DE1966410C3 - Verstelleinrichtung für die Magnetkopfeinheit eines Plattenspeichers Ausscheidung aus: 19 09 245 Memorex Corp., Santa Clara, Calif. (V-StA.) - Google Patents

Description

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Die Technik der Informationsspeicherung hat sich ir schnell entwickelt, wobei dauernd Verbesserungen isichtlich der Informationsmenge erzielt wurden, die einem speziellen Medium gespeichert werden kann, d hinsichtlich der Zeit für den Zugriff zu dieser speicherten Information. Für Information, die häufig rwendet werden muß, aber nicht in einer festen Folge, die Zeit für das Wiederauffinden außerordentlich wichtig. Das Wiederauffinden von beliebig auf Band gespeicherter Information ist für einige Anwendungsfälle 2U zeitaufwendig. Es sind deshalb Vorrichtungen zur magnetischen Speicherung auf Zylindern und Platten entwickelt worden, um einen willkürlichen Zugriff zu aufgezeichneter Information dadurch zu erhalten, daß ein Aufzeichnungskopf, der einen magnetischen Wandler enthält, direkt über den Teil des Zylinders oder der Platte eingestellt wird, der die gesuchte Information enthält. Plattenantriebe nach dem derzeitigen Stand der Technik enthalten Plattenstapel mit einer Anzahl von Platten, die um eine gemeinsame Achse rotieren. Schreib- und Lese-Wandler sind in Banken montiert und reichen einstellbar über die verschiedenen Aufzeichnungsflächen der Platten auf fingerartigen Zugriffsarnien. Die Plattenstapel rotieren mit hohen Drehzahlen in der Größenordnung von 4000 U/min.

Die Information wird in konzentrischen Spuren auf die magnetischen Aufzeichnungsflächen der Platten aufgebracht. Ein vertikaler Satz Spuren in einem Plattenstapel oder einem Plattenpack bildet einen Speicherzylinder. Jeder Wandler in der Kopfbank wird über die Spur auf jeder Speicherfläche des Plattenstapels gestellt, die den Speicherzylinder bildet, wenn die Kopfbank eine bestimmte lineare Stellung einnimmt. Die Auswahl einer einzelnen Spur wird elektromechanisch durchgerührt. Dazu wird ein sehr empfindlich ansprechender linearer Einstellmcchanismus benötigt, der nicht nur eine kleine Zugriffszeit beim Wiederauffinden von gespeicherter Information hat, sondern auch in der Lage is', den Magnetkopfwandler in eine schmale, vorgegebene Spur genau einzustellen.

Durch die Erfindung soll eine Verstelleinrichtung für die Magnetkopfeinheit eines Plattenspeichers, bei der die Kopfeinheit auf einen auf die Platten zu bzw. von diesen weg verschiebbaren Schlitten montiert ist, verfügbar gemacht werden, bei der der Schlittenantrieb unmittelbar von einem Signalgeber angesteuert werden kann, der ein die derzeitige Position des Schlittens und damit der Lese- oder Schreibköpfe angebendes Signal liefert. Voraussetzung dafür ist ein unmittelbar die Schlittenposition anzeigender Detektor, der eindeutige Signale liefert.

Ein für diesen Zweck in Frage kommender Antrieb ist bekannt, es handelt sich um einen elektrischen Linearmotor mit einer Spule, deren Achse parallel zur Laufrichtung des Schlittens liegt, und einen Magneten, insbesondere Permanentmagneten (US-PS 32 60 870). Bei diesem Antrieb ist am Schlitten eine Zahnstange vorgesehen, die Teil eines Sperrmechanismus ist. Ein solcher Sperrmechanismus ist vielfach erwünscht, um die jeweilige Positionsstreubreite des Schlittens klein zu halten. Unabhängig davon ist auch ein die Schlittenposition anzeigender Detektor bekannt. Dieser bekannte Detektor wirkt mit einer Zahnstange zusammen und liefert bei Feststellung eines Zahns oder einer Zahnlücke der Zahnstange jeweils ein bestimmtes Signal an einen Zähler (IBM Technical Disclosure Bulletin, Vol. 8, No. 8, Januar 1966, S. 1033). Dieser bekannte Detektor weist einen flexiblen Balken auf, der sich unter dem Einfluß eines Magnetfeldes hinsichtlich der Zähne der Zahnstange ausrichtet. Auslenkungen des flexiblen Balkens aus seiner Ruhelage werden mit Dehnungsmeßstreifen detektiert, wobei jeweils die Nullagen gezählt werden. Ein solcher Detektor hat sich in der Praxis als unbrauchbar erwiesen, weil er ein eigenes Schwingungssystem bildet, das bei praktisch auftretenden Verstellgeschwindigkeiten in Resonanz

