DE19929816A1 - Kopftrommel sowie diesbezügliches Magnetbandgerät - Google Patents

Abstract

Die Kopftrommel der Erfindung enthält ein stationäres Kopftrommelteil (K1) sowie ein bewegliches Kopftrommelteil (K2), an dem ein Kopf (H1, H2) zum Lesen und/oder Beschreiben eines Bandes angeordnet ist, sowie einen Transformator (TR1, TR2) zum Übertragen eines Signals zwischen den beiden Kopftrommelteilen. Der Transformator weist ein bewegliches (TR2) und ein stationäres Teil (TR1) auf, zwischen denen eine magnetische Flüssigkeit (M) angeordnet ist zur verbesserten Übertragung bzw. Kopplung des magnetischen Fußes. DOLLAR A Die sich gegenüberstehenden Kernschenkel der beiden jeweiligen Ferritteile weisen vorteilhafterweise eine Nut oder eine keilförmige Kerbe auf zur Aufnahme und Führung der magnetischen Flüssigkeit (M). Hierdurch sind die Kernschenkel der beiden Transformatorteile direkt, ohne Luftspalt, miteinander verbunden, und durch den Druck der magnetischen Flüssigkeit wird das bewegliche Kopftrommelteil zusätzlich geführt. Das magnetische Streufeld des Transformators wird hierdurch sehr gering gehalten. Die Viskosität und die elektrischen Eigenschaften der magnetischen Flüssigkeit (M) können entsprechend der Geschwindigkeit und den Durckanforderungen des beweglichen Kopftrommelteils während des Betriebes gewählt werden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kopftrommel mit einer Kopfanordnung für auf Schrägspuren aufzeichnende Magnetbandgeräte sowie Anwendungen dieser Kopftrommel für ein diesbezügliches Aufzeichnungsgerät. Weiterhin betrifft sie eine magnetische Flüssigkeit zur Verwendung in einem Transformator dieser Kopftrommel.

Bandaufzeichnungsgeräte verwenden inzwischen vorwiegend rotierende Kopftrommeln zur Aufzeichnung, da diese eine sehr effektive Ausnutzung des Magnetbandes mit einer hohen Datendichte ermöglichen. Aufzeichnungsgeräte dieser Art werden beispielsweise verwendet für analoge und digitale Videoaufzeichnungen auf Kompaktkassetten, sowohl für den Konsumentenmarkt als auch für professionelle Systeme, sowie für digitale Datensicherungssysteme, wie beispielsweise für Computer oder PCs. Zur Erhöhung der Datendichte werden die Kopfanordnungen dieser Systeme in ihren Dimensionen immer kleiner, wodurch ihre mechanische Anordnung und Ausrichtung aber immer aufwendiger wird.

Der Aufbau einer Kopftrommel, wie sie beispielsweise in einem analogen Videorecorder verwendet wird, ist in der Fig. 1 in einer schematischen Schnittzeichnung dargestellt. Sie weist ein stationäres Kopftrommelteil K1 und ein bewegliches Kopftrommelteil K2 auf, auf dem zwei oder auch mehr als zwei Köpfe H1, H2 zum Lesen bzw. zum Beschreiben eines Bandes angeordnet sind. Zur Übertragung von Signalen zwischen den Köpfen H1, H2 des beweglichen Kopftrommelteils K1 und dem stationären Kopftrommelteil K1 wird ein Transformator benötigt. Dieser weist bewegliche und nicht bewegliche Teile TR2 und TR1 auf, die in der Kopftrommel K1, K2 derart angeordnet sind, daß sie sich in einem geringen Abstand gegenüber stehen. Beide Teile enthalten Spulen C1-C4 sowie Ferrite F1, F2 derart, daß jeweils eine Spule in einem Transformatorteil durch Ferritmaterial in der Form eines U-Kernes umgeben ist und diese Spulen sich jeweils paarweise gegenüberstehen, so daß ein magnetischer Schluß erzeugt wird, über den die Spulen eines Spulenpaares miteinander verkoppelt sind. Zwischen den Spulenpaaren C1 und C2 sowie C3 und C4 ist hierbei eine Lücke G vorgesehen, durch die das Übersprechen zwischen den beiden Spulenpaaren gering gehalten wird. In dieser Lücke G ist häufig auch eine Windung, die kurzgeschlossen ist, zur Abschirmung angeordnet. Zwei Kernschenkel eines Ferritteils, Kernschenkel Fa ist in der Fig. 1 bezeichnet, mit der dazwischen liegenden Spule ergeben hierbei zusammen mit den jeweils gegenüberliegenden Elementen einen Signalübertrager.

