DE2026500C3 - Einrichtung zur Erzeugung kontinuierlicher Transportbewegungen von Speichermedien - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Erzeugung kontinuierlicher Transportbewegungen band-, faden-, trommel- oder scheibenförmiger Speichermedien bei Speichergeräten, wie z. B. Magnet-

t5 bandspeicher, Magnetdrahtspeicher, Magnettrommelspeicher, Magnetkartenspeicher, Magnetfolienspeicher, Lichttongeräte, Schallplattengeräte usw.

In den meisten Anwendungsfällen von Speichern mit beweglichen Medien liegt die Forderung vor, daß

so deren Transportgeschwindigkeit im Bereich der Aufnahme- und Wiedergabeorgane konstant ist und die überlagerten Geschwindigkeitsschwankungen (Gleichlauffehler) ausreichend klein sind. Bei einer Schallspeicherung werden z. B. je nach Verwendungszweck Gleichlauffehler von nur 5 bis 0,5 °/oi> zugelassen. Diese Gleichlauffehler bestehen aus einem Gemisch diskreter Einzelfrequenzen und statistischen Komponenten. Die diskreten Frequenzen rühren hauptsächlich von Fehlern rotierender Bauelemente des Transportwerkes her und bilden den Hauptanteil, während die statistischen Anteile von nicht periodischen Unregelmäßigkeiten im Antrieb und im Speichermedium sowie von äußeren Einflüssen stammen können. Für jede Speicheranwendung kann ein Frequenzbereich definiert werden, in dem die Gleichlauffehler besonders stören und demzufolge besonders klein gehalten werden müssen. Bei der Schallaufzeichnung ist das der Bereich zwischen etwa 0,1 und 500 H;:, wobei durch rotierende Bauelemente kontinuierlici arbeitender Antriebe hauptsächlich Störfrequenzen zwischen 0,1 und 100 Hz entstehen, wovon die Frequenzen um etwa 5 bis 20 Rz gehörmäßig außerordentlich unangenehm empfunden werden.

Bei den bekannten Transportwerken wird die konstante Transportgeschwindigkeit des Speichermediums von einer kontinuierlich rotierenden Welle, Tonrolle, erzeugt, die direkt oder unter Zwischenschaltung von Riemen, Reibrädern, Zahnrädern, Vorgelegewellen, Kupplungen, Schwungmassen usw. von einem mit bestimmter Drehzahl kontinuierlich laufenden Motor angetrieben wird.

Durch Unrundheiten und Winkelgesdiwindigkeitsschwankungen als Folge von Fehlern mechanischer Bauelemente (Rundlauffehler, Unwuchten, Teilungsfehler, Reibungs- und ElastizitätsvariationiMi usw.) tritt eine Vielzahl diskreter und statistischer tiefer Gleichlauffehlerfrequenzen auf. Diese Fehler sind nur beschränkt und mit zunehmendem Aufwand reduzierbar; mit den heutigen Mitteln ist die Unterschreitung bestimmter Fehlergrößen nicht möglich, so daß allgemein mechanische Filter — bestehend aus elastischen Koppelelementen und Schwungmassen — zwischen Antriebsmotor und Tonrolle «ingebaut werden. Die Wirksamkeit derartiger Filter nimmt aber mit abnehmender Transportgeschwindigkeit, d. h. Verringerung der Drehzahlen und damit der Störfrequenzeii, stark ab. Die bei der Verbesserung der Speichermedien (Erhöhung der Speicherdichte)

(f

mögliche Reduzierung der Transportgeschwindigkeiten kann deshalb auf Grund der dabei meist zu großen Gleichlauffehler nicht genutzt werden, bzw. Volumen und Masse des Transpartwerkes nehmen bei Unterschreitung einer bestimmten ntedrigen Transportgeschwindigkeit wieder zu, bedingt durch die notwendige Vergrößerung der mechanischen Filterelemente, insbesondere der Schwungmassen.

Bei Tonfilmkameras und Projektoren isf es teilweise üblich, zur Beseitigung des außerordentlich störenden Gleichlauffehlers aus der Bildfrequenz (16 bis 25 Hz) im Filmlauf zusätzliche mechanische Filter einzuordnen, um die Amplituden dieser von der kontinuierlich rotierenden Tonrolle nicht ausreichend unterdrückten Störfrequenz genügend zu >5 reduzieren. Diese Filterelemente sind jedoch außerordentlich groß und schwer.

