DE2324274A1 - Vorrichtung zum aufwickeln eines bandes - Google Patents

Description

DR-INQ. DlPL.-ING. M. SC. DIPL.-PHVS. DR. OIPL.-PHYS. HÖGER - STELLRECHT-GRIESSBACH - HAECKER PATENTANWÄLTE IN STUTTGART

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7.Mai 1973
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Ross Controls Corporation 381 Elliot Street Newton, Massachusetts 02164 U.S.A.

Vorrichtung zum Aufwickeln eines Bandes

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Aufwickeln eines Bandes von einer Vorratsspule auf eine Wickelspule bzw. eine Geschwindigkeitssteuerung für mit Spulen arbeitende Wickel-

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vorrichtungen und insbesondere Einrichtungen zum Aufrechterhalten einer konstanten linearen Geschwindigkeit eines Bandes beim Aufwickeln desselben auf eine Wickelspule.

Obwohl es sich für den Fachmann versteht, dass derartige Steuerungen ganz allgemein anwendbar sind, wenn es darum geht, Bänder aus verschiedenen Materialien auf Wickelspulen, Trommeln, Spulen, Warenbäume und dergleichen aufzuwickeln, findet die erfindungsgemässe Steuerung vorzugsweise in Verbindung mit Magnetbandantrieben mit mehreren Motoren Anwendung, wie sie speziell in den sogenannten Kassettenrecordern eingesetzt werden. Dabei besteht ein Problem ganz allgemein darin, dass beim Umspulen eines Bandes von einer Spule auf die andere dessen lineare Geschwindigkeit nicht konstant gehalten werden kann, wenn die Winkelgeschwindigkeit der Wickelspule nicht kontinuierlich abnimmt, während gleichzeitig die Winkelgeschwindigkeit der Vorratsspule kontinuierlich verringert wird. Überdies sind die Winkelgeschwindigkeiten der Spulen nicht lineare Funktionen der Zeit.

Es wurden verschiedene Prinzipien entwickelt, um eine im wesentlichen konstante, lineare Bandgeschwindigkeit längs des elektromagnetischen Wandlerkopfes zu erreichen, wie z.B. sehr genau angetriebene Antriebswellen (capstan) und voraufgezeichnete Taktspuren auf dem Band. Beide Prinzipien wurden bereits für die Verwendung in Verbindung mit Magnetbandkassetten vorgeschlagen, welche Gehäuse besitzen, die das Magnetband im wesentlichen vuflsch lie ssen. Antriebswellen erhöhen die Kosten und* die Kompliziertheit der Bandtransportvorrichtung und der zugehörigen Kassettenkonstruktion. Voraufgezeichnete Taktspu-

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ren machen die Verwendung von Spezialkassetten erforderlich und beanspruchen einen beträchtlichen Teil der zur Verfügung stehenden Breite des Magnetbandes. Diese und andere Probleme, die sich bei der Anwendung der beiden genannten Prinzipien ergeben, sind besonders bei Antrieben für Digitalkassetten akut, bei denen hohe Bandgeschwindigkeiten erforderlich sind, und bei denen ein schnelles und häufiges Anhalten, Starten und Umkehren der Richtung erforderlich ist.

Ausgehend von dem vorstehend aufgezeigten Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung nunmehr die Aufgabe zugrunde, einen Bandantrieb bzw. dessen Steuerung derart zu verbessern, dass bei vergleichsweise geringem Aufwand eine im wesentlichen konstante lineare Bandgeschwindigkeit erreicht wird.

Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art dadurch gelöst, dass ein in seiner Drehzahl regelbarer Antriebsmotor mit Einrichtungen zum Antreiben der Wickelspule vorgesehen ist, dass Einrichtungen zur Speisung des Antriebsmotors vorgesehen sind, die die Drehzahl des Antriebsmotors in dem Drehsinn, in welchem ein Aufwickeln des Bandes durch die Wickelspule erfolgt, in Abhängigkeit von einem an . sie angelegten veränderlichen Eingangssignal ändern, dass Einrichtungen vorgesehen sind, um die Vorratsspule zu bremsen, um eine mechanische Spannung des Bandes aufrecht zu erhalten, und dass Einrichtungen vorgesehen sind, die in Abhängigkeit von den Winkelgeschwindigkeiten beider Spulen das Eingangssignal ändern, um das Verhältnis des Produktes der Quadrate der Geschwindigkeiten zur Summe der Quadrate im wesentlichen konstant zu halten.

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Es ist ein Vorteil der erfindungsgemässen Vorrichtung, dass sie eine Steuerung der Bandgeschwindigkeit durch eine Steuerung der Winkelgeschwindigkeit der Wickelspule mit Hilfe eines geeigneten, in seiner Drehzahl steuerbaren Antriebs ermöglicht.