lcomml und dadurch fehlerhafte Signale an den Zähler liefert.

Es hat sich jedoch gezeigt, daß die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe durch eine Kombination dieser beiden Techniken gelöst werden kann, sofern ein störungssicherer Detektor verwendet wird, der nicht zu Eigenschwingungen neigt. Ausgehend von einer Verstelleinrichtung für die Magnetkopfeinheit eines Platlenspeichers, bei der die Kopfeinheit auf einen auf die Platten zu bzw. von diesen weg verschiebbaren Schlitten montiert ist, bei der der Schlittenantrieb ein elektrischer Linearmotor mit einer Spule, deren Achse parallel zur Laufrichtung des Schlittens liegt, und mit einem Magneten, insbesondere Permanentmagneten, ist, und am Schlitten eine Zahnstange vorgesehen ist, die gegebenenfalls Teil eines Sperrmechanismus ist, wird die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe deshalb dadurch gelöst, daß die Zahnstange in an sich bekannter Weise mit einem Detektor zusammenwirkt, der bei Feststellung eines Zahns oder einer Zahnlücke der Zahnstange jeweils ein bestimmtes Signal an einen Zähler liefert, daß dessen Stand als Steuersignal für den Schlittenantrieb dient, und daß der Detektor einen Wandler mit variabler Reluktanz aufweist. Bei einer solchen Konstruktion ist also eine unmittelbare Anzeige der Schlittenposition durch das Zusammenwirken der Zahnstange des Detektors und des Zählers verfügbar, und ein Wandler mit variabler Reluktanz ist mechanisch starr und neigt nicht zu Eigenschwingungen, so daß keine Störsignale erzeugt werden.

Um eine große Zahl von Spuren auf den Speicherplatten zu erreichen, müssen möglichst viele Stellungen der Magnetkopfeinheit pro Längeneinheit feststellbar sein. Um dieses Ziel auch bei einer kleineren Zahl von Zähnen pro Längeneinheit zu erreichen, kann gemäß einer besonders vorteilhaften Ausbildung der Erfindung der Detektor aus zwei Wandlern mit variabler Reluktanz bestehen, die um eine halbe Zahnteilung der Zahnstange gegeneinander versetzt sind. Es werden also beim Durchlaufen einer Längeneinheit doppelt so viele Signale geliefert wie Zähne pro Längeneinheit vorhanden sind, so daß sich auch doppelt so viele Einstellpositionen für die Magnetkopfeinheit pro Längeneinheit ergeben wie Zähne pro Längeneinheit vorhanden sind.

Zum Aufsuchen einer neuen Speieherzylinderadresse, d. h. Schlittenposition, können die bisher bei Magnetplattenspeichern verwendeten Techniken benutzt werden; die besonderen Eigenschaften des elektrischen Linearmotors werden jedoch am besten ausgenutzt, wenn der an den Detektor angeschlossene Zähler und ein Adressenregister an einer Vergleichsschaltung angeschlossen sind, die ein dem Vergleichsergebnis entsprechendes Signal an einen Servoverstärker liefert, an den die Linearmotorspule angeschlossen ist.