Die Enden der Spulen C2 und C4 des beweglichen Transformatorteils TR2 sind über Verbindungsleitungen V1 und V2 massefrei mit den Magnetköpfen H1 und H2 verbunden. Teilweise sind auch noch aktive elektronische Komponenten, wie Vorverstärker, auf dem beweglichen Kopftrommelteil K2 der Kopftrommel angeordnet.

Das bewegliche Kopftrommelteil K2 ist gelagert über dessen Achse A zum einen durch ein Radiallager L1, das an dem stationären Kopftrommelteil K1 angeordnet ist, sowie durch ein Axiallager L2. Das Radiallager L1 ist üblicherweise als Kugellager ausgeführt und das Axiallager L2 ist im dargestellten Fall eine einzelne Kugel, die eine Fixierung des oberen Kopftrommelteiles K2 in Verbindung mit einer festen Oberfläche O bewirkt.

Die Kugellager L1, L2 sind hierbei derart ausgerichtet, daß zwischen dem unteren und dem oberen Kopftrommelteil K1 und K2 sowie zwischen den Transformatorteilen TR1, TR2 ein ausreichender Luftspalt vorhanden ist, so daß diese sich nicht berühren. Der Abstand zwischen den beiden Transformatorteilen TR1, TR2 muß zudem ausreichend groß sein, um mechanische Toleranzen auszugleichen. Durch diesen Luftspalt entstehen jedoch unerwünschte Streufelder zwischen den beiden Transformatorteilen TR1 und TR2, durch die insbesondere die magnetische Kopplung zwischen ihnen reduziert wird. Aufgrund des Luftspalts müssen daher die Ferritkerne F1, F2 ausreichend groß dimensioniert sein, was aber insbesondere bei einer größeren Anzahl von Köpfen auf der Kopftrommel ein Problem ist. Häufig werden vier oder auch sechs Köpfe am beweglichen Teil der Kopftrommel angeordnet, da aufgrund der Schrägspurtechnik mindestens 2 Köpfe für einen Signalkanal verwendet werden müssen. Der Transformator weist hierbei entsprechend viele radial nebeneinander liegende Signalübertrager auf.

Der Antrieb des beweglichen Kopftrommelteiles K2 wird durch einen Motor bewirkt, dessen Rotor M1 einen Magnetring mit alternierenden Polen N, S aufweist und dessen Stator M2 eine Antriebsspule C5 enthält.

In der Fig. 2 ist der bewegliche Teil TR2 des Transformators der Fig. 1 schematisch in einer Aufsicht dargestellt. Sichtbar sind die beiden Spulen C1, C2 in den Vertiefungen, sowie die sie umgebenden Kernschenkel Fa-Fd des Ferrits. Weiterhin sichtbar ist die Lücke bzw. der Zwischenraum G zwischen den beiden Signalübertragern. Die Transformator- Induktivität für die beiden Signalübertrager ist hierbei üblicherweise gleich gewählt, so daß die Spulen C1 und C2 also unterschiedliche Windungszahlen aufweisen. Bei einer Kopftrommel mit vier oder sechs Magnetköpfen weist der Transformator entsprechend vier oder sechs Übertragungskanäle auf.

Die Magnetköpfe der Kopftrommel, in der Fig. 2 nicht dargestellt, sind jeweils paarweise gegenüberliegend um den Transformatorteil TR2 herum angeordnet. Beispielsweise sind bei einer Kopftrommel für das DV-HD Format (High Density Digital Videorecording), das eine maximale Datenrate von 50 Megabit pro Sekunde während einer Aufzeichnung aufweist, vier Köpfe und ein entsprechender Transformator in einer Kopftrommel mit einem Durchmesser von 21,6 mm realisiert.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Kopftrommel der vorangehend genannten Art anzugeben, die einen kleinen Durchmesser dieser Kopftrommel ermöglicht bei gleichzeitig guten elektrischen Eigenschaften.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. Weiterhin wird noch ein Aufzeichnungsgerät mit einer diesbezüglichen Kopftrommel sowie eine magnetische Flüssigkeit zur Verwendung in dem Transformator dieser Kopftrommel angegeben.