Es i.st ein weiterer Vorteil der erfindungsgemässen Vorrichtung, dass sie Einrichtungen umfasst, durch die die veränderliche Antriebsgeschwindigkeit für die Wickelspule lediglich von den Winkelgeschwindigkeiten der beiden Spulen abhängig gemacht wird.

Weiterhin ist es ein Vorteil der vorliegenden Erfindung, dass Einrichtungen vorgesehen werden, die eine im wesentlichen konstante Spannung des Bandes während der gesamten Zeit aufrecht erhalten, die erforderlich ist, um die Wickelspule zu füllen und dass weitere Schaltkreise vorgesehen sind, um das Band anzuhalten, aufzuspulen und zurückzuspulen, und dass schliesslich Einrichtungen vorgesehen sind, um eine angemessene Empfindlichkeit und Ansprechgeschwindigkeit gegenüber geringen Bandgeschwindigkeitsänderungen zu erzielen, um die Bandgeschwindigkeit in einem relativ engen Bereich konstant zu halten.

Zur Erzielung der vorstehend aufgeführten und weiterer Vorteile sind bei einer bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemässen Vorrichtung Einrichtungen vorgesehen, die auf die Winkelgeschwindigkeiten der Wickelspule und der Vorratsspule ansprechen, und es sind Einrichtungen vorgesehen, um eine Funktion mindestens einer dieser Geschwindigkeiten zu erzeugen sowie Einrichtungen, um diese Funktion mit einem zweiten Wert zu vergleichen und schliesslich Einrichtungen, um in Abhängigkeit

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von den so verglichenen Werten die Geschwindigkeit der Wickelspule zu steuern. Es wird gezeigt, dass die Winkelgeschwindigkeiten der Wickelspule und der Vorratsspule so miteinander verknüpft sind, dass eine Funktion erzeugt werden kann, welche mittels eines solchen Vergleiches zur Aufrechterhaltung einer konstanten vorgegebenen linearen Geschwindigkeit des Bandes innerhalb enger Toleranzen führt, und zwar durch servomechanische Einwirkung auf den Antrieb für die Wickelspule im RUckkopplungszweig.

Eine Vorrichtung, welche die vorstehend erwähnten Merkmale besitzt, kann in verschiedener Gestalt realisiert werden, wobei die Einzelheiten' der Verwirklichung einzelner Merkmale dem Fachmann an sich bekannt sind. Beispielsweise können verschiedene Einrichtungen verwendet werden, um die Winkelgeschwindigkeit der Spulen zu ermitteln. Es können auch verschiedene Antriebseinrichtungen für die Spulen verwendet werden, wobei bei den betrachteten Ausführungsbeispielen Motoren verwendet werden, die einen Stator mit Permanentmagneten besitzen und die durch einen proportionalen Zusammenhang zwischen der Drehzahl und der in die Armatur induzierten Gegen-SMK- gekennzeichnet sind. Es können auch andere Abtasteinrichtungen verwendet werden, wie z.B. Einrichtungen, die eine Spannung in Abhängigkeit von der Bewegung von Teilen erzeugen, die sich synchron mit der Spule drehen, wobei die Spannung eine Funktion der Winkelgeschwindigkeit ist. Ganz allgemein werden derartige Geschwindigkeitsabtasteinrichtungen, die mit den entsprechenden Spulen verbunden sind, nachstehend als Tachometer bezeichnet.

Der Funktionsgenerator und die Vergleichseinrichtungen können verschiedene Formen, besitzen, da die verglichenen Werte mathe-

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matisch mit der erzeugten Funktion verknüpft sind, wie dies nachstehend noch im einzelnen beschrieben wird. Bei einer Ausführungsform ist die Funktion, die zu Verglexchszwecken herangezogen wird, eine Funktion der Ausgangssignale von beiden Tachometern. Bei einer zweiten Ausführungsform ist die Funktion lediglich eine Funktion von einem der Tachometer. Bei einer dritten Ausführungsform ist die Funktion eine Funktion der Differenz der Ausgangssignale der beiden Tachometer.

Das Ausgangssignal der Vergleichseinrichtungen steuert die Geschwindigkeit der Wickelspule, wobei dies bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel durch Veränderung des Stromes durch die Armaturwindung eines Motors erreicht wird, bei welchem das Drehmoment der Welle proportional zum Strom durch die Armatur ist.

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Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden nachstehend an Hand einer Zeichnung näher erläutert und/oder sind Gegenstand der Unteransprüche. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung der wesentlichen Komponenten eines Magnetbandantriebs, der durch die erfindungsgemässe Steuerung zu steuernden Art,

Fig. 2 ein Blockschaltbild einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemässen Steuerung,

Fig. 3 ein Blockschaltbild einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemässen Steuerung,

Fig. 4 ein Blockschaltbild einer besonders bevorzugten dritten Ausführungsform einer erfiniungsgemässen Steuerung und

Fig. 5 ein mehr ins einzelne gehendes Schaltbild der Steuerung gemäss Fig.4.