Damit zur eindeutigen Darstellung der Position des Schlittens nicht jeweils bis zum ersten bzw. letzten Speicherzylinder des Magnetplattenspeichers gefahren werden muß, wird bei Verwendung einer solchen Vergleichsschaltung vorzugsweise das Signal von dieser einem Eingang des Zählers zugeführt, mit dem dieser auf Aufwärts- oder Abwärtszählen umschaltbar ist, so daß aus jeder Position des Schlittens in jeder Richtung gefahren werden kann.

Üblicherweise liefern Zähler, Register und Vergleichsschaltungen Digitalsignale, in Verbindung mit dem Linearmotor liefern der Zähler und das Register jedoch zweckmäßigerweise den Zählwerten bzw. Adressen entsprechende Analogsignale und die Vergleichsschaltung ein der Differenz dieser Signale entsprechendes Analogsignal, das nach Verstärkung im Servoverstärker unmittelbar als Betriebsspannung für den Linearmotor dient.

Das von der Vergleichsschaltung gelieferte Vergleichsergebnis entspricht nicht nur dem Vorzeichen, sondern auch der Größe der Differenz zwischen der derzeitigen Position und der gewünschten Position, so daß der Treibstrom für den Linearmotor zunächst relativ hoch ist und bei Annäherung an die gewünschte Adresse immer kleiner wird. Bei großen Entfernungen kann sich dadurch eine zu große Anfangsgeschwindigkeit ergeben. In Verbindung mit dem bekannten Linearmotorantrieb ist bereits ein Geschwindigkeitsgeber bekannt, und zur Verhinderung einer zu großen Anfangsgeschwindigkeit kann ein solcher Geschwindigkeitsgeber gemäß einer speziellen Ausbildung der Erfindung in der Weise verwendet werden, daß die Ausgangsspannung des Geschwindigkeitsgebers dem Servoverstärker gegensinnig zum Ausgangssignal der Vergleichsschaltung zugeführt wird. Es ergibt sich dadurch eine Regelung für die Geschwindigkeit, durch die auch bei kurzen Entfernungen sehr hohe Geschwindigkeiten möglich sind, ohne daß bei großen Entfernungen die Gefahr besteht, daß die Geschwindigkeit /u groß wird.

Um den Schlitten in der erreichten Position, U. h. an der gewünschten Speicheradresse festzuhalten, kann von der Vergleichsschaltung bei Differenz Null ein Signal abgeleitet werden, und mit diesem eine Sperre für die Zahnstange betätigt werden, so daß ein zusätzlicher Verriegeluiigsmcchanismus für den Plattenspeicher nicht benötigt wird.

Die Erfindung soll anhand der Zeichnung näher erläutert werden; es zeigt

F i g. I eine perspektivische Darstellung einer kompletten Plattenantriebseinheit;

F i g. 2 einen Teilschnitt durch den linearen Positioniermechanismus entsprechend der Linie 2-2 in F ig. 1;

Fig. 3 eine Aufsicht auf den Sperrmechanismus gemäß F i g. 2;

Fig. 4 einen Schnitt durch den Sperrmechanismus entsprechend der Linie 4-4 in F i g. 3; und

F i g. 5 ein Blockschaltbild der Verstelleinrichtung.

Ein Magnetplattenspeicher gemäß Fig. 1 besteht aus einer Antriebseinheit 10 in Verbindung mit einem Plattenstapel 12.

Dieser besteht aus sechs Platten mit insgesamt zehn Aufzeichnungsflächen 14 und ist als Einheit auf eine Spindel der Plattenantriebseinheit 10 montiert. Die Spindel und der daran befindliche Plattenstapel 12 werden mit einem nicht dargestellten rotierenden Antriebsmotor mit Drehzahlen bis zu 4000 U/min angetrieben.

