DE2056592A1

DE2056592A1 - Bandspulenservosystem

Info

Publication number: DE2056592A1
Application number: DE19702056592
Authority: DE
Inventors: Azmi S Camanllo Deodhar Anil N West Los Angeles Calif Audeh (V St A ), Glattfelder, Henry G , Geroldswil (Schweiz) P Gilb 15 22
Original assignee: Ampex Corp
Current assignee: Ampex Corp
Priority date: 1969-11-17
Filing date: 1970-11-17
Publication date: 1971-06-03
Also published as: FR2069161A5; BE758992A; JPS5210005B1; SE356625B; US3648134A; CA938025A; DE2056592B2; GB1280590A

Description

Patentanwälte Dipl.-Ing. F. "Weickmann, 2056592

Dipl.-Ing. H.Weickmann, Dipl.-Phys. Dr.K.Fincke Dip^.-Ing. F. A.Weickmann, Dipl.-Chem. B. Huber

I MÖNCHEN 16, DEN POSTFACH 160120

MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 413921/22

<tl3921/22>

DXVßö

Ampex Corporation, 401 Broadway

Redwood City

Calif. 94063, V.St.v.A.

Bandspulenservosystem

Jjie Erfindung betrifft ein Bandspulenservosystem zur Regelung der Länge einer Bandschleii'e in einer Bandvorrat akamniör in einem Magnetbandlaufwerk mit digitalem Vorwärts- und Rückwärtsantrieb und mit einem unabhängig vom Bandantrieb geregelten Bandspulenmotor·

Die Erfindung kommt bei digitalen Magnetbandlauf v/erken, incbesondere bsi einem Ban.döpulenservoüystem zur Regelung derartiger Laufwerke und anderer Vorrichtungen, die eine eine Bandschleife formende Puffereinrichtung, z.B. Valruujnkammern, enthalten, zur Anwendung.

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Das digitale Magnetbandlaufwerk bewegt ein Magnetband mit Unterbrechungen und in zwei Richtungen, d.h. vorwärts oder rückwärts, an einem Aufnahme- und Wiedergabekopf vorbei, so daß Daten sowohl aufgebracht als auch wiedergegeben werden können. Ein mit hoher Geschwindigkeit unterbrechbares Antriebssystem, 25.B₀ eine einzelne- oder eine doppelte Antriebsrolle, verleiht dem Magnetband die gewünschte Bewegung beim Vorbeistreichen an den Köpfen. Me Bandspulen und der Bandspulenmotor besitzen eine wesentlich größere Trägheit und es ist undurchführbar, daß sie den schnellen Wechseln in der Bewegungsrichtung in den Geschwindigkeiten und den Beschleunigungen des Bandes folgen. Aus diesem Grunde ist es bekannt, einen Bandvorrats-Arm oder Vakuumkammer zwischen die Antriebsrolle und jede Bandspule anzuordnen. Wenn eine plötzliche Richtungsänderung durch die Antriebsrolle erfolgt, geschieht es, daß das Band schneller gezogen oder geliefert wird als eine Bandspule abwickeln oder aufwickeln kann. Das überschüssige Band kann von einer Puffereinrichtung geliefert oder gespeichert werden und die langsamere Reaktion der Bandspule.kann unabhängig vom Bandantrieb geregelt werden.

Zur Regelung des Bandspulenmotors ist es bekannt, eine Bandschleife um den einen oder anderen eines Fühlerpaares in Abhängigkeit von der Bewegungsrichtung des Bandes schwingen zu lassen. Es wird hierbei versucht, eine optimale Stellung einzuhalten zum Schutz gegen plötzliche Richtungsänderungen. Der Bandspulenmotor wird konstant beschleunigt bis zu einer maximalen Geschwindigkeit in die eine oder andere Richtung. Es ist hierzu ein großer und starker Motor zur Erzielung der notwendigen Geschwindigkeit erforderlich. Daraus ergibt sich eine hohe Einschaltdauer, welche das Entstehen unzulässig hoher Temperaturen

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zur Folge hat. Die Motoren weisen eine Übergröße auf und sind teuer.

Eine andere Regelung eines Bandspulenmotors besteht darin, daß die gesamte Länge einer Bandvorratskammer mit einem einzelnen linearen photoelektrischen Fühler, welcher ein analoges Bandschleifenpositionssignal liefert, erfaßt wird. Es können Bezugsspannungen vorgesehen sein, welche die gewünschten Schleifenlängen bestimmen, und ein Servosystem erzeugt ein Fehlersignal, welches sich aus der Differenz zwischen dem wirklichen Positionssignal des linearen Fühlers und der gewünschten Bezugsspannung ergibt. Die notwendige Linearität hierbei zu erreichen, ist sehr schwierig und man benötigt einen sehr langen Fühler mit entsprechender Linearität, Empfindlichkeit und Rauscharmut. Derartige Fühler sind praktisch nicht erhältlich. Eine Abnahme der Fühlerempfindlichkeit während des Betriebes kann zum Wegfall der Regelung der Bandschleife führen. Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Regelung des Bandspulenmotors derart, daß die Lage einer in ihrer Länge variablen Pufferbandschleife geregelt werden kann.

Die Erfindung besteht darin, daß zwei in Abstand voneinander angeordnete Fühler an der Bandvorratskammer vorgesehen sind, die in Abhängigkeit von der Lage der Bandschleife zwischen den Fühlern ein diese Lage angebendes Signal, das den Antrieb des Bandspulenmotors beeinflußt, liefern und daß der Bandspulenmotor unter Bremseinwirkung steht, solange die Bandschleife sich zwischen den beiden Fühlern befindet und die Bandteile zu beiden Seiten der Bandschleife in entgegengesetzten Spulrichtungen sich bewegen.