Der Magnetbandantrieb in Fig.l ist insgesamt mit dem Bezugszeichen 12 bezeichnet und umfasst eine Vorratsspule 14, eine Wickelspule 16, einen Antriebsmotor 18, einen Bremsmotor 20 und einen Lese-Schreib-Kopf 22. Ein Magnetband 24, welches aus einem Streifen von Plastikmaterial besteht, und mit magnetisierbarem Material beschichtet ist, wird an dem Lese-Schreib-Kopf 22 in Richtung des Pfeiles, welcher die Magnetband-Laufrichtung anzeigt, vorbeigeführt.

Es versteht sich, dass die Fig.l lediglich der Illustration dient und dass es nicht beabsichtigt ist, den Einsatz der

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erfindungsgemässen Steuerung auf einen Magnetbandantrieb zu beschränken, der mit dem dargestellten in allen Einzelheiten übereinstimmt. Es ist nämlich der Grundgedanke der Erfindung, eine konstante, vorgegebene, lineare Geschwindigkeit des Magnetbandes 24 bezüglich des Lese-Schreib-Kopfes 22 zu erreichen, und zwar mit Hilfe von Einrichtungen, die allein in Abhängigkeit von einer oder von mehreren Funktionen der Winkelgeschwindigkeit der Spulen 14 und 16 betätigbar sind.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Spulen 14 und 16 auf Wellen 26 bzw. 28 der Motoren 20 bzw. 18 befestigt und mit den Armaturen sind entsprechende elektrische Anschlüsse 30 bzw. 32 verbunden, welche Einrichtungen zur Feststellung und zur Steuerung der Motorgeschwindigkeiten bilden, wie dies nachstehend beschrieben wird.

Der Zusammenhang zwischen den Winkelgeschwindigkeiten der Spulen kann durch die folgenden Überlegungen abgeleitet werden. Definiert Co^ ^al^s die Winkelgeschwindigkeit der Wickelspule und r. als momentanen Radius der Wickelspule, deren Radius zwischen R^ im leeren Zustand und Rp in vollem Zustand schwankt und definiert man ferner £u_R und r_R für die Vorratsspule in gleicher Weise, so ergibt sich die folgende allgemeine Beziehung:

(1, ^_Ar_A = ^_Br_B,

welche die Gleichheit der linearen Geschwindigkeiten des Magnetbandes am Umfang beider Spulen berücksichtigt, wobei vorausgesetzt wird, dass das Magnetband zwischen den Spulen unter einer mechanischen Spannung steht.

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Um die Tatsache auszudrücken, dass die Summe der momentanen Bandmengen auf den beiden Spulen gleich der Bandmenge auf einer der Spulen ist, wenn diese voll ist, kann folgende Gleichung formuliert werden:

(2) 7f(r - R ^Z) + _ff(r ^A - R ²) - „-(R ² - R ²)

A j) B E F E

Die Gleichung (2) lässt sich auf folgenden Ausdruck reduzieren:

(3) r ² + r ² = R ² + R ^2
v ' A β EF

Definiert man s- als die lineare Geschwindigkeit des Magnetbandes, dann kann man aus den obigen Gleichungen algebraisch die folgende Gleichung ableiten:

(4) s = 2τΓωτ
A A

Definiert man cC wie folgt:

(5) π 2

dann lässt sich die Gleichung (4) wie folgt schreiben:

Vb

(6) < - A B ^ e VA⁺B

Nach Umrechnung lässt sich die Gleichung (6) in folgender Form schreiben:

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Definiert man £ti - £Ό_β als Δ , dann lässt sich die Gleichung (7) in folgender Form schreiben:

(8) (8) oj = _ ± + ι δ2 2 _{+ f}2 _+ef2.| τ |

^ R3

Aus den Gleichungen (5) und (6) wird deutlich, dass, für den Fall, dass die Geschwindigkeit s' einen konstanten vorgegebenen Wert-besitzt, ein konstanter vorgegebener Wert für oC- vorhanden ist, und dass das Verhältnis des Produktes der Quadrate der Winkelgeschwindigkeiten zur Summe der Quadrate konstant und gleich oC² ist.

Fig.2 zeigt eine Ausführungsform einer erfindungsgemässen Steuerung, welche auf Gleichung (6) basiert, wobei Vergleichseinrichtungen 34 vorgesehen sind, welche eine Spannung an einem Eingang 36, welche proportional zu cL ist, mit einer Spannung an einem Eingang 38 vergleichen, welche proportional zu dem Wert e_R. ist, Spannungen, deren Grosse den Werten ^* und **-> proportional sind, liegen an Eingängen 40 bzw. eines Funktionsgenerators 44, welcher die Ausgangsspannung ^eRl ^ab?^ibt·

Die den Winkelgeschwindigkeiten der beiden Spulen proportionalen Signale werden von Tachometern 46 bzw. 48 erzeugt, welche auf Spannungen ansprechen, die ihnen über Leiterpaare 50 bzw. 52 zugeführt werden, zwischen denen die Armaturen 18a bzw. 20a des Antriebsmotors 18 und des Bremsmotors 20 liegen. Wie ein-

