DE2331538C3 - Halterungsvorrichtung für einen Schneidstichel - Google Patents

Description

Die Krfindiing betrifft eine I (alter ungsvoirn htiing, wie sie im Anspruch I vorausgesetzt ist.

Zur räumlichen Aufzeichnung von Signalinformationen sind Schneidköpfe bekannt, insbesondere auf dem Gebiet der Plattenaufzeichnungen von Schallereignissen. Hierbei wird mit Hilfe eines Schneidkopfes in eine lackbeschichtete Platte ein räumliches Muster entsprechend der Tonsignalinformation eingeschnitten. Von der lackbeschichteten Platte, welche die räumliche Information enthält, wird dann ein Abdruck, tsispielsweise in Nickel, angefertigt. Dieser Nickelabdruck weist dann die räumliche Information mi. gegenüber derjenigen der lackbeschichteten Platte entgegengesetzten Konturen auf und wird zum Pressen von Schallplatten, beispielsweise aus Vinyl oder thermoplastischem Material verwendet.

Die bei der Tonaufzeichnung verwendeten Schneidköpfe haben typischerweise einen relativ flachen Frequenzgang bis etwa 20 kHz, über dieser Grenze treten unerwünschte Resonanzen auf. Solche Köpfe eignen sich für die Aufzeichnung von Schallereignissen mit der tatsächlichen Geschwindigkeit ihres Ablaufes, also mit der tatsächlichen Abspielgeschwindigkeit, jedoch eignen sie sich nicht für dl·: Aufzeichnung von Videosignalen entsprechend der tatsächlichen Geschwindigkeit, da die Signale eine wesentlich größere Bandbreite haben, nämlich beispielsweise in der Größenordnung vor. 4 MHz. Sollen Videosignale mit einem Tonschneidkopf aufgezeichnet werden, dann muß die Videoinformation frequenzmäßig so aufbereitet werden, daß die höchste Signalkomponente, also beispielsweise 4MHz, auf den von dem Schneidkopf verarbeitbaren Frequenzbereich von 2OkHz transformiert wird. Diese Frequenztransformation, also 4 MHz auf 20 kHz, läßt sich durch photographische Aufzeichnung der gewünschten Bild- oder Vtdeoinformation auf einen Kinofilm erreichen, der di.nn mit wesentlich niedrigerer Geschwindigkeit, beispielsweise '/200 der üblichen Filmgeschwindigkeit, abgespielt wird, während er elektronisch abgetastet wird und die auf ihm enthaltene Information mit entsprechend herabgesetzter Geschwindigkeit ermittelt wird. Die so gewonnene Signalinformation ist dann in der Frequenz herabgesetzt, so daß die abgenommenen Si,jnalfrequenzen U_!m der tatsächlichen Frequenzwerte betragen, wenn normale Filmtransport- und AbtaMgeschwindigkeiten verwendet würden.

Wird das Videosignal gegenüber dem tatsächlichen Zeitablauf auf etwa '/mo verlangsamt und aufgezeichnet, dann dauert die Aufzeichnung einer 30-Minuten-Szene (in Realzeit) etwa 100 Stunden. Dii:se außerordentlich lange Aufzeichnungszeit ist jedoch unpraktisch und kostspielig für die Herstellung von mit Videoinformation bespielten Platten. Es ist daher wünschenswert, die Aufzeichnungszeit soweit wie möglich herunterzusetzen. Eine Verringerung der Aufzeichnungszeit läßt sich durch eine Vergrößerung der Bandbreite des Schneidkopfes erreichen. Wenn beispielsweise die Bandbreite des Schneidkopfes von 20 kHz auf 200 kHz erhöht wird, dann läßt sich die Aufzeichnungszeit proportional von !/200 der Realzeit auf W_2n herunterdrücken. Es ist daher ein Ziel, einen Schneidkopf i\\ entwickeln, dessen Frequenzbereich so breit wie möglich ist, damit die Aufzeichnungszeil in geeigneter Weise verringert wird.

Die Kesonanzstellen bekannter .Schneidköpfe, welche /ur Begrenzung ihres Frequenzbereiches beitragen, sind zumindest teilweise durch die physikalischen Abmcs ■lUngen dieser llaiielcmcnte und ihrer Halterungen bedingt. Wenn die Abmessungen eines solchen Aufbaus die Hälfte bis Vt der Wellenlänge der durch sie

übertragenen oder an sie angekoppelten Signalinformationen betragen, dann können unerwünschte Resonanzzustände auftreten, welche das gewünschte gleichförmige Frequenzverhalten 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 DE-AS 22 03 095 ist eine Antriebsvorrichtung für einen Schneidstichel unter Steuerung durch elektrische Signale mit einem piezoelektrischen Element bekannt, 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 I 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 Unteransprüchen gekennzeichnet.

