die durch Vergleich der beiden periodischen
Signale erhaltene Regelgröße die Frequenz, bzw, die Periodendauer des die Drehzahl
des Blektromotors bestimmenden, ein Vielfaches der Drehzahlfrequenz betragenden
Signals des Motor-ltegelkreises verändert.
Auf diese Weise folgt
die Laufgeschwindigkeit exakt dem durch das Steuersignal gegebenen Wert, Die Naohregelung
der Laufgeschwindigkeit erfolgt sehr rasch und genau und erfaßt auch Ungleichmäßigkeiten
des Bandlaufs im Verlauf einer Umdrehung der Transportrolle.
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Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet der erfindungsgemäßen Anordnung ist
die Regelung der Laufgeschwindigkeit des Magnetbandes in Anlagen zur magnetischen
Speicherung eines Fernsehsignals, wobei das Fernsehsignal in Querspuren und eine
Steuerfrequenz sowie Markierungsimpulse (Schnittmarken) in einer Längsspur des Magnetbandes
aufgezeichnet sind. Hierzu wird die vorstehend beschriebene Weiterbildung der erfindungsgemäßen
Anordnung durch einen dritten Regelkreis ergänzt, welcher die relative Lage des
Magnetbandes in Bezug auf die Vertikalsynchronisierung durch Verändern der Sollfrequenz
des zweiten Regelkreises mittels einer durch Phasenvergleich des aus dem Signal
der Steuerspur abgetrennten Markierungsimpulses und einem Bezugsimpuls mit Vollbildfrequenz
gewonnenen Regelgröße verändert. Anstelle des Markierungsimpulses kann auch ein
aus dem aufgezeichneten Fernsehsignal abgeleiteter Impuls mit Vollbildfrequenz (z,13,
25 11z) verwendet werden, Die Erfindung soll nunmehr mit Hilfe der Ausführungsbeispiele
darstellenden Figuren genauer erläutert werden.
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Es zeigen; Figur 1 schematisch eine Anordnung nach der Erfindung,
Figur 2 die Anwendung der erfindungsgemäßen Anordnung in einer Anlage zur magnetischen
Speicherung von Fernsehsignalen, In Figur 1 stellt 1 den bandförmigen Informationsträger,
z,13, ein Magnetband, dar, der durch eine Transportvorrichtung, bestehend aus der
Transportrolle 2 und der Andruckrolle 3,
in Pfeilrichtung bewegt
wird. Die Transportrolle 2 bildet
die verlängerte Achse eines Gleichstrommotors
4 mit kleinem
Trägheitsmoment des Rotors. Vorzugsweise wird eine Aus-
führung
mit scheibenförmigem Rotor mit in gedruckter Schal-
tung ausgeführter Wicklung
verwendet, die z.B, unter der
Bezeichnung Servalco-Motor'im
Handel ist.
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Auf der Motorachse ist eine konzentrische Trommel 5
ange-
ordnet, die am Umfang eine magnetisierbare Schicht trägt.
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Auf dieser Schicht ist ein in sich geschlossener Schwingungs-
zug,
deren Wellenlänge ein ganzzahliger Bruchteil des
Trommelumfangs ist,
aufgezeichnet. Hei einer praktisch ausge-
führten Anordnung betrug die
Nenndrehzahl des Motors 600 Umdrehungen pro Minute oder i0 Umdrehungen pro Sekunde
und
am Umfang der Trommel waren 625 Schwingungen aufgezeichnet.
Bei
der Nenndrehzahl des Motors liefert daher der Abnahme-
kopf 6, der in geringer
Entfernung von der magnetisierbaren Schicht angeordnet ist, diese jedoch
nicht berührt, einen
Wechselstrom ? mit einer Frequenz von 6250 Iiz.