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gangs erwähnt, sind diese Motoren kleine Gleichstrommotoren mit Permanentmagneten als Stator. Bei Motoren dieses Typs ist die induzierte Gegen-EMK in der Armatur proportional zur Drehzahl bzw. Winkelgeschwindigkeit des Motors. Die Spannungen an den Leiterpaaren 50 und 52 sind Funktionen des Spannungsabfalls, der durch die Armaturen fliessenden Ströme bzw. des Widerstandes der Armaturen sowie Funktionen der induzierten Gegen-EMK. Die Tachometer 46 und 48 sind geeignet, den Spannungsabfall infolge des Widerstandes zu kompensieren und erzeugen somit Ausgangssignale, die den Werten ou* und o^-q direkt proportional sind, wie dies nachstehend noch in Verbindung mit Fig.5 erläutert werden soll.

Das Ausgangssignal der Vergleichseinrichtungen 3 i erscheint auf einer Leitung 54, welche den Strom für den Antriebsmotor 18 liefert. Die Spannung auf der Leitung 54 ändert sich zwischen einem Maximalwert bei leerer Wickelspule und einem Minimalwert bei voller Wickelspule.

Die resultierenden Änderungen der Drehzahl des Antrie.bsmotors führen zu entsprechenden Änderungen der Spannung über dem Leiterpaar 50, wodurch die Spannung am Eingang 14 des Funktionsgenerators 4 4 geändert wird. Entsprechende Änderungen der Winkelgeschwindigkeit £ü_ß sind erforderlich, um die Funktion e„, konstant zu halten. Wenn zu irgendeinem Zeitpunkt die

Kl
Winkelgeschwindigkeit oj^ grosser ist als der Wert, den diese für den entsprechenden Wert der Winkelgeschwindigkeit <HJ_ß haben sollte, steigt der Wert der Funktion e_R1 über den gewünschten konstanten Wert oC und die Vergleichseinrichtung 34 erzeugt eine entsprechende Verringerung des Stromes durch die Leitung 54 zu der Armatur des Antriebsmotors 18. In ent-

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sprechender Weise sinkt der Wert der Funktion β_Ώ1 unter den konstanten Wert <*- ab, wenn die Winkelgeschwindigkeit oo kleiner ist als sie es für den entsprechenden Wert der Winkelgeschwindigkeit C*J~ sein sollte.

Demgeraäss verringert die Vergleichseinrichtung 34 den Strom durch die Leitung 54 zu dem Antriebsmotor.

Bei Motoren des betrachteten Typs ist das Drehmoment der Welle proportional zum Strom durch die Ärmaturwicklung und folglich wird eine entsprechende Zunahme und Abnahme der Geschwindigkeit des Antriebsmotors erzeugt, um die Spannung am Eingang 38 konstant und gleich der Spannung am Eingang 36 zu halten.

Aus Fig.2 wird deutlich, dass e_s zur Anpassung des Magnetbandantriebes an irgendeine vorgegebene Geschwindigkeit lediglich erforderlich ist, die Eingangsspannung am Eingang 36 zu ändern, und zwar auf einen entsprechenden Wert, welcher gemäss Gleichung (5) errechnet wird.

Fig.3 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemässen Steuerung, welche auf Gleichung (7) basiert und welche Vergleichseinrichtungen 56 enthält, die eine Spannung an einem Eingang 57, welche der Winkelgeschwindigkeit Oj proportional ist, mit einer Spannung an einem Eingang 58 vergleichen, die dem Wert der Funktion e_R„ proportional ist.

Eine Spannung, die in ihrer Grosse der Winkelgeschwindigkeit

6d proportional ist, wird an einen einzigen Eingang 59 eines Funktionsgenerators 60 angelegt, welcher die Ausgangsspannung e_R2 erzeugt. Man erkennt, dass es bei dieser Steuerung für den Fall, dass man eine Änderung der Bandgeschwindigkeit wünscht, erforderlich ist, entsprechende Änderungen in der Schaltung des

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Funktionsgenerators 60 vorzunehmen, da sich in diesem Fall die erzeugte Funktion mit dem Wert s ändert. Die Steuerung gemäss Fig.3 besitzt jedoch insofern einen Vorteil gegenüber der Steuerung gemäss Fig.2, als dem Funktionsgenerator 60 anstelle von zwei nur eine einzige veränderliche Eingangsgrösse zugeführt wird.

Aus diesem Grunde kann der Funktionsgenerator 60 einfacher aufgebaut und billiger sein als der Funktionsgenerator 44 in Fig.2.

