DE2331538B2 - Halterungsvorrichtung fuer einen schneidstichel - Google Patents

Description

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungsglied (16) und der Montageblock (28) in Form dreiseitiger Pyramidenstümpfe ausgebildet sind, die sich in Richtung auf den > Schneidstichel (12) zu verjüngen, und daß das piezoelektrische Element (22) einen dreieckigen Querschnitt hat.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2 zur Verwendung bei einem Bildplattenschneidgerät, dadurch gekenn- ι zeichnet, daß auch das piezoelektrische Element (22) in Form eines sich in Richtung auf den Schneidstichel (12) zu verjüngenden dreiseitigen Pyramidenstumpfes ausgebildet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zusammenliegenden Flächen des Verbindungsgliedes (16), des piezoelektrischen Elementes (22) und des Montageblockes (28) mit einem leitenden Klebstoff miteinander verbunden sind, und daß die Zuführung der elektrischen Signale über mit dem Verbindungsglied (16) bzw. dem Montageblock (28) verbundene Leiterdrähte (38,40) erfolgt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Montageblock (28) und der Systemträger (32) über Dämpfungseigenschaften aufweisenden Klebstoff (34) miteinander verbunden

sind.

6. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Montageblock (28) aus einem Material mit relativ hohem Young-Modul und relativ hohei Dichte besteht.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Montageblock (28) aus Stahl und/oder Wolfram besteht.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungsglied (16) aus einem Material mit relativ hohem Young-Modul und relativ geringer Dichte besteht.

4. Vorrichtung nach Anspruch 8. dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungsglied (16) aus den Materialien Aluminium. Magnesium. Beryllium oder Saphir besteht.

Die Erfindung betrifft eine HalierungsVorrkhlung. wie sie im Anspruch I vorausgesetzt ist.

Zur räumlichen Aufzeichnung von S.gnalinformationen snd Schneidköpfe bekannt, insbesondere auf dem _G"bi« der Plattenaufzeichnungen von Scha lere.gn.ssen ! erbei wird mit Hilfe eines Schneidkopfcs in eine ackbeschichtete Platte ein räumliches Muster entsprechend 5er Tonsignalinformation eingeschnitten. Von 5er lackbeschichteten Platte, welche die raumliche information enthält, wird dann ein Abdruck, beispielsw is η NickeU^h _ngefer,ig«. Dieser Nickel.bdruck weis, Sn die räumliche Information mit gegenüber derjen,- «nder lackbeschich.e.en Platte entgegengesetzten Konturen auf und wird zum Pressen von Schallplatten, beispielsweise aus Vinyl oder thermoplastischem Mateiial verwendet .

Die bei der Tonaufzeichnung verwendeten Schne.d-. . ..._:..„u„«.,»ico pinen re ativ flachen

_!reten unerwui.*:..« Resonanzen auf. Solche Kopfe _e gnen sich für die Aufzeichnung von Schaliere.gnissen , mit der tatsächlichen Geschwindigkeit ihres Ablaufes, ίο mit der tatsächlichen Abspielgeschwind.gkc.t. ledoch eignen sie sich nicht für die Aufzeichnung von Videosignalen entsprechend der tatsächlichen Geschwindigkeit, da die Signale eine wesentlich größere - Bandbrehe haben, nämlich beispielsweise in der ' Größenordnung von 4 MHz. Sollen Videosignale mit einem Tonschneidkopf aufgezeichnet werden, dann nuß die Videoinformation frequenzmaß.g so aufbereitet werden, daß die höchste Signalkomponente also heisniclsweise 4 MHz, auf den von dem Schneidkopf ° S Trb "baren Frequenzbereich von 2OkHz transformiert wird. Diese Frequenztranslormation also 4 MHz ',uf 20 kHz läßt sich durch photographische Aufzeichnung der gewünschten Bild- oder Videoinformation auf ,s "men Kinofilm erreich, der dann mit wesentlich niedrigerer Geschwindigkeit, beispielsweise '/,,,, der üblichen Filmgeschwindigkeit, abgespielt wird, wahrend er elektronisch abgetastet wird und die auf ,hm enthaltene Information mit entsprechend herabgesetz-,o ter Geschwindigkeit ermittelt wird. Die so gewonnene Signalinformation ist dann in der Frequenz herabgesetzt so daß die abgenommenen Signalfrequenz.cn >/,„„ der 'tatsächlichen Frequenzwerte betragen, wenn normale Filmtransport- und Abtastgeschw.ndigkeiten i< verwendet würden- ,.