Jede der Aufzeichnungsflächen 14 ist mit einem Magnetfilm beschichtet, über dem ein Magnetkopf 18 relativ läuft. Die Magnetköpfe 18 sind auf Trag- oder Zugriffsarmen 20 montiert, und die zehn kopftragenden Zugriffsarme 20 bilden eine Magnetkopfbank 22, die sich einheitlich in den Plattenstapel hinein- und aus diesem hinausbewegt. Zwei Köpfe 18 treten in den Raum zwischen benachbarten Platten ein, wobei ein i'opf auf der Unterseite der oberen Platte und der andere Kopf auf der oberen Seite der unteren Platte arbeitet.

Die Kopfbank 22 ist auf einen frei rollenden Schlitten 24 montiert, der auf einer gehärteten Führung 26 auf

drei Paar quer einander gegenüberliegenden Kugellagerrollen 28 läuft. Die Rollen 28, die deutlicher in F i g. 2 erkennbar sind, sind paarweise montiert, so daß alle vertikalen und horizontalen Bewegungen mit Ausnahme der in der gewünschten Richtung vermieden sind.

Eine Linearbewegung mit dem Schlitten 24 durch einen Antriebsmotor 30 erteilt, der aus einem stationären Permanentmagneten besteht, der ein Gehäuse 32 um eine bewegliche Spule oder einen Anker 34 bildet. Die Spule 34 ist direkt mit drei Lappen 36 (vgl. Fi g. 2) am Schlitten 24 befestigt. Der Schlitten 24 wird durch Betätigung eines Sperrmechanismus 38 in seiner Position verriegelt, der eine Klinke 40, die an einem stationären Gestell 44 (Fig.2) befestigt ist, in eine Zahnstange 42 fallen läßt, die am beweglichen Schlitten 24 befestigt ist.

In F i g. 2 ist die Vorrichtung zur linearen Positionierung näher dargestellt. Die Aufsicht gemäß F i g. 2 zeigt den Schlitten 24 in der zurückgezogenen Stellung. In dieser Stellung sind die Zugriffsarme 20 voll aus dem Plattenstapel 12 herausgezogen. Da die einzige Zeit, in der die Klinke 40 aus der Zahnstange 42 herausgezogen sein muß, die Zeitdauer eines Suchvorgangs ist, bei dem eine neue Kopfstcllung eingestellt wird, ist die Klinke mit Schraubenfedern 108 derart belastet, daß sie in die Zahnstange 42 einfällt, wenn der Sperrmechanismus 38 aberregt ist. Die Federbelastung wird durch Schraubenfedern 108 geliefert, die an einem Ende an einen Schwenkzapfen 109 und am anderen Ende an der Sperrklinke 40 befestigt sind. Eine lösbare Sperre 110 wird zum Beginnn eines Suchvorganges eingeschaltet, so daß die Klinke die Zahnstange 42 freigibt, und wenn die gesuchte Adresse (Kopfstellung) erreicht worden ist, wird die Sperre 110 im Gegensinne gepulst, so daß die federbelastetc Klinke 40 in die Zahnstange 42 fällt und die Kopfbank 22 in der gewünschten Stellung verriegelt.

Die Zahnstange enthält mehr als 100 Zähne 112 (von denen der Übersii.htlichkeit halber nur einige gezeichnet sind), die mehr als 100 Stellungen bilden, in die die Kopfbank 22 eingestellt werden kann. Bei der dargestellten Ausführungsform ermöglicht die neuartige Sperrklinke 40, daß die Kopfbank 22 auf doppelt so viele Stellen eingestellt werden kann wie Zähne in der Zahnstange 42 enthalten sind. Diese Sperrklinke 40 ist in zwei Hälften 40<? und 40£> aufgespalten, wie in Fig. 4 dargestellt ist. die schwenkbar auf den Zapfen 109 montiert sind.

leweils vier Zähne 114 am Ende jeder Klinkenhälfte sind um die halbe Zahnteilung gegeneinander versetzt. Da sie die gleiche Zahnteilung haben wie die Zähne der Zahnslange 42, kann zu einem bestimmten Zeitpunkt. jeweils nur ein Satz Zähne in die Zahnstange eingreifen, wie in F i g. 3 veranschaulicht ist. Wenn der Schütten 24 um die Hälfte einer Zahnteilung bewegt worden ist, kann der andere Zahnsatz in die Zahnstange 42 einfallen, und nicht der bisher in die Zahnstange eingreifende Zahmatz. Beide Hälften der Klinke 40 werden von der gleichen Sperre 110 betätigt die während Such vorgängen beide Hälften löst.