Neben diesem Hauptnachteil weist der Antrieb mit einem kontinuierlich rotierenden Antriebssystem noch andere Nachteile auf: große Schwungmassen besitzen ein sehr träges Start- und Stoppverhalten uniJ müssen deshalb auch im Bereitsschaftszustand des Speichers in Bewegung gehalten werden. Infolge ihrer Kreiselwirkung erzeugen schwere .^r,chwungmassen bei Lageveränderungen des Transportwerkes. z. B. beim Tragen oder in fahrenden Fahrzeugen, siroße Gleichlauffehlerstöße. Durch Veränderungen im Antriebssystem, insbesondere in den Lagern und durch Verunreinigungen, treten zeitliche Veränderungen und Vergrößerungen der Gleichlauffehler auf. so daß periodische Wartungsarbeiten nötig werden. Mit der steigenden Anzahl der rotierenden Bauelemente im Antriebssystem und mit der Zunahme der Schwungmassengröße verringert sich dessen Wirkungsgrad.

Zweck der Erfindung ist die Verbesserung der Transportwerke für kontinuierlich bewegte Speichermedien und die bessere Ausnutzung der Speichermedien.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Erzeugung kontinuierlicher Transportbewegungen von Speichermedien zu realisieren, die besonders geringe Glcichlauffehler auch bei geringen Transportgeschwindigkeiten besitzt, kleine Start- und Stoppverzögerungen aufweist, bei Lage-Veränderungen des Transportwerkes keine Gleichlauffehler erzeugt, geringes Volumen und Masse besitzt, wenig Wartung erfordert und keinen Leistungsverbrauch beim Stillstand des Speichermediums aufweist.

Unter Verwendung eines mechanischen Tiefpaß-Filters zur Aussiebung von vom Antrieb herrührenden Traniiportbewegungsschwankungen wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Antrieb des Speichermediums mit Hilfe eines Schrittantriebsagjjregates erfolgt, das an dem Speichermedium oder an einem mit diesem direkt oder indirekt verbundenen Koppelelement angreift. Das mechanische Tiefpaß'ilter ist zwischen Antriebsort und Aufnahme- und Wiedergabeort angordnet. Die Schrittfrequenz ist konstant u.id liegt oberhalb des die gespeicherte und/oder wiederzugebende Information besonders ungünstig beeinflussenden Glcichlauffchler-Frequenzbandcs. Die kontinuierlicheTransportgcschwindigkc·· an Aufnahme- und Wiedergabeort ist durch Veränderung der Schrittlänge regelbar. Zur Erzeugung einer bestimmten Transportlänge des Speichermediums wirkt der Antrieb in einstellbaren Zeitintervalliw, wobei die von dem Schnttantriebsaggregat erzeugte Schrittlänge klein gegenüber der kleinsten Transportlänge ist. ,

Zweckmäßigerweise greift das Schnttontneosaggregat bei band- oder fadenförmigen Speici.ermedien direkt am Speichermedium an. Dabei kann der mechanische Tiefpaß mindestens aus einer vom Speichermedium teilweise umschlungenen, t^rag"^eu*" armen Rolle und aus einem das Speichermedium auslenkenden federvorgespannten Hebel bestehen.

Bei trommel- oder scheibenförmigen Speicnermedien greift das Schrittantriebsaggregat über einen endlosen Riemen als Koppelelement am Speic&ermedium an. Bei dieser Ausführung der Erfindung kann der mechanische Tiefpaß mindestens aus einem von dem endlosen Riemen teilweise umschlungenen, drehbaren Teller und aus der Elastizität des Riemens realisiert werden. .

Durch das mechanische Tiefpaßfilter wird die an dem Antriebsort erzeugte schrittweise Bewegung des Speichermediums geglättet. Das Filter hat eine Grenzfrequenz, die ausreichend unterhalb der konstanten Schrittfrequenz liet;t. Durch ausruhende Damptung im Sperrbereich werden die an de, Antriebsstelle vorhandenen großen Gleichlauffehlcramplituden vom Aufnahme- und Wiedergabeort ferngehalten. Es ist zweckmäßig, daß der mechanische Tiefpaß bei oer Schrittfrequenz eine maximale Dämpfung aufweist. Die Schrittfrequenz kann bei der Dimensionierung des Antriebes unabhängig von der gewünschten Transportgeschwindiskeit gewählt werden und son relativ hoch sein. Einige hundert bis einige tausend Schritte pro Sekunde sind vorteilhaft. Je hoher die Schrittfrequenz gewählt wird, um so geringere Anforderungen werden an die Steilheit der frequenzabhängigen Dämpiungszunahme des Tiefpasses gestellt bzw. um so kleinere und leichtere Filterelemente können verwendet werden. .