Die Kopftrommel der vorliegenden Erfindung enthält ein stationäres Kopftrommelteil sowie ein bewegliches Kopftrommelteil, an dem ein Kopf zum Lesen und/oder Beschreiben eines Bandes angeordnet ist, sowie einen Transformator zum Übertragen eines Signals zwischen den beiden Kopftrommelteilen. Der Transformator weist ein bewegliches und ein stationäres Teil auf, zwischen denen eine magnetische Flüssigkeit angeordnet ist zur verbesserten Übertragung bzw. Kopplung des magnetischen Fußes.

Magnetische Flüssigkeiten sind bereits seit längerer Zeit bekannt, sie wurden in den 60er Jahren an einem NASA Research Center entwickelt, und sie weisen magnetische Teilchen in einer Flüssigkeit, beispielsweise ferromagnetische Eisenoxydteilchen in einer organischen Säurelösung, auf. Als magnetische Teilchen können sowohl ferromagnetische Kobalt- und Eisenteilchen verwendet werden als auch Ferritteilchen auf der Basis von Mangan-Zink- Eisenoxyden. Durch unterschiedliche Lösungsmittel kann zudem die Viskosität beeinflußt werden. Informationen über magnetische Flüssigkeiten sind beispielsweise von der Universität of Wisconsin-Madison erhältlich und über Internet abrufbar über die Adresse www.mrsec.wisc.edu/Edetc.

Die Kernschenkel der beiden jeweiligen Ferritteile weisen vorteilhafterweise eine oder mehrere Vertiefungen auf, beispielsweise eine Nut oder eine keilförmige Kerbe, zur Aufnahme und Führung der magnetischen Flüssigkeit. Hierdurch sind die sich jeweils gegenüberstehenden Kernschenkel der beiden Transformatorteile direkt, ohne Luftspalt, miteinander verbunden, und durch den Druck der Flüssigkeit wird das bewegliche Kopftrommelteil zusätzlich geführt. Das magnetische Streufeld des Transformators wird hierdurch sehr gering gehalten.

Die Viskosität und die elektrischen Eigenschaften der magnetischen Flüssigkeit können entsprechend der Geschwindigkeit und den Druckanforderungen des beweglichen Kopftrommelteiles während des Betriebes gewählt werden. Da für die magnetische Flüssigkeit als Lösungsmittel für die magnetischen Teilchen unter anderem polare organische Lösungsmittel verwendet werden, kann durch entsprechende. Wahl der Länge der Kohlestoffketten bzw. der Zahl von gesättigten und ungesättigten C-Gruppen die Viskosität in einem weiten Bereich verändert werden. Hierdurch kann in einem weiten Bereich der Flüssigkeitsdruck zwischen dem oberen Kopftrommelteil und dem unteren Kopftrommelteil der Kopftrommel unter Berücksichtigung der Reibung durch entsprechende Wahl der Viskosität der magnetischen Flüssigkeit beeinflußt werden.

In den Nuten, in denen sich die magnetische Flüssigkeit befindet, können zudem Erhöhungen vorgesehen sein, durch die ein zusätzlicher Flüssigkeitsdruck während des Betriebes der Kopftrommel aufgebaut wird, so daß die Gleichlaufeigenschaften bzw. die Führung des beweglichen Kopftrommelteiles verbessert werden. Dieser Effekt entsteht durch die Haftreibung der magnetische Flüssigkeit, da bei einer Rotation des oberen Teils der Kopftrommel die Flüssigkeit teilweise mitgeführt wird. Durch die Erhöhungen in den Rillen entsteht ein mechanischer Widerstand, der der Mitführung der magnetischen Flüssigkeit entgegenwirkt. Hierdurch wird ein Druck in der Flüssigkeit aufgebaut, der proportional der Umdrehungsgeschwindigkeit ist. Durch diese Anordnung kann eventuell das axiale, mittels einer Kugel realisierte Lager eingespart werden, da durch die Führung durch das Radiallager und durch den Druck der magnetischen Flüssigkeit eine stabile Führung des oberen Kopftrommelteiles möglich ist.

Durch die erheblich verbesserte Kopplung zwischen dem beweglichen und dem nicht beweglichen Teil des Transformators kann dessen Ferrit erheblich verkleinert werden. Aufgrund des verringerten magnetischen Streufeldes kann auch die unbedingt notwendige Lücke zwischen zwei jeweiligen Übertragersystemen entsprechend verkleinert werden. Hierdurch lassen sich insbesondere Kopftrommeln mit vier und mehr Köpfen erheblich verkleinern, da der Durchmesser einer Kopftrommel ganz erheblich von dem jeweiligen Transformator bestimmt wird. Dies gilt sowohl für analoge Systeme, wie beispielsweise VHS oder 8 mm, als auch für digitale Systeme wie beispielsweise DAT oder DV (digitales Video).