Wird das Videosignal gegenüber dem tatsachlichen Zeitablauf auf etwa '/:<» verlangsamt und aufgezeichnet, dann dauert die Aufzeichnung einer 30-M.nuten-Szene (in Realzeit) etwa 100 Stunden. D.ese außerordentheh s„ ange Aufzeichnungszeit ist jedoch unpraktisch und kostspielig für die Herstellung von mit Video.nformation bespielten Platten. Es ist daher wünschenswert, die Aufzeichnungszeit soweit wie möglich herunterzusetzen Eine Verringerung der Aufeeichnungsze.t laßt sich s- durch eine Vergrößerung der Bandbreite des Schneidkopfes erreichen. Wenn beispielsweise d.e Bandbreite des Schneidkopfes von 20 kHz auf 200 kHz erhöht wird, dann läßt sich die Aufzeichnungszeit proportional von i/,₀₍₎ der Realzeit auf '/>„ herunterdrücken, hs ist daher „., ein Ziel einen Schneidkopf /u entwickeln, dessen Frequenzbereich so breit wie möglich ist. damit die Aufzeichnungszeil in geeigneter Weise verringert wird. Die Resonanzstellen bekannter Schneidkopf, welche /ur Begrenzung ihre« Frequenzbereiches beitragen, sind /umirdest teilweise durch die physikalischen Abmessungen dieser Bauelemente und ihrer Halterungen bedingt Wenn die Abmessungen eines solchen Aufbaus die Hälfte bis '■'■> der Wellenlänge der durch sie

übertragenen oder an sie angekoppelten Signalinformationen betragen, dann können unerwünschte Re>onanzzustände auftreten, welche das gewünschte gleichförmige Frequcnzverhalten der Schneidköpfe bei oder in der Nähe von Signalfrequenzen dieser Wellenlänge stören. Während eine Verringerung der Abmessungen eines Schneidkopfes ein Anwachsen dieser Resonanzfrequenzen bedingt und damit einen größeren Frequenzbereich ermöglicht, wird eine Grenze durch die Stabilität des Aufbaues, die Wärmeabstrahlung und die Bewegung des Schneidstichels gegenüber seiner Halterung und Lagerung (und damit eine Begrenzung der Schneidtiefe) für den Aufbau gegeben.

Aus der DT-AS 22 03 095 ist eine Antriebsvorrichtung für einen Schneidstichel unter Steuerung durch elektrische Signale mit einem piezoelektrischen Element bekanni, auf dessen einer Fläche der Schneidstichel mittels einer Stichelhalterung starr befestigt ist. Das in Richtung der Längsausdehnung des Schneidstichels schwingende piezoelektrische Element ist an beiden Enden mittels Federn gehaltert.

Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Angabe von Maßnahmen, durch welche das Auftreten der erwähnten unerwünschten mechanischen Resonanzen weitgehend vermieden wird, so daß eine weitere Vergrößerung des Frequenzbereiches erreicht wird. Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Durch die Vermeidung paralleler Oberflächen der einzelnen Teile des Aufbaus werden störende Reflexionen und damit eine Ausbildung stehender Wellen vermieden, welche unerwünschte Resonanzerscheinungen innerhalb des zu verarbeitenden Frequenzbereichs hervorrufen können. Weiterbildungen der Erfindung sind in den IJnteransprüchen gekennzeichnet.

Der nachfolgend beschriebene Schneidkopf eignet sich zur Ausbildung von Signale darstellenden räumlichen Mustern in einer Platte mit einem relativ großen Frequenzbereich. Ein Montageblock, das piezoelektrische Element und ein Verbindungsglied in Form eines Stichelhalters sind so ausgebildet, daß sie einen Aufbau ohne parallele Reflexionsflächen bilden.