Fig.4 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemässen Steuerung, welche die gleichen Vorteile besitzt wie die Steuerung gemäss Fig.3 sowie einen weiteren Vorteil, der darin besteht, dass das Eirigangsssignal für den Funktionsgenerator 61 keinen so schnellen Änderungen unterworfen ist, wie dies bei der Ausführungsform gemäss Fig.3 der Fall ist. Demgemäss wird die Ausführungsform gemäss Fig.4 gegenwärtig als die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung angesehen. Im einzelnen basiert diese Ausführungsform auf der Gleichung (8) und umfasst Vergleichseinrichtungen 64, welche eine Spannung an einem Eingang 62, welche der Winkelgeschwindigkeit OJ proportional ist, mit einer Spannung von einem Eingang vergleichen, welche dem Wert der Funktion e_R3 proportional ist. Die den Winkelgeschwindigkeiten CaJ^ und Oo _ß proportionalen Spannungen auf den Leitungen 62' bzw. 65 werden voneinander subtrahiert und die Differenz wird an einen einzigen Eingang des Funktionsgenerators 61 angelegt, wie dies nachstehend noch in den Einzelheiten beschrieben wird.

Ein vorteilhaftes Verfahren zur graphischen Aufzeichnung der Funktion e_o-> besteht darin, unter Verwendung der Gleichung (7) einander zugeordnete Werte der Winkelgeschwindigkeiten UJ _A

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und cü_B zu errechnen, und zwar für Betriebsbedingungen, die zwischen dem Zustand liegen, in welchem die Wickelspule voll ist und dem Zustand, in welchem sie leer ist und dann für jedes der Wertepaare bzw. für jede der Winkelgeschwindigkeiten OJ _t die Differenz U) _A~ Lo^ zu errechnen.

Der Funktionsgenerator 61 ist so ausgelegt, dass er aus der Differenz A/_A - 6U_ß den Wert oj errechnet. Auf diese Weise kann ohne weiteres gezeigt werden, dass die Steigung bzw. die Änderungsgeschwindigkeit der Differenz Oj₁. -Co_n nicht so gross wird wie die Steigung des Signals am Eingang 59 des Funktionsgenerators 60 in Fig.3.

. 5 zeigt ein schematisches Schaltbild der Aus füh rungs form gemäss Fig.4, wobei weitere Einzelheiten deutlich werden. In der Praxis ist die Steuerung etwas komplizierter als die in Fig.5 gezeigte, da zusätzliche Schaltkreise für das Anhalten des Bandes und für einen schnellen Vorlauf und Rücklauf vorgesehen sind. Diese Schaltkreise wurden jedoch zur Verdeutlichung der Erfindung weggelassen.

Einzelheiten der Tachometer 46 und 48 sollen in Verbindung mit Fig.5 an Hand des Tachometers 46 näher erläutert werden, da das Tachometer 4 8 mit dem Tachometer 46 vorzugsweise identisch ist. Wie oben erwähnt, ist der Spannungsabfall zwischen den beiden Leitungen des Leiterpaares 50, zwischen denen sich die Armatur 18a des Antriebsmotors befindet, aus zwei Komponenten zusammengesetzt. Eine dieser Komponenten ist die Gegen-EMK, welche in die Armaturwicklung induziert wird, wenn diese sich im Magnetfeld des Stators dreht. Diese induzierte EMK ist der Motorgeschwindigkeit proportional und ist Null wenn der Motor steht. Die zweite Komponente ist ein Spannungsabfall, der sich

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ergibt, wenn der Strom durch den Widerstand der Armatur fliesst. Dieser Spannungsabfall (I . R) ist proportional zum Strom. Das Tachometer 46 ist so ausgelegt, dass es an seinem Ausgang eine Spannung erzeugt, die lediglich proportional zur ersten Komponente ist, d.h. es ist Vorsorge getroffen, den Spannungsabfall (I . R) unwirksam zu machen, wie dies unten noch beschrieben wird. Dies wird mit Hilfe eines Widerstandes Rl erreicht, über welchen die Armatur 18a mit der Bezugsspannungsquelle (ECde) des Tachometers bzw. der Tachometerschaltung verbunden ist.

Die Charakteristik des Antriebsmotors 18 ist so, dass die Spannung zwischen den Anschlusspunkten A und B der Armatur 18a, d.h. zwischen Leitungen des Leiterpaares 50 der folgenden Gleichung gehorcht:

<9> ^VAB " ^aWA ^{+ H}A·

wobei a und b Konstante sind, wobei b gleich dem Widerstand der Armatur ist und wobei I^ der Strom durch die Armatur ist, Ein üblicher Operationsverstärker 66 mit hoher Verstärkung, in dessen Rückkopplungszweig ein Widerstand R3 eingefügt ist, besitzt eine Eingangsklemme, die mit dem Punkt A über einen Widerstand R2 verbunden ist, sowie eine zweite Eingangsklemme, die mit dem Punkt B verbunden ist. Der Verbindungspunkt zwischen dem Widerstand R2 und der ersten Eingangsklemme des Operationsverstärkers 66 ist über die Serienschaltung eines Widerstandes R4 und eines einstellbaren Widerstandes R5 mit Bezugspotential bzw. Erde verbunden. Aufgrund der beschriebenen Schaltung gilt für die Spannung U am Ausgang des Operationsverstärkers 66, d.h. für die Spannung auf einer Leitung 68 die folgende Gleichung