Die Erfindung und weitere Anwendungen werden im folgenden beispielhaft anhand einer weiteren schematischen Zeichnung erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Kopftrommel nach dem Stand der Technik in einer Schnittzeichnung,

Fig. 2 ein Transformatorteil der Kopftrommel der Fig. 1 in einer Aufsicht und

Fig. 3 eine Kopftrommel nach der Erfindung.

Wie eingangs beschrieben, weist der anhand der Fig. 1 und 2 beschriebene Transformator TR1, TR2 nach dem Stand der Technik notwendigerweise einen Luftspalt zwischen seinem beweglichen Teil TR2 und seinem nicht beweglichen Teil TR1 auf. Dieser wird in der in der Fig. 3 dargestellten erfindungsgemäßen Kopftrommel K1, K2 vermieden, da hier eine magnetische Flüssigkeit M zwischen den beiden Transformatorteilen angeordnet ist.

In der Fig. 3 werden, soweit möglich, dieselben Bezugszeichen wie in den Fig. 1 und 2 verwendet. Die Transformatorteile TR1, TR2 der Fig. 3 weisen dieselben Elemente, Ferritteile F1, F2, Spulen C1-C4, Lücke G, sowie die Kernschenkel Fa-Fd, hier in der Fig. 3 nicht bezeichnet, auf. Der Transformator TR1, TR2 ist auf bekannte Weise über Verbindungsleitungen V1, V2 mit Köpfen H1, H2, die entsprechend angeordnet sind zum Lesen und/oder Beschreiben eines Bandes, verbunden. Die beiden Transformatorteile TR1, TR2 weisen jedoch zwischen den jeweiligen Kernschenkeln Fa-Fd sowie den jeweils gegenüberliegenden Kernschenkeln keinen Luftspalt auf.

In diesem Ausführungsbeispiel weist die Fläche jedes Kernschenkels eine keilförmige, zirkulare Vertiefung bzw. Rille auf, die die magnetische Flüssigkeit M möglichst weit umschließt. Die magnetische Flüsigkeit M wird zudem noch durch magnetische Kräfte in den Rillen gehalten. Anstatt einer keilförmigen Rille können auch rechteckförmige Nuten oder andere Vertiefungen gewählt werden, um die magnetische Flüssigkeit möglichst sicher zwischen den beiden Transformatorteilen TR1, TR2 zu halten.

Der Antrieb des beweglichen Kopftrommelteils K2 erfolgt entsprechend der Fig. 1 mit einem Motor, der einen Rotor M1 und Stator M2 aufweist. Das Radiallager L1 ist entsprechend aufgebaut. Hier kann jedoch das Axiallager, in der Fig. 1 mit L2 bezeichnet, weggelassen werden, da durch die magnetische Flüssigkeit M eine gute axiale Führung gegeben ist.

Die in den Kernschenkeln angeordneten Vertiefungen können zudem mit Erhöhungen im Boden der Rille, in der Fig. 3 nicht gezeichnet, ausgestattet sein, durch die der Druck in der magnetischen Flüssigkeit M während des Betriebes noch zusätzlich erhöht wird, wie vorangehend in der allgemeinen Beschreibung bereits ausgeführt. Eine bestimmte Anzahl von Erhöhungen kann zum Beispiel gleichmäßig über den Umfang einer Rille verteilt sein, wobei sowohl die Höhe der Erhöhungen als auch die Anzahl für einen gewünschten Druck entsprechend gewählt werden können. Die Erhöhungen können sowohl in einer Rille als auch gleichzeitig in der gegenüberliegenden Rille angeordnet sein.

Durch die Vertiefungen in den Kernschenkeln ist zum einen gewährleistet, daß diese sich weiterhin in einem sehr geringen Abstand gegenüber stehen, und durch die magnetische Flüssigkeit ist der Luftspalt praktisch ausgefüllt.

Hierdurch kann das Streufeld zwischen den beiden Transformatorteilen TR1 und TR2 sehr gering gehalten werden. Dies ermöglicht zum einen, daß die Kernschenkel Fa-Fd des Transformatorteils TR2 sowie die diesen gegenüberliegenden Kernschenkel des Transformatorteils TR1 in ihrer Breite erheblich reduziert werden können. Gleichzeitig kann die Lücke G, die zwischen den Signalübertragern notwendigerweise angeordnet sein muß, erheblich verkleinert werden, da durch das reduzierte Streufeld die Gefahr eines Übersprechens wesentlich reduziert ist. Durch die Verkleinerung des Transformators TR1, TR2 kann hierdurch der Durchmesser der Kopftrommel erheblich reduziert werden, insbesondere wenn vier oder mehr Köpfe mit den entsprechenden Signalübertragern auf der rotierenden Kopftrommel K2 angeordnet sind.