Der lineare Antrieb für den Schlitten und die Kopf-Arm-Einheit wird von einem Antriebsmotor 30 abgeleitet, der elektrische Energie direkt in eine lineare Bewegung umwandelt Ein aus Draht gewickelter zylindrischer Anker oder eine Spule 34 sitzt in einem stationären Gehäuse 32 aus einem Permanentmagneten. Die Spule 34, die mit Lampen 36 am Schlitten befestigt ist, kann sich frei durch ein Loch 116 in einer Stirnplatte 117 des Magnetgehäuses 32 einwärts und auswärts bewegen.

Betriebsweise des Antriebsmotors und des Sperrmechanismus

Die Lage des Schlittens 24 und damit die Position der Magnetköpfe 18 im Plattenstapel 12 wird von einem Detektor 120 mit variabler Reluktanz detektiert. Der Detektor 120 ist gegenüber der Zahnstange 42 in der

ίο Nähe des Endes der Sperrklinke 40 angeordnet. Der Detektor 120 ist mit zwei Primärwicklungen und zwei Sekundärwicklungen versehen, die einen solchen Abstand voneinander haben, daß, wenn eine Primärwicklung einem Zahn der Zahnstange gegenübersteht,

is die andere Primärwicklung einer Zahnlücke gegenübersteht. Jede Primärwicklung ist mit einer Sekundärwicklung gekoppelt, die einer Zahnlücke gegenübersteht, wenn die damit gekuppelte Primärwicklung einem Zahn gegenübersteht. Wenn die Zahnstange 42 am Detektor 120 vorbeiläuft, wird jeder Zahn zweimal gezählt, wodurch jede Position angezeigt wird, in der der Schlitten 24 durch die doppelt wirkende Klinke 40 gestopppt werden kann.

Im Blockschallbild F i g. 5 sind die in Fig. 1 bis 4 bereits gezeigten Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen, jedoch ist jeweils der Buchstabe »a« hinzugefügt. Der Detektor 120.7 liefert ein Signal, daß die derzeitige Adresse der Magnetköpfe repräsentiert, an einen Zähler 122. der ein Register für derzeitige Adressen bildet.

Sobald die Antriebseinheit zum Lesen/Schreiben vorbereitet worden ist, wird ein Suchvorgang dadurch begonnen, daß in das Adressenregister 124 für neue Adressen eine neue Adresse eingegeben wird. Ein Eingang für die neue Adresse und ein koalierender Eingang vom Register für derzeitige Adressen werden in einen Addierer oder eine Vergleicherschaltung 126 eingegeben.

Die Vergleicherschaltung 126 summiert die eingegebenen Analogspannungen und stellt die Anzahl von Positionen oder Aufzeichnungszylindern fest, die die Magnetkopfbank 22 zurücklegen muß, um die neue Adresse zu erreichen. Die Laufrichtung, entweder auf die Plattenstapelspindel 16 zu oder auf den ersten Aufzeichnungszylinder 128 (Fig. 1) an der Peripherie einer Plattenstapelaufzeichnungsfläche 14, wird dadurch bestimmt, daß geprüft wird, ob die Summe der Analogaddition der Adressen positiv oder negativ ist. Die Richtung des Laufs wird durch die Polarität der Spannung festgelegt, die auf der Leitung V₁ steht, die die Polarität des Eingangssignals für die Spule 34 des Antriebsmotors 30 steuert.