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Um den Motor starr auf seiner Solldrehzahl von z.B,
600 Um-
drehungen pro Minute zu halten, wird die vom Magnetkopf 6
abgegebene,
der Motordrehzahl proportionale Frequenz mit
einer Sollfrequenz
verglichen und mit der Regelgröße die Be-
triebsspannung für den Motor
und damit seine Drehzahl nach-
geregelt, so daß die drelizahlabliäcigige
Frequenz mit der
Sollfrequenz übereinstimmt. Dieser Frequenzvergleieh
kann
z.B, in der Weise vorgenommen werden, daß die vom Magnet-
kopf
6 abgenommene Schwingung ? durch einen Verstärker und
Begrenzer 8 in
eine reehteekförmige Schwingung 9 umgeformt
wird, welche in einer Anordnung
10 mit der Sollfrequenz
verglichen@wird. Die Frequenzvergleichsschaltung
10 enthält
einen Generator 11 zur Erzeugung der Sollfrequenz, z.B.
zwei
hintereinandergeschaltete monostabile Multivibratoren
(konovibratoren). Durch die in ein und derselben Richtung, z,I3. in Positive Richtung,
verlaufenden Flanken der Rechteckschwingung 9 wird der erste Monovibrator aus dem
stabilen in den astabilen Zustand gesteuert. Die Zeitkonstante des ersten Monovibrators
ist derart gewählt, daß dieser nach z.ß. etwa 75 ;ö der Periodendauer der Sollfrequenz
in den stabilen Zustand zurückfällt und dabei den zweiten monostabilen Vibrator
in den astabilen Zustand steuert, der nach den restlichen 25 > der Periodendauer
der Sollfrequenz in den stabilen Zustand zurückkehrt, so daü die Summe der astabilen
Zeiten etwa gleich der Periodendauer der Sollfrequenz ist. Die Rückflanke der Schwingung
des zweiten Monovibrators wird durch 1.ntegration, z,13. in einen Miller-Integrator
12, in eine geneigte Flanke 14 umgeformt.
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Aus der Rechtecksehwingung 9 wird ferner in einem Signalformer 15
eine durch die Flanken ein und derselben Richtung ausgelöste Folge schmaler Impulse
16 erzeugt. Diese werden in einer Lastschaltung (elektronischen Schalter 17) der
Flanke 14 überlagert, so daß im Ausgang des elektronischen Schalters 17 eine Impulsfolge
entsteht, deren Amplitude von der Lage der lmpulse 16 auf der Flanke 14 abhängt.
Diese Impulsfolge wird durch einen (nicht dargestellten) Speicher integriert und
ergibt eine der Impulsamplitude nach dem elektronischen Schalter 17 proportionale
Gleichspannung 18. Diese wird in einem Endverstärker 19 auf eine zum betrieb
des Motors ausreichende Leistung verstärkt und dem Motor 4 zugeführt, Andert sich
nun die Motordrehzahl, so wird die Flanke der Schwingung 14 zu einem anderen Zeitpunkt
durch die Impulsfolge 16 abgetastet und damit die Gleichspannung 18 geändert.
In
einem gewissen Drehzahlbereich von z.13. ± 30 gö der Solldrehzahl ist die
Gleichspannung 1E3 direkt proportional der Motordrehzahl.
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Der vorstehend beschriebene: Regelkreis für den Antriebsmotor der
Transportvorrichtung des Informationsträgers bewirkt demnach, daß der Motor mit
konstanter, durch die Frequenz des Generators 11 bestimmten Drehzahl läuft, wobei
die Drehzahl im vorliegenden Beispiel sehr oft im Verlauf einer Umdrehung geprüft
und nachgeregelt wird, so daß auch die Umfangsgeschwindigkeit des Rotors im Verlauf
einer Umdrehung weitgehend konstant ist.
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Da der Sollwert der Motordrehzahl durch die Frequenz des Generators
1i, z.13. durch die Haltezeit der beiden hintereinander geschalteten Monovibratoren
bestimiut ist, läßt sich durch Verändern dieser 1laltezeit die Motordrehzahl in
weiten Grenzen einstellen. Z,13. kann man die lialtezbit des ersten Monovibratos
durch Verändern des Lntladewiderstandes für (las leitkonstantenglied des Monovibrators
beeinflussen.
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2s ist dadurch z.13. miiglieh, in Anlagen für die magnetische Speicherung
der Geschwindigkeit des Magnetbandes im Verhältnis 1 ; 21 in einfacher Weise zu
ändern, wofür beim Antrieb durch Synchronmotoren polumschaltbare Motoren oder mechanische
Getriebe; erforderlich sind.