Die Erfindung ist im folgenden an Hand der Darstellung eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Seitenansicht eines Videoplatten-Schneidkopfes gemäß der Erfindung mit schematisch dargestellten elektrischen Verbindungen und

Fig. 2 eine Ansicht von unten entsprechend den Linien 2-2 in Fig. 1, wobei dit elektrischen Anschlüsse nicht mit dargestellt sind.

Der Schneidkopf 10 enthält einen Schneidstichel 12 aus hartem festem Material, wie Diamant, mit einer Stichelspitze 14. Der Stichel 12 hat einen Schaftdurchmesser, der im Verhältnis zur Schaftlänge so gewählt ist, daß eine gewünschte Festigkeit gewährleistet ist.

Der Stichel 12 ist in einen als Verbindungsglied dienenden Stichelhalter 16 montiert, der in der dargestellten Ausführungsform durch einen dreiseitigen Pyramidenstumpf gebildet wird. Her Stiehelhalter 16 weist ein zentrales Befestigungsloch 18 auf. in dem der Stichel starr befestigt ist. und ein Basisteil 20, das. beispielsweise mit Hilfe einer Kombination von leitendem und nichtleitendem F.poxy-Kleber. ei", pie zoclekirisches Element 22 mit einer Fläche ankieb··.:· läßt. Der leitende Epnyy Kleber wird für eine elektrische Verbindung /wischen dem Stichelhaiter 16 iinil iliMii piezoelektrischen Element 22 verwendet.

während der nichtleitende Epoxy-Kleber dem Aufbau die Festigkeit verleiht. Der Stichelhalter 16 besteht aus einem Material, das relativ unelastisch ist und eine niedrige Dichte hai, wie nachfolgend noch erläutert wird.

Die aufzuzeichnenden, die Information enthaltenden elektrischen Signale werden dem piezoelektrischen Element 22 mit Hilfe elektrischer Verbindungen 38 und 40 zugeführt. Das piezoelektrische Element 22 reagiert auf die elektrischen Signale und arbeitet im dn-Mode, d. h., der Stichel 12 verschiebt sich in der Richtung des angelegten elektrischen Feldes. Zu diesem Zweck wird das elektrische Feld zwischen die parallelen Flächen 24 und 25 des Elementes 22 in Richtung der gewünschten Bewegung des Stichels 12 angelegt. Das piezoelektrische Element 22 hat zwei Seiten 26 und ist mit dreieckigem Grundriß ausgebildet, so daß es der Form des tragenden Montageblockes 28, auf dem es befestigt ist, angeglichen ist. Zwar ist das piezoelektrische Element 22 mit vertikalen Seiten (Fig. 1) dargestellt, jedoch können die Seiten dieses Elementes auch geneigt sein, so daß ein Kegelstumpfaufbau entsieht, dessen Form derjenigen des Montageblockes 28 ähnlich ist.

Typische piezoelektrische Materialien, welche sich für das Element 22 eignen, sind Blei-Zirkontitan-Maierialien. Der Montageblock 28 hat eine Oberfläche 30. die mit der parallelen Fläche 25 des Elementes 22 durch eine Kombination von leitendem und nichtleitendem Epoxyharz fest gekuppelt ist, wie er für die Befestigung des Elementes 22 am Stichelhalter 16 verwendet wird. Der Montageblock 28 hat eine kegelsiumpfförniige Dreieckspyramidenform mit einem dreieckigen Querschnitt ähnlicher Form wie die Querschnitte sowohl des piezoelektrischen Elementes 22 als auch des Siichelhalters 16.

Der Schneidkopf wird von einem Systemträger 32 getragen, welcher typischerweise aus Aluminium oder Stahl besteht und vom Schneidkopf durch ein Dämpfungsmaterial 34 entkoppelt ist, welches zwischen der Basis 35 des Montageblockes 28 und dcMti Systemträger 32 angeordnet ist. Das Dämpfungsmaterial 34 kann ai's relativ dünnen Schichten biegsamen Materials bestehen, die durch Lagen aus steifem Material wie z. B. Polyamide od. ä. getrennt sind. Die dünnen Schichten des biegsamen MaU rials können aus Silikongummi oder Cellulose bestehen. Das Dämpfungsmaterial an der Basis 35 des Montageblockes 28 verhindert Reflexionen von Wellen irnerhalb des Montageblockes 28, welche von dem piezoelektrischen Element 22 erzeugt werden.