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Das erfindungsgemäße Bandspulenservosystem für ein digitales Magnetbandlaufwerk reagiert auf Band-Bchleifenlänge-Signale, welche von zwei in Abstand voneinander angeordneten Fühlern an einer Vakuumkammer abgegeben werden. Digitale Signale stellen die Bandspulrichtung an jeder Seite der Bandschleife, die durch die Kammer gebildet wird, dar. Dadurch wird der Bandspulenmotor unabhängig vom Antriebsrollenmotor geregelt. Die digitalen Signale und die Fühlersignale werden in einer logischen Schaltung kombiniert, welche eine selektive Bremsung des Bandspulenantriebes bewirkt, sobald die Bandschleife sich irgendwo zwischen den Fühlern befindet und der Bandspulenantrieb entgegengesetzt dem Antriebsrollenantrieb verläuft. Die linearen Fühler erzeugen Analogsignale, welche die öchleifenlänge in proportionaler Form regeln. Die Schleife wird dadurch in einer ausgewählten Bezugslage in der Vakuumkammer in Abhängigkeit von der Spulrichtung gehalten.

Im Zusammenhang mit der Erfindung wird ein Bandschleifenlängen-Kegelsystem für ein digitales Magnetbandlaufwerk oder für eine andere ähnliche Anordnung verwendet. Ein Puffermechanismus mit einer variablen Bandschleifenlänge sieht eine Kombination von Analog- und Digital-Schaltkreisen vor. Die Fühler sind durch einen relativ kurzen Abstand voneinander getrennt angeordnet und werden in Verbindung mit Signalen, welche die Bandnpulrichtung auf jeder Seite der Bandschleife angeben, in Verbindung gebracht. Dadurch wird die Spule bei einem der Analogfühler in Abhängigkeit von der Spulrichtung gehalten. Es werden Regelsignale erzeugt, welche eine selektive Bremseinwirkun^ auf den Antrieb, der eine hohe Trägheit besitzt, vorsehen.

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Der Antrieb besteht aus einem Bandspulenmotor und die Bandschleife befindet sich zwischen den Fühlern. Die Vorrichtung gestattet den unterbrochenen Betrieb in Vorwärts- und Rückwärtsbewegung des Bandes. Die Regelung der Bandschleife mit variabler Länge wird präzise und stetig ausgeführt mit einem Minimum an Energieaufwand und billigen Fühlern.

Bei einem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel werden zwei relativ kurze Solarzellen in Abstand getrennt voneinander in der Vakuumkammer vorgesehen. Ein linearer Leistungsverstärker ist angeschlossen, um den Bandspulenmotor anzutreiben. Die Bandspulenrichtung wird abgetastet und es ist die Erzeugung eines Signales für die Ruckschalt-EMK des Motors vorgesehen. Die Bandantriebsrichtung ist ebenfalls festgelegt, und diese Signale werden in einer logisohen Schaltung, welche digitale Schaltkreise benützt, kombiniert. Dadurch wird die Ungleichheit der Antriebsrichtungen zwischen der Bandspule und der Antriebsrolle angezeigt, wenn die Bandschleife sich zwischen den beiden Fühlern befindet. Wenn die Bandschleife sich in dieser Zone befindet, legt das Servosystem ein Bremssignal an den Bandspulenmotor ■ nur dann, wenn der Bandspulenantrieb und die Bandbewegungarichtung entgegengesetzt verlaufen. Dadurch wird der Bandspulenantrieb zum Halten gebracht, venn sich die Schleife irgendwo zwischen den Fühlern befindet. Dieses Kriterium genügt, um eine konstante Zeit vorzusehen, welche die verminderte Beweglichkeit des Bandspulenmotors ausgleicht. Aufgrund der ausgewählten Lagezuordnung der Fühler und einer entsprechenden Länge der Vakuumkammer wird ein Vorratsraum für das Band geschaffen. Die Erfindung ist derart ausgestaltet, daß eine Bremswirkung ausgeübt v/ird, sobald sich die Bandschleife zwischen den

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Fühlern befindet. Der Bandantrieb bewegt die Bandsohleife zu dem Fühler hin, welcher eine optimale Lage für die Bandschleife bei einer gegebenen Bandbewegungsrichtung bedeutet. Dadurch wird gewährleistet, daß die Vorratskapazität der Pufferkammer maximal ausgenützt wird. Wenn der Bandantrieb unterbrochen oder stetig fortlaufend in einer Richtung vor sich geht, erzeugt der analoge Fühler für diese spezielle Richtung ein lineares Signal, welches hinreichend die gewünschte präzise und dauerhafte Regelung der Schleifenlänge vorsieht.

Anhand der Figuren sollen an Ausführungsbeispielen die Erfindung und Vorteile derselben erläutert werden.

Die Figur 1 zeigt ein Blockschaltbild eines digitalen Magnetbandlaufwerkes mit einem Bandspulenservosystem entsprechend der Erfindung.

Die Figur 2 zeigt ein Blockschaltbild eines Teiles des Servosystems, welches im System der Figur 1 verwendet werden kann.

Die Erfindung kann bei einer Reihe von verschiedenen Vorrichtungen verwendet werden. Im folgenden ist sie in Verbindung mit einem digitalen Magnetbandlaufwerk, insbesondere mit einem solchen, welohes eine extrem hohe Genauigkeit für ein Bandschleifenregelsystem mit variabler Schleifenlänge vorsieht, beschrieben. Beim Magnetbandlaufwerk der Figur 1 läuft das Magnetband 10 zwischen einer Abwickelspule 12 und einer Aufwickelspule 14 an einem Magnetkopf 16, welcher mit Aufnahme- und Wiedergabe-Schaltkreisen 18 verbunden ist, vorbeiο Ein digitales Regelsystem zur Betätigung der Aufnahme- und Wiedergabe-Schaltkreise 18 ist der

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Kürze halber nicht gezeigt. ]?ür dieses Regelsystem kann ein bekanntes System verwendet werden.