Das Schrittantriebsaggregat selbst kann^in M-kannter Weise eine schrittweise drehende onrolle besitzen. Für höhere Schrittfrequenzen sind jedoch bestimmte Vibrationsantriebe, die z. B. piezoelektrische, pneumatische, elektrostatische oder magnctostriktive Schwinger enthalten können, besser geeignet. Wenn für die geforderte Transportgeschwindigkeit nur geringe Toleranzen zugelassen sind, laßt sich zusätzlich ein im Prinzip bekannter Regelkreis verwenden, mit dessen Hilfe die Länge der vom Schnttantriebsaggregat erzeugten Schritte des Spcicnermediums so beeinflußt wird, daß die mittlere Transporlgeschwindigkeit innerhalb der zulässigen Toleranzen gehalten wird. Der Istwert der Transport geschwindigkeit kann hierfür z. B. von einem Tachometer-Generator als elektrisches Signal abgeleitet v/erden, der v.m der Rolle das Tiefpasses in dei Nähe des Aufnahme- und Wiedergabeortes angetrieben wird.

Das Istwertsignal des Tachometergenerator wire in einer Vergleichsschaltung mit dem Sollwert eine Vcrgleichssignalqucllc verglichen, wobei die Vcr glcichsschaltung zur Regelung der Schrittlänge de: Schrittantriebsaggregates auf ein Stellglied wirkt. E: kann zweckmäßig oder erforderlich sein, bei sch großen Veränderungen der Transportgeschwindigkci auch die Schritttrcqucnz und eventuell die Grenz frequenz: des Tiefpasses unter Berücksichtigung de erläuterten erfindungsgemäßen Grundprinzipien zi verändern.

Bei dem criinduiigsgcmäßcn Antriebssystem für band- oder fadenförmige ,Speichermedien kommen keine tieffrequcntcn Gleichlauffehlcrquellen. wie Wellen, Räder. Riemen, Lager, Schwungmassen usw.. vor, und die am Antricbsorl auftretenden hochfrequenten Glcichlauffchlcr sind in ihren Frequcnzanteilen unabhängig von der Transportgeschwindigkeit und lassen sich leicht ausfiltern. Hei der Verwendung scheiben- oder trommeiförmiger Speichermedien sind die ticffrequcnten Störqucllen auf ein technisch mögliches Minimum redu/iert.

Im Gegensatz zu den bekannten Antriebssystemen ist es bei der vorgeschlagenen Einrichtung möglich, die auftretenden Glcichlauffehlerfrequenzen, die hier hauptsächlich aus dem Schrittantriebsaggregat stammen, mindestens um ein bis zwei Größenordnungen über den bisher vorwiegend auftretenden und meist besonders schädlichen Frequenzbereich von etwa 0,1 bis 200 Hz zu verlegen. Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, daß das Speichermedium im Aufnahmc- und Wicdcrgabcort außer mit der beschriebenen kontinuierlichen Transportgeschwindigkeit nach einfacher elektrischer Umschaltung auch mit kurzen diskreten Schritten, die jeweils aus mehreren Schritten des Schrittantriebsaggregates bestehen, transportiert werden kann, wie es z. B. für bestimmte Fälle der digitalen Datenverarbeitung erforderlich ist. Außerdem sind keine großen Schwungmassen erforderlich, so daß Platzbcdarf und Masse gering bleiben und damit auch das System unempfindlich gegen Lageveränderungen des Transportwerkes und ein schneller Start und Stopp des Speichermediums möglich ist. Durch Wegfall von Verschleißteilen, wie z. B. Lagerstellen, Reibräder, Kupplungen usw., ist der Wartungsbedarf gering.

Die Erfindung soll nachstehend an zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. In den Zeichnungen zeigt

Fig. 1 die Zeitdiagramme der Operationen der Einrichtung bei kontinuierlicher Transportgeschwindigkeit des Speichermediums,

Fig. 2 die Zeitdiagrammc der Operationen der Einrichtung bei intermittierender (schrittweiser) kontinuierlicher Transportgeschwindigkeit des Speichermediums, wobei jeweils die Kurven

α den Spannungsverlauf U der Schrittfrequenz, b die Geschwindigkeit \\ der Schritte,

c die Länge s der Schritte,

d die konstante Geschwindigkeit v„ des

Speichermediums und
e die Geschwindigkeit des Speichermediums

bei spiraliger Speicherung darstellen,

Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel einer Einrichtung für band- oder fadenförmige Speichermedien und

Fig. 4 ein Ausführungsbeispiel einer Einrichtung für trommel- oder scheibenförmige Speichermedien.