Der nachfolgend beschriebene Schneidkopf eignet sich zur Ausbildung von Signale darstellenden räumlichen Mustern in einer Platte mit einem relativ großen Frequenzbereich. Ein Monlageblock, 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. I eine Seitenansicht eines Videoplatien-Schneidkopfes gemäß der Erfindung mit schemaiisch dargestellten elektrischen Verbindungen und

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

Der Schneidkopf 10 enthält einen Schneidstichel 12 aus hartem festem Material, wie Diamant, mit einer Stichelspitzc 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 Pyramidensliimpf gebildet wird. Der Sliehelhalter 16 weist ein zentrales Defcstigiingsloch 18 auf. in dem der Stichel stan befesligt ist, und ein Basisteil 20. das beispielsweise mit Hilfe einer Kombination von leitendem und nichtleitendem Eipoxy-Klcbcr. ein pie /(»elektrisches Element 22 mit einer Fläche ankleben laßt. Der leitende FpoxyKlcber wiril für eine elektrische Verbindung /wischen dem Stichelhalter lh und dem piezoelektrischen Element 22 verwendet.

während der nichtleitende Epoxy-Klebsr dem Aufbau die Festigkeit verleiht. Der Stichelhalter 16 besteht aus einem Material, das relativ unelastisch ist und eine niedrige Dichte hat, 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

lu auf die elektrischen Signale und arbeitet im djj-Mode, d. h_n 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 di>^r piezoelektrische

ίο Element 22 mit vertikalen Seiten (Fig- I) dargestellt, jedoch können die Seiten dieses Elementes auch geneigt sein, so daß ein Kegelstumpfaufbau entsteht, dessen Form derjenigen des Montageblockes 28 ähnlich i^t.

Typische piezoelektrische Materialien, welche sich

:s für das Element 22 eignen, sind Blei-Zirkontitan-Materialien. 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'

ίο des Elementes 22 am Stichelhalter 16 verwendet wird. Der Montageblock 28 hat eine kegelstumpfförmige Dreieckspyramidenform mit einem dreieckigen Querschnitt ähnlicher Form wie die Querschnitte sowohl des piezoelektrischen Elementes 22 als auch des Stichelhal-

is ters 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 dem Systemträger 32 angeordnet ist. Das Dämpfungsmaterial 34 kann aus relativ dünnen Schichten biegsamen Materials bestehen, die durch Lagen aus steifem Material wie z. B. Polyamide od. ä. get.ennt siiid. Die

is dünnen Schichten des biegsamen Materials können aus Silikongummi oder Cellulose bestehen. Das Dämpfungsmaterial an der Basis 35 des Montageblockes 28 verhindert Reflexionen von Wellen innerhalb des Montageblockes 28, welche von dem piezoelektrischen

so Element 22 erzeugt werden.

Um die Spitze des Stichels 12 ist ein Heizelement io gewickelt, welches dabei hilft, die das Signal darstellende Oberfläche in die lackbeschichtete (nicht dargestellte) Platte zu schneiden, indem der Schneids'ichel eriiitzt

ss wird. Ein elektrischer Leiter 40 ist mit dem Montageblock 28 verbunden und führt zusammen mit einem Leiter 38 dem piezoelektrischen Element 22 die erforderlichen elel· 'Tischen Signale zu.

Für die dargestellte Vorrichtung eignet sich ein

ι. . Stichelhalter 16. weicher relativ unelastisch ist (also einen hohen Elastizitätsmodul E hat) und die eine niedrige Dichte ρ hat, damit die Auslenkung des piezoelektrischen Elementes 22 über einen weilen Frequenzbereich preise auf den Stichel 12 übertragen

ι , wird. Das Auslerikverhaltcn des Stichels 12 gegenüber der Basis 20 wird bestimmt durch die Übertragungsgeschwindigkeit einer der Basis 20 erteilten Auslenkung, welche durch das Material der Hallpnirn» lh /um Sinlu-I

12 wandert. Eine hohe Ausbreitungsgeschwindigkeit C im Material der .Stichelhalicning 16 erlaubt dem Stichel 12 mit einer relativ hohen f requenzbewegung der Basis 20 zu folgen. Die Ausbrciüingsgeschwindigkeit C ist durch die Gleichung

I.

gegeben. Daher haben Materialien mit einer hohen ι Ausbreitungsgeschwindigkeit Coin großes Verhältnis /: zu η, 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 Ξ sorgt für eine starre Kopplung zwischen Stichel und Piczoelemcnt.