Das Magnetband wird in Vorwärts- und Rückwärtsbetrieb angetrieben. Der Antrieb erfolgt mit Unterbrechungen durch die Antriebsrolle 20, welche als Einzelrolle 20 dargestellt ist. Der Antriebsmechanismus kann aus Andruckrollen bestehen oder aus einer einzelnen Antriebsrolle mit Vakuum- oder Preßluft-Mechanismus. Es kann auch eine Doppelantriebsrolle verwendet werden. Die Antriebsrolle 20 wird direkt vom Antriebsrollenmotor 22, welcher ein hohes Drehmoment-zu-Trägheit-Verhältnis aufweist, angetrieben. Die Beschleunigung und Geschwindigkeit sdrosselung des Antriebsrollenmotors 22 erfolgt durch elektronische Regelung bekannter Art und ist durch die Antriebsmotor-Schaltkreise 24- dargestellt· Beim Betrieb des digitalen Magnetbandlaufwerkes liefert ein Datenverarbeitungssystem Befehlssignale, z.B. Vorwärts- und Rückwärtsbefehle, wodurch die Antriebsmotor-Schaltkreise eine Beschleunigung oder eine Geschwindigkeitsdroeselung erzeugen. Das Magnetband 10 wird auf eine bestimmte Geschwindigkeit innerhalb weniger Millisekunden beschleunigt oder in einer vergleichbaren Zeit verlangsamt. Die Aufwickel- und Abwickelspulen 12 und 14 werden durch die Bandspulenantriebsmotoren 26 und 28 angetrieben. Die Massen und Trägheiten dieser Motoren sind wesentlich größer als die für das Bandantriebsrollensystem. Beim dargestellten Beispiel werden etwa 100 Millisekunden benötigt, um das Bandspulenantriebssystem auf die Geschwindigkeit des Bandantriebsrollensystems zu bringen. Das letztere benötigt nur einige Millisekunden. Die Spitzengeschwindigkeit des Bandspulenantriebssystems ist jedoch wesentlich höher als die Geschwindigkeit des Bandantriebsrollensystems (bei- «

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spielsweise etwa 380 cm pro Sekunde). Der Bandspulenantrieb kann den Bandantriebsrollenantrieb einholen und die Pufferbandschleife kann relativ zu einem ausgewählten Fühler stabilisiert werden.

Ein Vakuumkammernpaar 30 und 32 sind als Pufferkammern zwischen das schnell reagierende Bandantriebsrollensystem und das relativ langsam reagierende Bandspulenantriebssystem angeordnet. Die rechte Vakuumkammer 30 (so in der Zeichnung dargestellt) ist zwischen der Antriebsrolle 20 und der Abwickelspule 12 angeordnete Die linke Vakuumkammer 32 ist zwischen der Antriebsrolle 20 und der Bandaufwickel-

* spule 14 angeordnet. Führungen 34 mit niederer Trägheit und geringer Reibung, beispielsweise Luftlagerführungen, sind entlang der Führungsstrecke des Bandes zwischen den Vakuumkammern 30 und 32 angeordnet. Die erforderlichen Druckunterschiede innerhalb und außerhalb der Bandschleife in den Kammern 30 und 32 werden durch die Vakuumpumpe 36, welche an die Auslaßöffnungen in der Nähe des Bodens der Kammern 30 und 32 angeschlossen ist, erzeugt. Kleine Puffertaschen 38 und 39 sind zu beiden Seiten der Bandantriebsrolle 20 angeordnet. Sie dienen als vorübergehende Bandaufbewahrungslager bzw. Puffer, welche

k durch die plötzlichen Beschleunigungen und rasches Verlangsamen des Bandes erzeugt werden. Kleine Austrittsöffnungen an den Böden dieser Puffertaschen 38 und 39 sind'mit der Vakuumpumpe 36 verbunden»

Ein Führungsrollenpaar 40 ist zwischen jede Bandspule 12 und 14 und die benachbarte Vakuumkammer 30 und 32 angeordnet. Sie dienen zur Führung des Bandes zwischen der Kammer und der zugeordneten Bandspule. Innerhalb jeder Vakuumkammer ist ein Schleifendetektor 42 in der Nähe des oberen Endes angeordnet.

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Dieser Detektor zeigt an, wenn die Bandschleife übermäßig kurz wird aufgrund eines Fehlers oder anderer äußerer Einflüsse, welche auf das Band einwirken. Dies kann sich darin auswirken, daß die Schleife innerhalb der Kammer verlorengeht oder sonstwie zerstört wird,, In gleicher Weise ist ein Detektor 43 am unteren Ende einer jeden Kammer 30 und 32 vorgesehen. Dieser Detektor zeigt an, wenn die Bandschleife übermäßig lang wird.

Die Mehrzahl der soeben beschriebenen Elemente sind bekannter Art, und sie können auch in abgewandelten Formen gebraucht werden.

In Verbindung mit der Erfindung werden diese Elemente zum Aufzeigen der Schleifenlänge innerhalb der Kammern 30 und 32 verwendet. Dadurch wird der entsprechende < Bandspulenantriebsmotor 26 oder 28 geregelt, so daß eine Regelung der Schleifenlänge, welche die geeignete Vorratswirkung zwischen der Bandantriebsrolle und den Spulenantrieben gewährleistet, vorgesehen ist. Zwischen der rechten und der linken Vakuumkammer 30 und 32 werden lichtquellen und lichtempfindliche Photofühler angeordnet. Hur das System, welches in · Vorbindung mit der linken Vakuumkammer 32 verwendet wird, soll hier beschrieben v/erden. Die Schaltkreise für die Schleifenlänge-Signale der rechten Kammer 30 sind mit dem Spulenmotorservosystem und den Antriebsschaltkreisen 44, welche mit dem Spulenantriebsmotor verbunden sind, bezeichnet. Das Bandspulenservosystem, welches im Zusammenhang mit der Aufwickelspule beschrieben wird, kann auch bei der Abwickelspule verwendet werden.

In der linken Vakuumkammer 32 sind in Abstand voneinander die Photofühler 46 und 48, welche als oberer und

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unterer Fühler bezeichnet werden, angeordnet. Sie sind entlang der Länge der Vakuumkammer an ausgewählten Stellen befestigt. Die Länge ist nach der Proportionalität zwischen den verschiedenen Zonen der Vakuumkammer vorbestimmt. Die obere Zone erstreckt sich von der unteren Kante des lichtempfindlichen Photofühlers 46 nach oben. Diese Länge ist so bemessen, daß ein ausreichender Bandvorrat vorhanden ist, welcher es dem Bandspulenmotor 28 ermöglicht, das Bandantriebsrollensystem einzuholen, wobei der Motor 28 bei der Geschwindigkeit Null startet. Der Abstand von der oberen Kante des unteren Fühlers 48 zum Boden der Kammer bildet ebenfalls eine Längeneinheit» Der Abstand zwischen den beiden Fühlern kann auf eine Tot-Zone bezogen werden, in der kein proportional veränderliches Signal von den Fühlern 46 und 48 hergeleitet v/erden kann. Diese Länge ist als Drei-Zeiten-Einheit genommen, welche es der Bandschleife erlaubt, in dieser Zone zu bleiben, sobald der Spulenantrieb verlangsamt wird bis zur Ruhe, als Gegenwirkung auf eine Richtungsumkehr bei der Bandantriebsrolle„