F i g. 1 zeigt die wesentlichen physikalischen Verhältnisse in Abhängigkeit von der Zeit während der Bewegung des Speichermediums 1. Kurve α stellt darin den Verlauf der Spannung U dar, die dem Schrittantriebsaggregat 5 zugeführt wird. Die Geschwindigkeit v, des Speichermediums 1 oder des Koppelelements am Antriebsort wird durch die Kurve b dargestellt. Kurve c stellt die Zeitfunktionen der transportierten Länge *■ dar. Nach Glättung der leichfomiiu·:^ Zeilverläufe h und r durch einen mechanischen Tiefpaß tritt an dem Aufnahme- unc Wiedergabeort die konstante Transportgeschwindig keil v„ (Kurve//) des Speichermediums 1 bzw. de; Koppclelcmentes auf. Bei scheibenförmigen Speicher medien 1 mit spiraliger Speicherung ist trotz gleiche: Schrittlängen s (Kurve b und c) am Koppelelcmen die Transportgcschwindigkeil am Aufnahme- um Wiedergabeort nach der Filterung zeitabhängig, wii Kurve c angibt.

ίο In Fig. 2 sind die Verhältnisse bei intermittierender Bewegung des Speichermediums I mit kontinuierlicher Geschwindigkeit v., während der Bewegungszeitintervalle dargestellt. Kurve α stellt wieder der Spannungsverlauf U der konstanten Frequenz dar durch deren Periodenzahl das Schrittantriebsaggre gat 5 veranlaßt wird, eine bestimmte Anzahl kleinei Transportschrittte mit der Geschwindigkeit ν (Kurve b) des Speichermediums 1 oder des Koppel elementes auszuführen. Dadurch wird das Speicher

ao medium I um einen von der Impulsdauer und dei Periodenzahl des Spannungsverlaufs U abhängigei Langes (Kurve c) weitertransportiert, so daß clit Zeitfunktion (Kurve d) der Transportgeschwindig kcit v„ einen schnellen Anstieg, schnellen Abfall unc dazwischen einen konstanten Bereich enthält. Di< größeren Einzelschritte beim Startvorgang in Kurve / und c versteuern den Startvorgang und rühren vor der Wirkung eines nicht näher angegebenen Regel krei.^s her.

In Fig. 3 befindet sich ein band- oder faden förmigcs Speichermedium 1 auf einer Vorratsspule 1 und wird über den Aufnahme- und Wicdergabcort 2 zu einer Aufwickelspule 4 mittels eines am Speicher medium 1 angreifenden bekannten Schrittantriebs aggregates 5 transportiert. Die Schrittfrequenz is konstant und wird allein durch den Generator ( bestimmt, der die Spannung U (Kurven in Fig. I und F i g. 2) erzeugt. Zwischen dem Aufnahme- unc Wiedergabeort 3 und dem Schrittantriebsaggregat f ist ein mechanischer Tiefpaß, bestehend aus cinci leichten Rolle 7 und einem Federhebel 8 mit Dämpfung in den Lauf des Speichermediums 1 eingeschaltet, so daß im Aufnahme- und Wiedergabeort ? eine konstante Transportgeschwindigkeit v₂ des Speicherniediums 2 vorliegt. Zwischen dem Antriebsaggregat 5 und der Aufwickelspule 4 ist ein weiterei Fedcrhcbel 9 am Speichermedium 1 angeordnet, dei Bandzugvibrationen von der Aufwickelspule 4 fernhält. In einer elektronischen Vergleichsschaltung-H wird das von einem mit der Rolle 7 gekoppelter Tachometer-Generator Il gelieferte Tjnsportgeschwindigkeits-Istwertsignal mit dem Signal aus einei Vergleichssignalquelle 12 verglichen und durch eir Stellglied 13 die Schrittlänge 5 des Schrittantriebsaggregates 5 beeinflußt. Durch Veränderung de; Vergleichssignals aus der Vergleichssignalquelle Yx kann die Transportgeschwindigkeit v, veränder werden.