!!πι cine iVidXiiVidic .Siiuiiciauuicukung bei elektrischer Anregung des piezoelektrischen Elementes 22 zu .·. erhalten, muß man die Oberfläche 25 des piczoelcktri sehen Elementes 22 so stationär wie möglich hallen, 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 [iewegung des Elementes 22 darstellen. Dies wird erreicht, indem man den Montageblock 28 aus einem Material relativ hoher Dichte ij und relativ hoher ;< Ausbreitungsgeschwindigkei; C für mechanische Wellen herstellt. Dadurch erhält man eine große spezifische mechanische Impedanz ii χ C. Da die Ausbreitungsge· schwindigkeit C proportional der Quadratwurzel des Elastizitätsmoduls /:'ist. ist ein Material mit einem hohen <^; Yoimg-Modul F. ebenso geeignet wie ein Material mit relativ hoher Dichte it. Stahl oder Wolfram sind besonders zweckmäßige Materialien. Zwar läßt sich mil Wolfram eine etwas größere Bandbreite erreichen. IC(Ic'ih läßt es sich erheblich schwieriger bearbeiten. Ein γ Stahlblock hat sich für ein geeignetes Übcrtragungsverhalten als ausreichend erwiesen, obwohl andere Materialien, die ziemlich unelastisch sind und eine hohe Dichte haben, verwendet werden können.

Die relativ großen Abmessungen des Montageblok- 4; kes 28 gewährleisten ferner eine gute Wärmeabführung fur das relativ kleine piezoelektrische Element, so daß der Schneidkopf 10 mit einem relativ hohen Signalpegel betrieben werden kann, ohne daß die Depolarisationserscheinungen oder ein thermisches »Weglaufen« des ν piezoelektrischen E'ementes 22 zu befürchten wäre.

Aus den F i g 1 und 2 ist ersichtlich, daß die äußeren Oberflächen des zusammengebauten .Schneidkopfes von im allgemeinen Dreieckspyramidenform sind, auf diese Weise werden parallele Ausbreitungswege für zwischen Punkten verschiedener Außenflächen sich ausbreitende Wellen vermieden. f)amil sind die Möglichkeiten nennenswerter Resonanzen innerhalb des Schneidkopfaufbaus bei E'requenzen minimal gehalten, bei denen die halbe oder eine vicrlcl Wellenlänge der sich ausbreitenden Wellen gleich oder kleiner als die verschiedenen äußeren Abmessungen des Schneidkopfes sind.

Bei einem spezifischen, aber nicht einschränkenden Beispiel, lieferte der Schneidkopf 10 ein gleichmäßiges Auslerikungsverhalten des Stichels innerhalb Abweichungen von ± I dB über einen Frequenzbereich von 2 bis 300 kHz. Eine an die Leitungen 38 und 40 angelegte konstante Signalspannung führte zu einer Slichelauslenkung bis zu 0,25 μ von Spitze zu Spitze der Auslenkung gerechnet. Die Stichelhalterung und der drcicckskegelsiumpfiörmige Biock hatten Seitenneigungen von 45' und Winkel an der Grundfläche der Pyramide gemäß E i g. 2 von etwa 56", während der Winkel an der Spitze der Pyramide 68° betrug. !Die Winkel von Montage block, piezoelektrischem Element und .Stichelhalter ergaben einen glatten Übergang, wie dies in E i g. 2 dargestellt ist. Der Stichelhalter bestand aus Aluminium und der Sockel aus kaltgewalztem Stahl. Der Block maß über den längsten Schenkel des Basisteils etwa 20 mm, während „ms piezoelektrische Element und der Stichelhalter entlang der längsten Kante der Basis etwa 5,6 mm lang waren. Das Dämpfungsmaterial 34 zwischen dem Montagcblock und dem Systemträger bestand aus zwei Lagen von 0,127 mm dickem Polyamidmaterial od. ä.. das mit Silicongummi oder einem ähnlichen Dämpfungsmaterial zusammengeklebt war. Das dreieckige piezoelektrische Element bestand aus Blcizirkontitanat mit einer Dicke von 1,27 mm zwischen den parallelen Oberflächen. Die Höhe des Stichelhaltcrs 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 Ercqucnzbereich bis 380 kHz. ehe Resonanzen auftraten.

Wenn auch der vorbeschriebene Schneidkopf mit einem praktisch pyramidenförmigen Aufbau beschrieben ist. so ergeben auch andere Aufbauten mit nichtparallclen Seiten ein zufriedenstellendes Übertragungsverhallen. 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 bestimmte konstruktive Vorteile bringen, die zu Kosteneinsparungen bei der Produktion führen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Halterungsvorrichtung für einen Schneidstichel, der mit Hilfe eines Verbindungsgliedes an einer Hauptfläche eines piezoelektrischen Elementes angebracht ist und mit Zuführungen für elektrische Signale zu dem piezoelektrischen Element zum Antrieb des Schneidstichels, dadurch gekennzeichnet, daß die der vorgenannten Hauptfläche (24) gegenüberliegende Hauptfläche (25) des piezoelektrischen 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) 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 sind.

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 verjü/igen, und daß das piezoelektrische Element (22) einen dreieckigen Querschnitt hat.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2 zur Verwendung bei einem Bildplattenschneidgerät, dadurch gekennzeichnet, dat juch das piezoelektrische Element (22) in Form eines sich in Richtung .*uf den Schneidstichel (12) zu verjüngenden dreiseitigen Pyramidenstumpfes ausgebildet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch I 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 Leiterdrähu (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) auf einem Material mit relativ hohem Young-Modul und relativ hoher 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.

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