Auf der gegenüberliegenden Seite der Vakuumkammer sind direkt gegenüber dem oberen Fühler 46 in der Wand ein oder mehrere Strahler, z.B. eine Gruppe von drei Glühbirnen 50, 51 und 52, angeordnet. Diese werden von der Gleichstromquelle 54 gespeist. Die Reihe der Glühbirnen gewährleistet eine gleichförmige Dispersion des Lichtes, welches auf den gegenüber angeordneten Fühler fällt. Es können auch mehr oder weniger Lichtquellen verwendet werden. Diese können an der Rück- oder Vorderwand der Kammer angeordnet sein. Das Licht muß jedoch auf die Fühler auftreffen. Als Fühler wird vorteilhaft eine Silicium-Solarzelle verwendet, da diese wenig kosten und leicht hergestellt werden können. Außerdem besitzen die Signale,

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welche diese Zellen erzeugen, eine ausreichende Amplitude. Eine davon getrennte Reihe von Glühbirnen 55, 56 und 57, ist in der Wand der Vakuumkammer 32 direkt gegenüber dem unteren !Fühler 48 angeordnet·

Die Signale des oberen Pühlers 46 werden durch einen ersten Betriebsverstärker 60 verstärkt,, bevor sie in die logische Entscheidungsschaltung gegeben werden. Ein zweiter Betriebsverstärker 64 empfängt die Signale vom unteren Fühler 48 zur Verstärkung, bevor diese Signale in die logische Entscheidungsschaltung 62 gegeben v/erden. Die Bezeichnung "logische Entscheidungsschaltung" wird generell auf ein digitales Gatter-System angewendet, welches in Abhängigkeit von vorbestimmten Singangszeichen ein ausgewähltes Ausgangszeichen-Signal vorsieht. Die Entscheidungsschaltung ist ein typisches Und- und Oder-Gatter. Die Schaltung enthält Umformersehaltkreise, Impulsformschaltungen, Isolationsschaltkreise und Verstärker, welche der Einfachheit halber nicht dargestellt sind. Da die Anordnung und die Wirkungsweise derartiger Schaltungen bekannt sind, sollen hier nur die prinzipiellen Elemente beschrieben werden_e Diese Elemente sind als integrierte Schaltkreise vorgesehen. Es sind Transistor- und Dioden-Schältkreiskombinationen oder eben Relaisklemmen (wo die Geschwindigkeit der Nachwirkung toleriert werden kann) vorgesehen. Die logische Entscheidungsschaltung 62 empfängt ebenfalls ein Spulenantriebsrichtungssignal vom Spulenantriebsmotor 28. Dieses Signal ist durch ein Rückachalt-EMK-Signal bezeichnet. Dieses Signal kann auf verschiedene Weise erzeugt werden, z.B. dadurch, daß ein Geschwindigkeits-r messer am Spulenantriebssystem oder ein Geschwindig-

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keitsmesser im Bandverlaufsweg angeordnet ist. Die logische Entseheidungsschaltung 62 empfängt ebenfalls ein Bandantriebsrichtung-Signal_β Dieses Signal kann vom Befehlssignal für den Bandantriebsrollenmotor 22 hergeleitet werden. Es wird dabei von den energieliefernden Schaltkreisen von einem Tachometer im Bandantriebsrollensystem oder von einer anderen geeigneten Quelle geliefert.

In der logischen Entscheidungsschaltung 62 werden die Signale, welche vom ersten und zweiten Betriebsverstärker 60 und 64 kommen, an ein Umformerpaar und 66 gelegt. Jeder Ausgang eines jeden Umformers ist getrennt vom anderen an verschiedene Eingänge eines Und-Gatters 68 gelegt. Die Fühler 46 und 48 sind so angeordnet, daß sie Null-Volt-Ausgänge zeigen, wenn sich die Bandschleife in der Tot-Zone zwischen ihnen befindet. Diese Ausgänge werden hier als der ⁿFehl"-Zustand genommen, so daß, wenn die Bandschleife sich in der Tot-Zone befindet, die Ausgänge der Umformer 65 und 66 im "Eins"-Zustand sich befinden. Der Ausgang des Und-Gatters befindet sich ebenfalls im "Eins¹*-Zustand. Dieses Ausgangs-Signal bedeutet eine Tot-Zonen-Anzeige, und sie bereiten ein Paar voneinander getrennter Und-Gatter 70 und 72 vor, welche die Ausgangs-Signale für die logische Entscheidungsschaltung liefern. Der eine verbleibende Eingang des einen Und-Gatters 70 wird vom Ausgang des Und-Gatters 76 angesteuert. Dieses ist voll angesteuert, sobald seine beiden Eingänge das Spulenantriebsrichtungs-Signal und das Bandantriebsrichtungs-Signal im "Eins"-Zustand empfangen. Die Vorwärtsrichtung des Bandantriebes (Drehung der Bandantriebsrolle 20 entgegen dem Uhrzeigersinn) wird angenommen, wenn der "Eins"-Zustand vorhanden ist. Die umgekehrte Richtung des Spulenantriebes (Drehung " entgegen dem Uhrzeigersinn) wird angenommen, wenn der

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"Eins"-Zustand vorhanden ist. Sobald also der Bandantrieb vorwärts und der Spulenantrieb umgekehrt betrieben werden, ist das Und-Gatter 76 angesteuert, wobei vom Ausgang des Und-Gatters 70 ein Ausgangs-Signal vorgesehen ist, welches die umgekehrte Rotation der Spule bremst. Dieses Ausgangs-Signal ist als Vorwärt sbrems-Signal bezeichnet. Die gleichen Antriebs-Signale steuern über die Umformer 78 und 79 das Und-Gatter 80 an, sobald der entgegengesetzte Zustand, vorhanden ist. Der Bandantrieb wird dann in entgegengesetzter Riohtung betrieben und die Bandspule wird in Vorwärtsrichtung angetrieben. Wenn sich das Band in der Tot-Zone befindet, liefert der Ausgang des Und-Gatters 72 ein Rüokwärtsbrems-Signal am Ausgang der logischen Entscheidungsschaltung 62. Die beiden Ausgänge von der logisohen Entscheidungssohaltung 62 und die Ausgänge vom ersten und zweiten Betriebsverstärker 60 und 64 werden an eine Summierverbindung gelegt, welche die notwendige Isolation zwischen den einzelnen Elementen herstellt und das entsprechende Ausgangs-Signal an einen Spulenantriebsverstärker 64 zur Speisung des Spulenantriebsmotors 28 legt.