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wobei G_A und G_ß die Spannungsverstarkung bezüglich der Punkte A bzw. B ist und wobei V^ und V die Spannungen an den Punkten A bzw. B bezüglich Erde sind. Die Charakteristik des Operationsverstärker bezüglich der Verstärkung und der Wert des Widerstandes Rl bezüglich der Konstante b (Innenwiderstand der Armatur) werden so gewählt, dass die folgende Gleichung gilt

G Rl + b B

Für den Fall, dass IsJ^ = 0, führt dies zu einer Spannung U am Ausgang des Operationsverstärkers 66, die gleich O ist, wie sich dies aus der Gleichung (IQ) ergibt. Für den allgemeinen Fall, dass sich der Antriebsmotor 18 dreht, nimmt die Gleichung (10) die folgende Form an:

a Rl G., «.
(12) U = —^- »

Rl + b

aus der deutlich wird, dass die Spannung U der Winkelgeschwindigkeit OJ . direkt proportional ist.

In der Praxis macht der Wert der Konstante b den zweiten Term auf der rechten Seite der Gleichung (9) relativ gross im Vergleich zum ersten Term, so dass ein sorgfältiger Abgleich der Schaltung erforderlich ist, um den Einfluss dieser Konstante auszuschalten. Der einstellbare Widerstand R5 in der Tachometer-

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schaltung ist vorgesehen, um kleine Unterschiede des Wicklungswiderstandes zu kompensieren sowie Rückkopplungs-Widerstands-Toleranzen und andere Einflüsse.

Da die Verbindungen zu der Armaturwicklung über einen Kommutator hergestellt werden, ist am Ausgang der vorstehend beschriebenen Schaltung ein geeignetes Filter vorgesehen. Das Filter umfasst vorzugsweise eine Germaniumdiode 70, Widerstände R6 und R7 sowie einen Kondensator Cl. Die Werte dieser Elemente werden so gewählt, dass sich eine ausreichende Impulsfilterung ergibt und gleichzeitig eine angemessene Zeitfunktion, die es gestattet, das Magnetband innerhalb eines kurzen Zeitintervalls aus dem Stillstand auf die Geschwindigkeit für den Vorwärtslauf zu beschleunigen.

Das gefilterte Signal bzw. die gefilterte Ausgangsspannung U des Operationsverstärkers 66 wird einer Folgeschaltung 72 zugeführt, die die Verstärkung 1 besitzt. Das Ausgangssignal dieser Schaltung wird auf die Leitung 62 gegeben.

In ähnlicher Weise wird das Ausgangssignal des Tachometers 48, welches der Winkelgeschwindigkeit &*> _ß proportional ist, auf die Leitung 65 gegeben. Die Spannung auf der Leitung 65 ist jedoch, bezogen auf Erde positiv während die Spannung auf der Leitung 62 bezogen auf Er.de negativ ist.

Die Leitungen 62 und 65 sind mit einer Schaltung zur Bildung einer Spannungsdifferenz verbunden, welche Widerstände R8, R9 und RIO umfasst. Dabei dient der Widerstand RIO einer Justierung,durch die das Potential an einem Punkt C in der Mitte zwischen den Potentialen auf den Leitungen 62 und 65 gehalten wird.

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Der Funktionsgenerator 61 enthält einen üblichen Operationsverstärker 74, der mit Bauelementen verbunden ist, zu denen ein Dioden-Widerstands-Rückkopplungsnetzwerk 76 gehört, welches die Funktion e synthetisiert, und in der Praxis ist seine Ausgangsspannung dam theoretischen Wert, wie er sich aus der Gleichung 8 ergibt, mit einer Genauigkeit, die besser als 3 % ist, proportional..

Das Ausgangssignal des Funktionsgenerator 61 wird den Vergleichseinrichtungen bzw. der Vergleicherschaltung 6 4 zugeführt, welche einen Operationsverstärker 77 enthält, dessen Ausgang mit einem Transistor Tl verbunden ist. Dieser Transistor sowie ein weiterer Transistor T2 und ein Leistungstransistor T3 wandeln das Ausgangssignal in einen dazu proportionalen Strom um, der für die Speisung der Armatur 18a des Antriebsmotors geeignet ist.