Um die Spitze des Stichels 12 ist ein Heizelement 36 gewickelt, welches dabei hilft, die das Signal darstellende Oberfläche in die lackbeschichteie (nicht dargestellte) Platte zu schneiden, indem der Schneidstichel erhitzt wird. Ein elektrischer Leiter 40 ist mit dem Montageblock 28 verbunden und führt zusammen mit einem Leiter 38 dem piezoelektrischen Element 22 die erforderlichen elektrischen Signale /u.

Für die dargestellte Vorrichtung eignet sich ein Siichelhalter 16, welcher relativ unelastisch isi (also einen hohen Elastizitätsmodul /·" hat) und die eine niedrige Dichte ο hat. damit die Auslenkung des piezoelektrischen Elementes 22 über einen weiten Frequenzbereich präzise auf den Stichel 12 übertragen wird. Das Auslenkverhalien des Stichels 12 gegenüber der Basis 20 wird bestimmt durch die Übertragungsgeschwindigkeit einer der Basis 20 erteilten Auslenkung. α ι ,;he durch das Material der I lalterung 16 /um Stichel

12 wandert. Line hohe Ausbreitungsgcsehwindigkeil ( im Material der Stichelhalterung 16 erlaubt dem Stichel 12 mit einer relativ hohen Frequenzbewegung der Basis 20 zu folgen. Die Ausbreitungsgeschwindigkeit C ist durch die Gleichung

Zugegeben. Daher haben Materialien mit einer hohen Ausbreitungsgeschwindigkeit Cein großes Verhältnis E zu ρ, also einen hohen Elastizitätsmodul und eine niedrige Dichte. Materialien wie Aluminium, Magnesium, Beryllium oder Saphir sind relativ unelastisch, haben eine niedrige Dichte und zeigen bei einer Verwendung als Stichelhalter 16 ein gutes Übertragungsverhalten. Ein großer Wert E sorgt für eine starre Kopplung zwischen Stichel und Piezoelement.

Um eine maximale Stichelauslenkung bei elektrischer Anregung des piezoelektrischen Elementes 22 zu erhalten, muß man die Oberfläche 25 des piezoelektrischen Elementes 22 so stationär wie möglich halten, so daß die parallele Oberfläche 24 praktisch die gesamte Auslenkung wiedergibt. Um die Oberfläche 25 des piezoelektrischen Elementes 22 möglichst ruhig zu halten, soll die Oberfläche 30 des Montageblockes 28 eine relativ große mechanische Impedanz gegenüber der Bewegung des Elementes 22 darstellen. Dies wird erreicht, indem man den Monlageblock 28 aus einem Material relativ hoher Dichte ρ und relativ hoher Ausbreitungsgeschwindigkeit C für mechanische Wellen herstellt. Dadurch erhält man eine große spezifische mechanische Impedanz y χ C. Da die Ausbreitungsgeschwindigkeit C proportional der Quadratwurzel des Elastizitätsmoduls i'ist, ist ein Material mit einem hohen Young-Modul E ebenso geeignet wie ein Material mit relativ hoher Dichte ρ. Stahl oder Wolfram sind besonders zweckmäßige Materialien. Zwar läßt sich mit Wolfram eine etwas größere Bandbreite erreichen, jedoch läßt es sich erheblich schwieriger bearbeiten. Ein Stahlblock hat sich für ein geeignetes Übertragungsverhalten als ausreichend erwiesen, obwohl andere Materialien, die ziemlich unelastisch sind und eine hohe Dichte haben, verwendet werden können.

Die relativ großen Abmessungen des Montagcblokkes 28 gewährleisten ferner eine gute Wärmeabführung für das relativ kleine piezoelektrische Element, so daß der Schneidkopf 10 mit einem relativ hohen Signalpcgel betrieben werden kann, ohne daß die Depolarisationserscheinungen oder ein thermisches »Weglaufen« des piezoelektrischen Elementes 22 zu befürchten wiire.