Das Bandspulenservosystem der RLgur 1 stellt ein Misohregelsystem dar, welches Analog- und Digital-Elemente benützt. Die Bandschleifen werden automatisch in Abgleichstellung gehalten und zwar sowohl für den Vorwärts- als auch für den Rückwärtsbetrieb der Bandantriebsrolle 20, Die Bandsohleife wird dabei einmal in der Langschleifenstellung und das andere Mal in der Kurzschleifenstellung gehalten. Der Vorwärtsbetrieb des Bandes ist die Richtung, bei der die Bandantriebsrolle 20 das Band aus der Kammer 30 herauszieht.

Wenn sich die Bandschleife nahe oder an der unteren Grenze des oberen Fühlers 46 befindet, sieht der

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erste Betriebsverstärker 60 ein NuIl-Volt-Ausgangs-Signal vor. Dieses Ausgangs-Signal wächst linear mit der aufv/ärts gerichteten Schleifenbewegung entlang der länge des Fühlers 46 bis zu einem Maximum von etwa -12 Volt an der oberen Grenze des Fühlers. Die Bandschleife ist bestrebt, in einer Position zu bleiben, welche nur wenig von der Null-Volt-Position abweicht. Diese Position bzw. Lage kann etwas von den auf der Spule 14 befindlichen Bandlagen beeinflußt werden. Verkürzt sich die Bandsohlelfe so weit, daß sie über der oberen Grenze des oberen Fühlers 46 liegt, dann sieht der Betriebsverstär-. ker 60 ein Signal mit der maximalen Amplitude

(«12 Volt) so lange vor, bis die Bandschleife wieder sich abwärts bewegt in den Bereich des Fühlers 46. Die Längeneinheit der Bandkammer vom unteren Ende des Fühlers 46 bis zum Detektor 42 für die kurze Schleifenlänge ist so ausgewählt, daß der Spulenantriebsmotor 28 auch wenn er sich beim Start in Ruhe befindet, die Bandantriebsrolle aufholen kann, bevor der Zustand einer zu kurzen Schleife eintritt»

Für die rückwärts gerichtete Bewegung ist die Bandschleife bestrebt, an der oberen Kante des unteren ) Fühlers 48 sich einzupendeln. Der zweite Betriebs

verstärker 64 regelt das Bandspulenservosystem mit einem linearen Signal in diesem Bereich. Dieses lineare Signal variiert von Null Volt bis zu +12 Volt» Dadurch ist ebenfalls eine längeneinheit der Vakuumkammer festgelegt. Der obere Fühler 46 zeigt etwa Null Volt auf, wenn er vollständig bedeokt ist. Der untere Fühler 48 zeigt Null Volt auf, wenn er vollständig unbedeckt ist. Dadurch wird die Einfachheit des Systems bewirkt, welche zusammen mit den Unterschieden in der Polarität der Signale, welche linear durch den ersten und zweiten Betriebs-

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verstärker 60 und 64 erzeugt werden, Zweideutigkeiten hinsichtlich der lage "bzw. Position der Bandsohleife ausschließen.

Sobald sich die Bandschleife in der Tot-Zone befindet, erzeugt keiner der Betriebsverstärker 60 und 64 eine Spannung. Das Tot-Zonen-Signal bereitet die Ausgänge der .TJnd-Gatter 70 und 72 vor und die logische Entscheidungsschaltung 62 wirkt dann so, daß sie eine Bremswirkung in die Wege leitet, welche notwendig ist, um den Spulenantriebsmotor zum Stillstand mit der Bandschleife innerhalb der Tot-Zone zu bringen. Es ist keine andere Regelfunktion am Bandspulenmotor 28 vorgesehen, wenn die Bandschleife sich in der Tot-Zone befindet. Sobald die Bandantriebsrolle sich vorwärts bewegt, d.h· wenn das Band aus der Kammer 30 herausgezogen wird, ist kein Regelvorgang notwendig, wenn der Spulenantriebsmotor 28 sich ebenfalls vorwärts bewegt· In diesem Zustand wird der Spulenantriebsmotor 28 durch kein Signal beeinflußt. Er treibt lediglich entweder in der Vorwärts- oder in der Rückwärtsrichtung an. Treibt der Spulenantriebsmotor 28 das Band in der Vorwärtsrichtung an, dann wird die Bandschleife durch den unteren Fühler auf die entsprechende länge gebracht und unter Benützung des linear veränderlichen Positions-Signales eingeregelt. Wird der Spulenantriebsmotor in der Rückwärtsrichtung betrieben, dann liegen beide Eingangszustände am Und-Gatter 76 in der logischen Entseheidungsschaltung 62 auf "Eins". Das Und-Gatter ist dann voll gespeist und sieht ein Vorwärts-Signal von -12 Volt vor, welches eine Bremseinwirkung auf den Spulenantriebsmotor 28 vorsieht und diesen Motor zum Stillstand bringt. Das Signal endet und die Energieeinspeisung in den Motor kommt ebenfalls zum ·

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Stillstand. Das Spulenantriebsrichtungs-Signal geht auf Null. Wenn die entgegengesetzte Situation vorhanden ist, d.h. wenn das Band in Rückwärtsbewegung angetrieben wird und der Spulenantrieb in Vorwärtsrichtung läuft, ist die Bandschleife bestrebt, innerhalb der Vakuumkammer 32 rasch kürzer zu werden. Das Rückwärtsbremssignal ißt dann am Ausgang des Und-Gatters 72 vorgesehen und zwar erscheint hler die volle Amplitude des Bremssignals (+12 Volt), so daß der Spulenantrieb zum Stillstand gebracht wird, wobei die Bandschleife sich innerhalb der Tot-Zone befindet. Die weitere Verkürzung des Bandes nach dieser Situation wird entsprechend durch das linear variierbare Kegelsignal, welches vom oberen Fühler und dem ersten Betriebsverstärker 60 erzeugt wird, geregelt.