Die Vergleicherschahung 126 bildet eine Analogspannung V₄ entsprechend der Anzahl der Zylinder, die der

Schlitten 24a durchlaufen muß. Diese Spannung V₄ bestimmt die gewünschte Geschwindigkeit mit der die Spule und die Köpfe auf die neue Adressenspur zulaufen sollen. Die Spannung V₄ und die gewünschte Geschwindigkeit sind maximal, wenn mehr als 32 Spuren gekreuzt

werden müssen, und sie verringert sich stufenweise, wenn der Kopf sich der neuen Adresse auf 32, dann 16, dann 8 usw. Spuren nähert

Ein Geschwindigkeitsgeber 132 (Fig. 1) bzw. 132a (Fig.5) erzeugt eine Spannung V₂ proportional der

tatsächlichen Geschwindigkeit der Spule 34 und der Köpfe 90. Diese Spannung V₂, die vom Geber 132a erzeugt wird, und die Spannung V₄ vom Dekodierer 126 werden in einem Servoverstärker 130 verglichen, so daß

I₀

ein Abweichungssignal erzeugt wird, das vom Servoverstärker 130 an die Spule 34 geliefert wird. Dieses Abweichungssignal vom Servoverstärker sorgt damit dafür, daß die Suchgeschwindigkeit der Köpfe sich der Suchgeschwindigkeit nähert, die durch die Vergleicherschaltung festgelegt worden ist, wobei die Köpfe verlangsamt werden, wenn sie sich der neuen Adresse nähern, und wenn die Vergleicherschaltung Null erreicht, pulsiert der Sperrantrieb 136 die Sperre 110, um die Zahnstange 42 und die Klinke 40 miteinander zu verrastcn.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

709 624/109

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Verstelleinrichtung für die Magnetkopfeinheit eines Plattenspeichers, bei der die Kopfeinheit auf einen auf die Platten zu bzw. von diesen weg verschiebbaren Schlitten montiert ist, bei der der Schlittenantrieb ein elektrischer Linearmotor mit einer Spule, deren Achse parallel zur Laufrichtung des Schlittens liegt, und mit einem Magneten, insbesondere Permanentmagneten, ist, und am Schlitten eine Zahnstange vorgesehen ist, die gegebenenfalls Teil eines Sperrmechanismus ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnstange (42) in an sich bekannter Weise mit einem Detektor (120) zusammenwirkt, der bei Feststellung eines Zahns (112) oder einer Zahnlücke der Zahnstange (42) jeweils ein bestimmtes Signal an einen Zähler (122) liefert, daß dessen Stand als Steuersignal für den Schlittenantrieb dient, und daß der Detektor (120) einen Wandler mit variabler Reluktanz aufweist.

2. Verstelleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor (120) aus zwei Wandlern mit variabler Reluktanz besteht, die um eine halbe Zahnteilung der Zahnstange (42) gegeneinander versetzt sind.

3. Verstelleinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der an den Detektor (120) angeschlossene Zähler (122) und ein Adressenregister (124) an eine Vergleichsschaltung (126) angeschlossen sind, die ein dem Vergleichsergebnis entsprechendes Signal an einen Servoverstärker (130) liefert, an den die Linearmotorspule (34a) angeschlossen ist.

4. Verstelleinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Signal von der Vergleichsschaltung (126) einem Eingang des Zählers (122) zugeführt wird, mit dem dieser auf Aufwärts- oder Abwärts-Zählen umschaltbar ist.

5. Verstelleinrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Zähler (122) und das Adressenregister (124) den Zählwerten bzw. Adressen entsprechende Analogsignale liefern und die Vergleichsschaltung (126) ein der Differenz dieser Signale entsprechendes Analogsignal.

6. Verstelleinrichtung nach Anspruch 3, 4 oder 5, bei der an den Linearmotoir ein Geschwindigkeitsgeber angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsspannung des Geschwindigkeitsgebers (132) dem Servoverstärker (130) gegensinnig zum Ausgangssignal der Vergleichsschaltung (126) zugeführt wird.

7. Verstelleinrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichsschaltung (126) bei Differenz Null ein Signal an eine Sperre (110a) für die Zahnstange liefert.