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Figur 2 zeigt schematisch eine Anordnung zur Regelung der Laufgeschwindigkeit
des Magnetbandes in Anlagen zur magnetischen Speicherung von Fernsolisignalen. Auf
dem Magnetband 1 ist (las Videosignal in Querspuren Q aufgezeichnet, während (las
Tonsignal in einer (nicht dargestellte) Längsspur und ein Steuersignal in einer
weiteren Längsspur K gespeichert ist. Das Steuersignal ist z.13. ein periodisches
Signal .mit
einer Frequenz von 250 Iiz beim Sollwert der Laufgeschwindigkeit,
Außerdem sind in der Steuerspur Markierungsimpulse (Schnittmarken) aufgezeichnet,
die im Abstand eines Vollbildes (40 msee.) aufeinander folgen.
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Die Anordnung zum Transport des Magnetbandes 1 ist ebenso aufgebaut
wie in Figur 1 und enthält den Gleichstrommotor mit geringer itotorträgheit 4, die
Transportrolle 2 mit der Andruckrolle 3 und den itegelkreis, bestehend aus der Trommel
mit z.13. 625 Schwingungen, dem Abnahmekopf ß, dem Vorverstärker 8, der Anordnung
zum Frequenzvergleich 10 und dem Endverstärker 19.
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Die Frequenz des die Drehzahl des iNtotors 5 bestimmenden Generators
läßt sieh durch ein(: über die Leitung 21 zugeführte Gleichspannung 23 beeinflussen.
Diese Gleichspannung 23 wird durch Prequenzvorgleich der von der Steuerspur IC mittels
eines Magnetkopfes 22 abgenommenen Steuerfrequenz von z.B. 250 Iiz mit der Frequenz
eines Genorators in der Anordnung zum Frequenzvergleich 20 gewonnen. Die Anordnung
20 kann analog aufgebaut sein wie die Anordnung 10 und monostabile Vibratoren und
eine Vergleichsschaltung enthalten. Die'Gleichspannung 23 wird über die Leitung
21 dem Generator in der Schaltung 10 zugeführt und bewirkt, daß der Motor
5 die für den gleichmäßigen Bandtransport mit konstanter Geschwindigkeit erforderliche
Drehzahl annimmt.
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Um schließlich die Lage des Magnetbandes der Vertikalsynchronisierung
anzupassen, wird in einem dritten Regelkreis ein Phasenvergleich zwischen dem aus
dem Steuersignal abgetrennten Markierungsimpuls mit z.B. 25-iiz und einem Synchronimpuls
32 mit Vollbildfrequetiz (25 Iiz) vorgenommen. Die dem Phasenunterschied proportionale
Gleichspannung 31 der Phasenvergleiehsschaltung 34 steuert ihrerseits der Frequenz
des Generators in der Anordnung 20 nach. Zur Einstellung der
Spurlage
läßt sich die Phase bzw. Verzögerung des Bezugsimpulses mit Vollbildfrequenz 32
mittels eines einstellbaren Phasenschiebers 33 verstellen.
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Durch die beschriebene Anordnung von drei in sich geschlossenen, vormaschten
Regelkreisen wird die Laufgeschwindigkeit des Magnotbandes mit hoher Genauigkeit
auf den durch das Steuersignal gegebenen Sollwort. gehalten und Änderungen dieses
Sollwertes worden mit geringer Verzögerung laufend ausgeglichen. Die Laufgeschwindigkeit
ist dabei praktisch unabT hängig von der Belastung; selbst ein vorübergehendes starkes
Abbremsen des Magnetbandes ändert die Laufgeschwindigkeit praktisch nicht.
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Durch die erfindungsgemäße Anordnung für die Regelung des Motors wird
die Zeitkonstante des Stellgliedes des zweiten Regelkreises für die Bandgeschwindigkeit
erheblich verkleinert. Da für Gien dritten Regelkreis die Kombination des zweiten
Regelkreises in Verbindung mit dem ersten Regel- . " kreis als Stellglied dient,
wird auch die Zeitkonstante des Stellgliedes für die Einstellung Gier relativen
Lage dos Bandes verkleinert. Die in der beschriebenen Weise verschachtelten Regelkreise
ergeben daher ohne Umschaltung ein schnelles Einlaufen des Magnetbandes vom
Stillstand in die richtige Phasenbeziehung zu den Synchronisierimhulsen mit Yollbildfrequenz.