Die Erfindung gewährleistet eine stetige stabile präzise Regelung der Bandschleifenlage. Es können kleine Motoren verwendet werden, und der Energiebedarf ist gering. Solange das Band in einer stabilen Lage gehalten ist, wird Energie lediglich dazu benötigt, Reibungskräfte und dergleichen zu überwinden. Die Energie wird dann zum Antrieb der Spule benötigt. Wenn eine willkürliche Folge von Befehlssignalen erfolgt, z.B. wenn die Bandschleife in die Tot-Zone gelangt, wird der Spulenantrieb nicht mit Energie versehen, sondern die Spule dreht vielmehr unangetrieben weiter, außer es wirkt eine Bremskraft auf sie ein. Es kann daher ein relativ kleiner Spulenmotor im erfindungsgemäßen üpulenservosystem verwendet werden, wobei der Temperaturanstieg nur wenige Grad Celsius über der Raumtemperatur liegt. Die bekannten Systeme v/erden dagegen konstant vollständig mit Energie versehen, und es treten daher schwerwiegende Erwärmungs-

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Probleme auf. ·

Da die Bandspule sich im nicht angetriebenen Zustand befindet, solange sich die Bandschleife in der Io t-Zone zwischen den beiden Fühlern befindet, hängt es von der Bewegungsrichtung des Bandes ab, ob das System die Bandschleife automatisch in der Position der kurzen Schleife oder in der Position der langen Schleife hält. Bewegt sich die Bandantriebsrolle 20 vorwärts, dann gleitet die Bandschleife in der I¹Ot-Zone zur stabilen Position am unteren Fühler 48, welcher eine maximale Länge in der Vakuumkammer j52 vorsieht, damit die Bandbewegungsrichtung umgekehrt werden kann«, Bewegt sich das Band rückwärts und wird das Band aus der Kammer herausgezogen, dann gleitet die Bandschleife aufwärts in die stabile Lage am oberen Fühler 46, welcher einen optimalen Gebrauch der Kammer gewährleistet.

Eine weitere Ausführungsform eines Teils des Spulenservosystems gemäß der Erfindung ist in der Figur 2 gezeigt. Die Elemente dieser Figur tragen die gleiche Bezeichnung wie entsprechende Elemente der Figur 1. Der obere und der untere Fühler 46 und 48 erzeugen über den ersten und zweiten Betriebsverstärker 60 und 64 verstärkte Signale. Der Spulenantriebsmotor in der Figur 2 ist an den Ausgang des Spulenantriebsverstärkers 84 gekoppelt und der Eingang dee Verstärkers 84 liegt am Ausgang der Summierverbindung

In der Figur 2 enthält das Spulenantriebsrichtungs-Signal die Rucksehalt-iSMK des Spulenantriebsmotors Die Iiiickschalt-EMK ist gebildet durch die Subtraktion des Motorstromes von der Motorspannung in einem Differentialverstärker 90 und ist an einen der Eingänge eines jeden der Und-Gatter 92 und 94 gelegt, l&o zweiten Eingange der Und-Gatter 92 und 94 sind

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miteinander verbunden und empfangen das Bandantriebsrichtung s- Signal. Die Und-G-atter 92 und 94 sind eo geartet, daß die Ruckschalt-EMK des Spulenantriebsmotors den zugeordneten Eingang des Und-Gatters 92 auslöst, wenn die Spule H in Vorwärtsrichtung sich bewegt und den zugeordneten Eingang des Und-Gatters auslöst, wenn die Spule 14 sich in Rückwärtsrichtung bewegt. In gleicher Weise löst das Bandantriebsrichtungs-Signal den zugeordneten Eingang des Und-Gatters 92 aus, wenn das Band sich in Rückwärtsrichtung bewegt und löst den zugeordneten Eingang des Und-Gatters 94 aus, wenn das Band in Vorwärtsrichtung sich bewegt.

Wenn die Spule sich vorwärts dreht und das Band in Rückwärtsrichtung angetrieben wird, dann sind beide Eingänge des Und-Gatters 92 ausgelöst und es ist ein Signal vorgesehen, welches einen der Eingänge des Und-Gatters 96 auslöst. Wenn die Spule siph in Rückwärtsrichtung bewegt und das Band in Vorwärtsrichtung angetrieben wird, sind beide Eingänge des Und-Gatters 94 ausgelöst, und es ist ein Signal vorgesehen, welches einen der Eingänge des Und-Gatters 98 auslöst. Wenn die Spule und das Band sich in der gleichen Richtung bewegen, d.h. entweder vorwärts oder rückwärts, dann ist keines der Und-Gatter 92 und 94 erregt.

Der Ausgang des ersten Betriebaverstärkers 60 ist mit der Summierverbindung 82 verbunden und liegt an einem der Eingänge des NAND-Gatters 100. Der Ausgang des zweiten Betriebsverstärkers 64 ist mit der Summierverbindung 82 verbunden und liegt am anderen Eingang des NAND-Gatters 100. Wenn sich die Bandsohleife am oberen Fühler 46 oder darüber befindet, dann wird das resultierende Signal des oberen Fühlei's