Aus den F-" i g. 1 und 2 ist ersichtlich, daß die äußeren Oberflächen des zusammengebauten Schncidkopfcs von im allgemeinen Dreieckspyramidenform sind, auf diese Weise werden parallele Ausbreitungswege für /wischen Punkten verschiedener Außenflächen sich ausbreitende Wellen vermieden. Damit sind die > Möglichkeiten nennenswerter Resonanzen innerhalb des Schneidkopfaufbaus bei Frequenzen minimal gehalten, bei denen die halbe oder eine viertel Wellenlänge der sich ausbreitenden Wellen gleich oder kleiner als die verschiedenen äußeren Abmessungen des

ίο Schneidkopfes sind.

Bei einem spezifischen, aber nicht einschränkenden Beispiel, lieferte der Schneidkopf 10 ein gleichmäßiges Auslenkungsverhalten des Stichels innerhalb Abweichungen von ± 1 dB über einen Frequenzbereich von 2

is bis 300 kHz. Eine an die Leitungen 38 und 40 angelegte konstante Signalspannung führte zu einer Stichelauslenkung bis zu 0,25 μ von Spitze zu Spitze der Auslenkung gerechnet. Die Stichelhalterung und der dreicckskegelstumpfförmige Block hatten Seitenneigungen von 45"

:o und Winkel an der Grundfläche der Pyramide gemäß F i g. 2 von etwa 56°, während der Winkel an der Spitze der Pyramide 68° betrug. Die Winkel von Montageblock, piezoelektrischem Element und Stichelhalter ergaben einen glatten Übergang, wie dies in Fig. 2

;s dargestellt ist. Der Stichelhaltcr bestand aus Aluminium und der Sockel aus kaltgewalztem Stahl. Der Block maß über den längsten Schenkel des Basisteils etwa 20 mm, während das piezoelektrische Element und der Stichelhalter entlang der längsten Kante der Basis etwa 5,6 mm

ίο lang waren. Das Dämpfungsmaterial 34 zwischen dem Montageblock und dem Systemträger bestand aus zwei Lagen von 0,127 mm dickem Polyamidmatcrial od. ä., das mit Silicongummi oder einem ähnlichen Dämpfungsmaterial zusammengeklebt war. Das dreieckige piezoelektrische Element bestand aus Blcizirkontitanai mit einer Dicke von 1,27 mm zwischen den parallelen Oberflächen. Die Höhe des Stichclhaltcrs betrug 1,27 mm und die Höhe des Montageblockcs 3,8 mm. Bei einer den elektrischen Leitern des Schneidkopfes zugeführten Signalspannung von 500 Volt effektiv reichte der Frequenzbereich bis 380 kHz, ehe Resonanzen auftraten.

Wenn auch der vorbcschricbcnc Schneidkopf mit einem praktisch pyramidenförmigen Aufbau beschric· ben ist, so ergeben auch andere Aufbauten mil nichtparallelen Seiten ein zufriedenstellendes Übertragungsverhalten. Beispielsweise kann der in den Fig. 1 und 2 dargestellte Schneidkopf auch etwa konisch ausgebildet sein, wobei jedes seiner einzelnen Elemente einen kreisförmigen statt dreieckigen Querschnitt hat Schneidköpfe konischer Form können bestimmt» konstruktive Vorteile bringen, die zu Kosteneinsparun gen bei der Produktion führen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Halterungsvorrichtung für einen Schneidstichel, der mit Hilfe eines Verbindungsgliedes an einer Hauptfläche eines piezoelektrischen Elementes s angebracht ist und mit Zuführungen für elektrische Signale zu dem piezoelektrischen Element zum Antrieb des Schneidstichels, dadurch gekennzeichnet, daß die der vorgenannten Haiiptflächc (24) gegenüberliegende Hauptfläche (25) des piezo- ,ο elektrischen Elementes (22) mit einer Befestigungsfläche (30) eines Montageblockes (28) verbunden ist, der mit einer zweiten größeren, auf seiner gegenüberliegenden Seite befindlichen Befestigungsfläche (35) an einem Systemträger (32) i< befestigt ist und mehrere freie, nicht parallel zueinander verlaufende Außenflächen hat, und daß auch das piezoelektrische Element (22) und das Verbindungsglied (16) jeweils mit nicht parallel zueinander verlaufenden Außenflächen ausgebildet ;r