Der Betrieb der vorstehend beschriebenen Schaltung ist noch besser verständlich, wenn man den Fall betrachtet, dass sich auf beiden Spulen gleiche Bandmengen befinden, so dass der Antriebsmotor und der Bremsmotor momentan mit gleicher Geschwindigkeit laufen. In diesem Fall ist der Betrag der Spannung auf den Leitungen 62 und 65 bezüglich Erde gleich gross, so dass der Punkt C und damit auch der Ausgang des Funktionsgenerators 61 auf Bezugspotential liegen. Die Widerstände RIl und Rl2 besitzen vorzugsweise den gleichen Widerstandswert, so dass die Potentialdifferenz zwischen der Leitung 62 und Erde gleichmässig zwischen ihnen geteilt wird. Folglich ist die Spannung am zugeordneten Eingang des Operationsverstärkers 77 gleich der Hälfte der Spannung auf der Leitung ⁶²· Eine Spannungsquelle S

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legt in Verbindung mit Widerständen R13, R14 und R15 eine gleichbleibende Spannung an die andere Eingangsklemme des Operationsverstärkers 77, wobei die Höhe der Spannung durch den einstellbaren Widerstand Rl5 auf einen geeigneten Wert eingestellt wird. Unter diesen Bedingungen ist der Operationsverstärker 77 abgeglichen, und es erfolgt keine Änderung des Stromes zu der Armatur 18a.

Wenn die Geschwindigkeit des Antriebsmotors 18 unter den oben beschriebenen Bedingungen momentan abfällt, wird die Spannung auf der Ausgangsleitung 62 des Tachometers 46 momentan weniger negativ, wodurch die Spannung an dem zugeordneten Eingang -des Operationsverstärkers 77 positiver wird. Hierdurch werden die Transistoren Tl, T2 und T3 stärker leitend und senden einen vergrösserten Strom zu dem Antriebsmotor, wodurci der Geschwindigkeitsabfall überwunden wird.

Wenn dagegen die Geschwindigkeit des Antriebsmozors 18 momentan über den korrekten Wert für den Fall ansteigt, dass sich auf beiden Spulen gleiche Bandmengen befinden, wird die Spannung auf der Leitung 62 momentan negativer, wodurch die Spannung an der zugeordneten Eingangsklemme des Operationsverstärkers 77 negativer wird, was zur Folge hat, dass der Strom über die Leitung 54 der Armatur des Antriebsmotors verringert wird.

Wenn der Antriebsmotor 18 zunächst gestartet wird, wenn sich das gesamte Magnetband auf der Vorratsspule 14 befindet, dreht sich der Antriebsmotor 18 schneller als der Bremsmotor 20. Unter diesen Bedingungen ist die positive Spannung auf der Leitung 65 dem Betrag nach kleiner als die negative Spannung auf der Leitung 62, so dass die sich ergebende negative Potentialdifferenz am Eingang des Verstärkers 74 zur Folge hat, dass dessen Ausgangssignal positiv ist. Wenn der Antriebsmotor 18

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mit der richtigen Geschwindigkeit läuft, liegt die Spannung auf der Leitung 62 auf einem Wert, welcher einen Abgleich des Operationsverstärkers 77 herbeiführt, dessen zugeordnetes Eingangssignal in der Mitte zwischen der positiven schwingenden Ausgangsspannung e_R3 und der negativ-schwingenden .Spannung auf der Leitung 62. Das Magnetband wird dabei weiterhin von der Wickelspule aufgewickelt, wobei der abgeglichene Zustand an diesen Punkten der Schaltung bei zunehmend kleineren positiven und negativen Spannungen erreicht wird.

Eine insgesamt mit dem Bezugszeichen 80 bezeichnete Schaltung steuert die Geschwindigkeit des Bremsmotors 20. Im Idealfall ist der der Armatur des Bremsmotors 20 zugeführte Strom ausreichend, um das Magnetband unter einer im wesentlichen konstanten Spannung zu halten. Zur Erzielung einer konstanten Magnetbandspannung sollte das Drehmoment des Bremsmotors umgekehrt proportional zu dessen Drehzahl sein. Dies ergibt sich aus folgenden Gleichungen:

(13) ^ω _ν ⁼ und

²¹V.

... _ Drehmoment
^rB

wobei T die mechanische Spannung des Magnetbandes ist. Die beiden Gleichungen führen zu der Gleichung

ST
(15) Drehmoment =

Die Schaltung 80 erzielt die vorstehend angegebenen Ergebnisse durch Verringerung des Bremsmotorstromes bei ansteigender Bremsmotorgeschwindigkeit. Die Leitung 65 ist mit einem Tran-

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sistor T4 verbunden, welcher mit Transistoren T5 und T6 verbunden ist. Wenn die Geschwindigkeit des Bremsmotors 20 ansteigt, wird die Spannung auf der Leitung 65 positiver, wodurch der Strom durch den Transistor T4 verringert wird. Hierdurch wird der Strom durch die Armatur 20a des Bremsmotors 20 verringert.

Es ist tatsächlich nicht erforderlich, dass die Magnetbandspannung jederzeit genau konstant ist; es ist jedoch wünschenswert, eine Mindestspannung des Magnetbandes aufrecht zu erhalten. Aus diesem Grunde können weitere Einrichtungen vorgesehen sein, wenn dies erwünscht ist.

Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel sind der Antriebsmotor und der Bremsmotor im wesentlichen identisch, wodurch es möglich ist, ein einfaches System zu verwenden, welches Möglichkeiten, wie ZiB. das Rückspulen,umfasst. Zum Rückspulen des Magnetbandes ist es lediglich erforderlich, dass der Strom in der Armatur 20a denjenigen in der Armatur 18a übersteigt. Vorzugsweise werden die angelegten Ströme durch geeignete Schalter gesteuert.

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Claims (1)

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   Patentansprüche :

   1.,Vorrichtung zum Aufwickeln eines Bandes von einer Vorrats-""~" spule auf eine Wickelspule, dadurch gekennzeichnet , dass ein in seiner Drehzahl regelbarer
   Antriebsmotor (18) mit Einrichtungen zum Antreiben der
   Wickelspule (16) vorgesehen ist, dass Einrichtungen zur
   Speisung des Antriebsmotors (18) vorgesehen sind, die die Drehzahl des Antriebsmotors (18) in dem Drehsinn, in welchem ein Aufwickeln des Bandes (24) durch die Wickelspule (16) erfolgt, in Abhängigkeit von einem an sie angelegten veränderlichen Eingangssignal ändern, dass Einrichtungen
   vorgesehen sind, um die Vorratsspule (14) zu bremsen, um
   eine mechanische Spannung des Bandes (24) aufrecht zu erhalten, und dass Einrichtungen vorgesehen sind, die in Abhängigkeit von den Winkelgeschwindigkeiten ( cj, und co „) beider Spulen (14, 16) das Eingangssignal verändern, um das Verhältnis des Produktes der Quadrate dieser Geschwindigkeiten zur Summe der Quadrate im wesentlichen konstant zu halten.

   2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtungen zum Bremsen der Vorratsspule (14) einen Bremsmotor (20) umfassen, der derart erregt wird, dass er die Tendenz hat, das Band (24) auf die Vorratsspule (14) aufzuwickeln.

   3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass Einrichtungen zur veränderbaren Erregung des Bremsmotors
   (20) vorgesehen sind.

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   4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl der Antriebsmotor (18) als auch der Bremsmotor (20) so ausgebildet sind, dass sie bei Erhöhung des Erregerstromes ein erhöhtes Drehmoment entwickeln und dass der an den Bremsmotor (20) angelegte Erregerstrom abnimmt, wenn der an den Antriebsmotor (18) angelegte Erregerstrom zunimmt.

   5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die auf die Winkelgeschwindigkeiten (^_A und ου _ß) ansprechenden Einrichtungen ein Tachometer (46 bzw. 4 8) für jede der Spulen (16 bzw. 18) umfassen sowie einen Funktionsgenerator (44), dessen Eingang mit mindestens einem der Tachometer (46, 48) verbunden ist und eine Vergleichseinrichtung (34), die einen Eingang besitzt, welcher mit dem Funktionsgenerator (44) verbunden ist und einen Ausgarg (54) , welcher mit dem Antriebsmotor (18) verbunden is<:.

   6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtungen zum Bremsen der Vorratsspule (14) einen Bremsmotor (20) umfassen.

   7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl der Antriebsmotor (18) als auch der Bremsmotor (20) eine Gegen-EMK entwickeln, welche sich mit der Winkelgeschwindigkeit ändert, und dass die Tachometer (46, 48) durch darauf ansprechende Schaltungen gebildet werden.

   8. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass beide Tachometer (46, 48) mit dem Funktionsgenerator (44) verbunden sind.

   9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Vergleichseinrichtung (34) das Ausgangssignal des

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   Funktionsgenerators (44) mit einem konstanten Eingangssignal ( oC ) vergleicht.

   10. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Funktionsgenerator (44) auf die Differenz zwischen den Ausgangsspannungen der Tachometer (46, 48) anspricht und dass die Vergleichseinrichtung (34) das Ausgangssignal des Funktionsgenerators (44) mit dem Ausgangssignal des Tachometers (46) des Antriebsmotors (18) vergleicht.

   11. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Eingang des Funktionsgenerators (60) mit dem Ausgang eines der Tachometer (48) verbunden ist und dass ein Eingang der Vergleichseinrichtung (56) mit dem Ausgang des Funktionsgenerators (60) und ein zweiter Eingang mit dem Ausgang des anderen Tachometers (46) verbunden ist.

   12. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Funktionsgenerator (60) eine Funktion erzeugt, die annähernd dem Verhältnis zwischen dem" Produkt der Winkelgeschwindigkeiten ( <^_/_A und^g) der Spulen (16, 14) und der Quadratwurzeln der Summe der Quadrate derselben ist.

   13. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Funktionsgenerator (60) eine Funktion des Ausgangssignals des einen Tachometers (48) und der linearen Geschwindigkeit des Bandes (24) erzeugt.

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