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durch, den ersten Betriebsverstärker 60 verstärkt und gelangt zum Spulenantriebsverstärker 84 über die Summierverbindung 82, damit der Spulenantriebsmotor angetrieben wird und zwar in der gleichen Art und Yfeise wie in der Figur 1. Die Signale vom unteren Fühler 48 werden in der gleichen Weise durch, den zweiten Betriebsverstärker 64 verstärkt, bevor sie über die Summierverbindung 82 zum Spulenantriebsverstärker 84 gelangen. Es wird ebenfalls der Spulenantriebsmotor 28 angetrieben, sobald sich die Bandschleife am unteren Fühler 48 oder darunter befindet· Liegt die Bandschleife in der Tot-Zone zwiechen den Fühlern 46 und 48, so sind keine Signale an den Ausgängen der beiden Betriebsverstärker 60 und 64 vorhanden. Die beiden Eingänge des NAND-Gatters 100 sind ausgelöst und hindurchgehende Signale lösen die zweiten Ausgänge der Und-G-atter 96 und 98 aus. Bei dieser Situation sind beide Eingänge des Und-Gatters 96 ausgelöst, wenn die Spule sich vorwärts bewegt und das Band in Rückwärtsrichtung angetrieben wird. Das Und-Gatter 96 legt ein Rückwärtsbrems-Signal an den Spulenantriebsverstärker 84 über die Summierverbindung 82. Wenn die Spule in Rückwärtsrichtung sich bewegt und das Band in Vorwärtsrichtung angetrieben wird, sind beide Eingänge des Und-Gatter s 98 ausgelöst und sehen ein Vorwärtsbrems-Signal am Spulenantriebsverstärker 84 über die Summierverbindung 82 vor. Bewegen sich die Spule und das Band in die gleiche Richtung, dann ist keines der Und-G-atter 92 und 94 erregt und die Spule bewegt sich kontinuierlich wie beschrieben weiter fort, ohne daß sie durch eine Bremsenergie unterbrochen wird.

Höchste Wirksamkeit wird erhalten, wenn der Antriebsstrom für den Spulenantriebsmotor 28 auf ein bestimm-

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tes Maximum begrenzt ist. Dies wird bei der Vorrichtung der Figur 2 erzielt. Die Leitung für den ijtrom ist nämlich vorn Spulenantriebsmotor 28 zur oummierverbindung 82 gelegte Es wird dadurch eine Stromabfühlleitung vorgesehen. Der Strom in der Abfühlleitung vereinigt sich in der Summierverbindung 82 mit dem Hotorantriebsstrom, v/elcher an irgendeinen anderen Eingang der Summierverbindung 82 gelegt ist, so daß der Gesamtantriebsstrom auf einen vorbestimmten maximalen Wert begrenzt ist.

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Claims

Patentansprüche

Bandspulenservosystem zur Regelung der länge einer Bandschleife in einer Bandvorratskammer eines digitalen vorwärts- und rückwärtsangetriebenen Magnetbandlaufwerkes mit einem unabhängig vom Bandantrieb geregelten Bandspulenmotor, dadurch gekennzeich net , daß zwei in Abstand voneinander angeordnete Fühler (46, 48) an der Bandvorratskammer (32) vorgesehen sind, die in Abhängigkeit von der Lage der Bandschleife in Bezug auf die Fühler ein diese Lage angebendes Signal, das den Antrieb des Bandspulenmotors (28) beeinflußt, liefern und daß der Bandspulenmotor unter Bremseinwirkung steht, solange die Bandschleife sich zwischen den beiden Fühlern befindet, und die Bandteile zu beiden Seiten der Bandschleife in entgegengesetzten Bandbewegungsrichtungen sich bewegen.

2ο Bandspulenservosystem nach Anspruch 1 in einem digitalen Magnetbandlaufwerk mit wenigstens einer Bandspule und wenigstens einer Bandantriebsrolle und wenigstens einer Bandvorratskammer, welche einen Teil des Bandes zwischen der Baiidopule und der Bandantriebsrolle in Form einer Bandschleife aufnimmt, dadurch gekennzeichnet , daß der eine Fühler (40) an der TorratBkammer (32) an der Stelle angeordnet ist, an der das Band eine lange iJohleife bildet, daß ein Signal am Spulenantrieb umo tor (23) liegt und diesen in einer bestimmten Richtung antreibt, solange sich die

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Bandschleife in der Nachbarschaft desFühlers (48) befindet, daß der zweite Fühler (46) an der Stelle der Vorratskammer angeordnet ist, an der das Band eine kurze Schleife bildet und daß ein Signal an den Bandantriebsmotor (28) gelegt ist und diesen in entgegengesetzter Richtung so lange antreibt, wie die Bandschleife sich in der Nachbarschaft des Fühlers (46) befindet.

3ο Bandspulenservosystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Abstand zwischen den beiden Fühlern (46, 48) so bemessen ist, daß die Bandschleife zum einen auch dann zwischen den beiden Fühlern gehalten bleibt, wenn die Bandspule (24) bei gegenläufiger Bewegungsrichtung zur Bandantriebsrolle (20) bis zum Stillstand abgebremst ist, und zum anderen, wenn die Bandspule (14) vom Stillstand bis zu ihrer Betriebsgeschwindigkeit in einer der beiden Eichtungen beschleunigt ist₀

4« Bandspulenservosystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeich net , daß der Abstand eines jeden Fühlers (46 bzw. 48) von seinem benachbarten Ende der Kammer (32) gleich einem Drittel des Abstandes zwischen den beiden Fühlern beträgt»

5. Bandspulenservosystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeich net , daß in Abhängigkeit von der Lage der Bandschleife innerhalb der Bandvorratskammer (32) die Spule (14) in eine erste Hlchtung angetrieben ist, sobald die Bandschleife zwischen der Kurzachleifenstellung und dem offenen linde uer Kammer (32) liegt, daß die Spule (14) in die

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entgegengesetzte Richtung angetrieben ist, wenn die Bandsclileife zwischen der Langschleifenstellung und dem Boden der Vorratskammer liegt und daß die Spule (14) durch Abbremsen zum Stillstand gebracht ist, wenn die Bandschleii'e zwischen den beiden Fühlern (4-6 und 48) liegt und die Spulrichtungen der Bandteile zu beiden Seiten der Bandschleife in der Vorratskammer (32) entgegengesetzt gerichtet sind.