Bei Kopftrommeln nach dem VHS-C-Format wird ein Transformator verwendet, der axial um die Achse A angeordnet ist. Hier werden ebenfalls Ferrite mit sich gegenüberstehenden Kernschenkeln verwendet zur Übertragung der Signale zwischen dem beweglichen und dem stationären Kopftrommelteil der Kopftrommel. Bei diesem Transformator kann entsprechend ebenfalls eine magnetischen Flüssigkeit verwendet werden, mit entsprechenden Vertiefungen an den Kernschenkeln zur Führung der magnetischen Flüssigkeit. Für dieses System kann das entsprechende Radiallager L1 vereinfacht werden bzw. eventuell ganz eingespart werden.

In einer Kopftrommel, die einen Dünnfilmtransformator aufweist zur Übertragung der Signale, kann die magnetische Flüssigkeit ebenfalls angewendet werden. Hier ist der Ferrit durch entsprechend dicke Schichten, analog zu Leiterbahnen, aufgebaut, und die Spulen sind durch Leiterbahnen realisiert. Die Kernschenkel können hier ebenfalls mit entsprechenden Vertiefungen ausgestattet werden, so daß eine gute Führung für eine magnetische Flüssigkeit ermöglicht wird. Da auch hier mittels der magnetischen Flüssigkeit das magnetische Streufeld erheblich reduziert wird, können die an sich schon sehr kompakten Dünnfilmtransformatoren noch weiter verkleinert werden.

Claims (10)

1. Kopftrommel mit einem stationären Kopftrommelteil (K1) und einem beweglichen Kopftrommelteil (K2), an dem ein Kopf (H1, H2) zum Lesen und/oder Beschreiben eines Bandes angeordnet ist, und mit einem mehrteiligen Transformator (TR1, TR2) zum Übertragen eines Signals zwischen beiden Kopftrommelteilen (K1, K2), dadurch gekennzeichnet, daß zwischen einem beweglichen und einem stationären Teil des Transformators (TR1, TR2) eine magnetische Flüssigkeit (M) angeordnet ist.

2. Kopftrommel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der bewegliche und/oder der stationäre Teil des Transformators (TR1, TR2) ein Ferritteil (F1, F2) enthalten, an dem eine Vertiefung, z. B. eine Kerbe oder eine Nut, angeordnet ist zur Aufnahme der magnetischen Flüssigkeit (M) und zur verbesserten Übertragung bzw. Kopplung des magnetischen Flusses.

3. Kopftrommel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Viskosität der magnetischen Flüssigkeit (M) gewählt ist in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit und den Druckanforderungen des beweglichen Kopftrommelteiles (K2) während des Betriebes der Kopftrommel.

4. Kopftrommel nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß in mindestens einer der Vertiefungen eine Erhöhung angeordnet ist zur Erzeugung eines bestimmten Druckes in der magnetischen Flüssigkeit (M).

5. Kopftrommel nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Transformator (TR1, TR2) radial in bezug auf die Drehachse (A) angeordnet ist und die magnetische Flüssigkeit (M) gleichzeitig das axiale Lager (L2) der Kopftrommel (K1, K2) ersetzt.

6. Kopftrommel nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß der Transformator axial in bezug auf die Drehachse (A) angeordnet ist und gleichzeitig das radiale Lager (L1) ersetzt.

7. Kopftrommel nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Transformator ein Dünnfilmtransformator ist, wobei die Leiterbahnen bzw. Ferritbahnen unterschiedliche Dicken und/oder Nuten oder Kerben aufweisen zur Aufnahme der magnetischen Flüssigkeit.

8. Magnetbandgerät, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Kopftrommel (K1, K2) nach einem der vorangehenden Ansprüche enthält.

9. Magnetische Flüssigkeit (M), dadurch gekennzeichnet, daß sie in einem Transformator (Tr1, Tr2) einer Kopftrommel (K1, K2) nach einem der vorangehenden Ansprüche 1-7 verwendet wird.

10. Magnetische Flüssigkeit (M) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß sie gleichzeitig als ein Lager für den beweglichen Teil (K2) der Kopftrommel (K1, K2) dient.