Start und Stopp des Speichermediums 1 kanr durch Ein- und Ausschalten des Generators 6, de; Vergleichssignals aus der Vergleichssignalquelle Ii oder der Stromversorgung für das gesamte Systerr erfolgen. Bei letzterem tritt während des Stillstände! des Speichermediums 1 kein Leistungsverbrauch auf In F i g. 4 befindet sich in bekannter Weise eir scheibenförmiges Speichermedium 1 (z. B. eim Schallplatte) auf einem leichten, konzentrisch dreh bar gelagerten Plattenteller 15. Der Aufnahme- unc

■■ - c C

Viedcrgalx-ort J liegt am freien l-.nde eines sehwenk- >ar gelagerten Armes und wird in einer spiralfövmi- ;en llat'in an der Stirnseite des Speichel mediums ί icfiihrt. Hin.. / I!. /ylinderlormuie Mantelfläche ties Matlentellers 15 ist /u einem großen Teil von einem r> 'lidlosen Riemen 14 iimscliluiiüen. tier das Koppel-.•lement bildet und der außerdem durch ein Schrittmtrielisaüiiregat 5 lauft und von diesem in periodischen kurzen Schrillen mil konstanter tretiiien/ aus lern '.'cnerator 6 transportiert wird. Die Hlasti/itäl der /wischen dem Schnttantriebsaggregat 5 und Plattenteller 15 freilaufenden Riementeile 14 bilden zusammen mil dem Trägheitsmoment des leichten Plattentellers IS einen mechanischen Tiefpaß, dci die Schrittfrcquenz vom Speichermedium 1 fernhält Die Vergleichschaltung 10, tier Tachomcteigcneratoi II, der mit dem Plattenteller 15 gekoppelt ist, di( Vergleichssignaliiuelle 12 und das Stellglied 13 wci '.en die gleiche Wirkungsweise wie bei dem Aus führungsbdspiel nach F i g. 3 auf.

Hierzu 3 Blatt Zeiehnunacn 409 62

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Erzeugung kontinuierlicher Transportbewegungen von Speichermedien unter Verwendung eines mechanischen Tiefpaß-Filters zur Aussiebung von vom Antrieb herrührenden Transportbewegungsschwankungen, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb des Speichermediums (1) mit Hilfe eines Schrittantriebsaggregates (S) erfolgt, das an dem Speichermedium (1) oder an einem mit diesem direkt oder indirekt verbundenen Koppelelement (Riemen 14) angreift, und daß das mechanische Tiefpaßfilter zwischen Antriebsort und Aufnahme- und Wiedergabeart (3) angeordnet ist, wobei die Schrittfrequenz konstant ist und oberhalb des die gespeicherte und/oder wiederzugebende Information besonders ungünstig beeinflussenden Gleichlauffehler-Frequenzbandes liegt und wobei die kontinuierliche Transportgeschwindigkeit (v„) am Aufnahme- und Wiedergabeort (3) durch Veränderung de: Schrittlänge (s) regelbar ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb in einstellbaren Zeitintervallen zur Erzeugung einer bestimmten Transportlänge des Speichermediums (1) wirkt, wobei die von dem Schrittantriebsaggregat (5) erzeugte Schrittlänge (s) klein gegenüber der kleinsten Transportlänge ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 und 2 für band- oder fadenförmige Speichermedien, dadurch geke -nzeichnet, daß das Schrittantriebsaggregat (5) am Speichermedium (1) direkt angreift.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der mechanische Tiefpaß mindestens aus einer vom Speichermedium (1) teilweise umschlungenen, trägheitsarmen Rolle (7) und aus einem das Speichermedium (1) auslenkenden federvorgespannten Hebel (8) besteht.

5. Einrichtung nach Anspruch 1 und 2 für trommel- oder scheibenförmige Speichermedien, dadurch gekennzeichnet, daß das Schrittantrie-bsaggregat (5) über einen endlosen Riemen (14) als Koppelelement am Speichermedium angreift.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der mechanische Tiefpaß mindestens aus einem von dem endlosen Riemen (14) teilweise umschlungenen, drehbaren Teller (15) und aus der Elastizität des Riemens (14) realisierbar ist.

7. Einrichtung nach Anspruch 1, 4 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der mechanische Tiefpaß bei der Schrittfrequenz eine maximale Dämpfung aufweist.

8. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Schrittantriebsaggregat (5) ein piezoelektrischer, pneumatischer, elektrostatischer oder magnetostriktiver Vibrationsantrieb verwendet wird.

9. Einrichtung nach Anspruch 4 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Regelung der kontinuierlichen Transportgeschwindigkeit (r₂) mit der trägheitsarmen Rolle (7) oder mit dem drehbaren Teller (15) des mechanischen Tiefpasses ein Tachometergenerator (11) gekoppelt ist, dessen Istwcrtsignal in einer Vergleichsschaltung (10) mit dem Sollwert einer Vergleichssigualquelle (12) verglichen wird, wobei die Vergleichsschaltung (10) zur Regelung der Schrittlänge (s) des Schrittantriebsaggregates (5) auf ein Stellglied (13) wirkt.