6. Bandspulenservosystem nach Anspruch 5, da durch gekennzeichnet , daß zum Antrieb der Spule (14) in die erste Richtung ein Signal mit einer bestimmten Polarität an den Spulenantriebsmotor (28) gelegt ist und zum Antrieb der Spule (14) in die zweite, entgegengesetzte Richtung ein Signal mit entgegengesetzter Polarität an den Antriebsmotor (28) gelegt ist, daß zur Abbremsung der Spule auf Stillstand das Signal mit der Polarität der ersten Richtung an den Spulenantriebsmotor (28) gelegt ist, wenn sich die Bandsohleife zwischen den beiden Fühlern (46 und 48) befindet und die Bandteile zu beiden Seiten der Bandschleife in der Bandvorratskammer (32) in entgegengesetzte Spulrichtungen angetrieben sind und die Spule in die zweite Richtung sich bewegt und daß zur Abbremsung der Spule auf Stillstand das Signal mit der Polarität der zweiten Richtung an den Spulenantriebsmotor (28) gelegt ist, wenn sich die Bandschleife zwischen den beiden Fühlern (46 und 48) befindet und die Bandteile au beiden Seiten der Bandschleife in der Bandvorratskammer (32) in entgegengesetzte Spulrichtungen angetrieben sind und die Spule in die erste Richtung sich bewegt»

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7. Bandspulenservüsystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß sum Antrieb der Spule (14) in die erste oder die entgegengesetzte zweite Richtung eine erste Ausgangsanzeige an einer logischen Schaltung einem Signal mit dem n'ert Hull zugeordnet ist, daß eine zweite Ausgangsanzeige vorgesehen ist, sobald die Bandteile zu beiden Seiten der Bandschleife in der BandvorratGkammer (32) in entgegengesetzte Lipulrichtungen sich bewegen und die Spule (14) sich in die erste Richtung bewegt, daß eine dritte Ausgangsanzeige vorgesehen ist, wenn die Bandteile zu beiden Seiten der Bandschleife in der Bandvorratskammer in entgegengesetzte kpulrichtungen sich bewegen und die Spule (14) sich in die zweite Piichtung bewegtι daß das Signal mit der zweiten Polarität am Spulenantriebsmotor (28) liegt, sobald die erste und zweite Ausgangsanzeige gemeinsam vorhanden sind und daß das Signal mit der ersten Polarität am Spulenantriebsmotor liegt, sobald die erste und dritte Ausgangsanzeige gemeinsam vorhanden sind.

8« Bandspulenservosystem nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet , daß das Signal, welches mit der ersten Polarität am Spulenantriebsmotor (20) gelegt ist, von Fühler (46) stammt, der sich auf einer kleinen Strecke von der Kurzschleifenposition zum oberen Ende der Kammer (32) hin erstreckt, daß dieses Signal einen maximalen v/ert besitzt, wenn die Bandßchleife zwischen dem Fühler (46) und dem oberen Ende der Kammer (32) sich befindet und dieser Wert linear mit dem Verschieben der Bandschleife am Fühler (46) vorbei zur Kurzsohleit'en-

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stellung auf Hull absinkt, daß das Signal, welches mit der zwei ton i^;nlarifcä't am Spulenantriebsmotor (28) gelegt i.'jt, vom Fühler (48) stammt, der aich auf einer kurzen Strecke von der Langsehleifenstellung zum Boden der Kammer (32) hin erstreckt und daß dieses Signal einen maximalen /ert besitzt, wenn die Bandsehleife zwischen dem Fühler (48) und dem Boden der Kammer (32) sich befindet und dieser Y/ert linear mit dem Verschieben der Bandschloife am Fühler (48) vorbei zur Langachleifenstellung auf ITuIl absinkt.

9ο Bandspulenservosystem nach einem der Ansprüche bis 8, dadurch gekonnzeich net , daß ein Anti'iebsrollengeaehwindigkeitsrichtung3-Signal in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit der Antriebsrolle (20) und ein Spulenantriebsgesehwiridigkeitsrichtungs-Signal in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit des upulenmotors (28) vorgesehen sind, daß eine logische Entscheidungsschaltung (62) die Signale der Fühler (46 und 48) das Antriebsrollengeüehwindigkeitsrichturigs-Signal und das Spulenantriebsgeschwindigkeitsrichtungs-Signal aufnimmt und ein Vorwärts- und Rückwärts-Bremssignal vorsieht und daß eine Summierverbindung (82) die Vorwärts- und Kückwärts-Bremssignale und die Signale der Fühler (46 und 48) aufnimmt und ein Servofehlerregeloignal an den Spulenantriebs-Eiotor (28) liefert.

10, Bandopulenservooyateiii nach Anspruch 9> da d u roh gekennzeichnet , daß Bfitriebsversbarker (60 und 64) mit den beiden Fühlern (46 und 48) verbunden nind.

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β Bandspulenservosystem nach Anspruch 9, da

durch gekennzeichnet , daß das öervofehlerregelsignal das Signal des Fühlers (46) enthält, wenn die Bandschleife sich
neben dem Fühler (46) befindet und das Signal
vom Fühler (48) enthält, wenn die Bandschleife sich neben dem Fühler (48) befindet und daß das Servof ehlerregelsignal das Vorv/ärts- oder Kückwärts-Breni3signal der logischen Entscheidungaschaltung (62) enthält, wenn die Bandschleife
sich zwischen den Fühlern (46 und 48) befindet.

* 12o Bandspulenservosystem nach Anspruch 9, da

durch gekennzeichnet , daß das Spulenantriebsgeschwindigkeitsrichtungy-Signal die liückschalt-EMK des Spulenantriebsmotors (28) enthält.

ο Bandspulenservosystem nach Anspruch 9f da

durch gekennzeichnet , daß die Signale der Fühler (46 und 48) in direkter Abhängigkeit zur Lage der Bandschleife entlang der Längsausdehnung der Fühler (46 und 48) sich ändern.

14o Bandspulenservosystem nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeich net , daß die Fühler (46 und 48) lineare
photoelektrische Sensoren sind.

15o Bandspulenservosystem nach einem der Ansprüche ■ 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet , daß zwischen der Aufwickol- und Abwickelspule (14 und 12) die Bandanbriebsrolle (20),
welche durch Befehlssignale in Vorwärts- ur.'i

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Rückwärtsrichtung angetrieben ist, angeordnet ■ist, daß zwei Vakuumkammer (JO und 32) zur Aufnahme der Bandschleii'e vorgesehen sind und die erste Vakuumkammer zwischen der Antriebsrolle (20) und der Abwiekelspule (12) sich befindet und die zweite Vakuumkammer (52) sich zwischen der Antriebsrolle (20) und.der Aufwiekelspule (14) befindet, daß in beiden Kammern je zwei voneinander in Abstand angeordnete Fühler angeordnet sind und daß beide Spulen (14 und 12) in Abhängigkeit von der Lage der Bandsohleife und der Spulrichtungen des Bandes gebremst oder angetrieben sind.

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