DE2424106B2 - Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der Verschleißfestigkeit von Geräteteilen, insbesondere von Bandführungsorganen in Magnetbandgeräten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und Vorrichtungen zur Bestimmung des Verschleißes von Geräteteilen, deren Oberflächen durch Relativbewegung zueinander unter gegenseitigem Kontakt eine Verschleißbeanspruchung erfahren, insbesondere von Bandführungsorganen und Magnetband.

Beim Betrieb von magnetischen Aufzeichnungsträgern werden aufgrund der Relativbewegung gegenüber Bandführungsorganen, zu denen z. B. Magnetköpfe, Führungsstege und -zapfen gehören, diese auf Verschleiß beansprucht.

Die Verschleißbeanspruchung der Geräteteile wird durch die Abrasivität der Magnetschichten erzeugt. Sie ist besonders kritisch bei den Magnetköpfen, da sit sich hier direkt auf die Aufnahme- und Wiedergabequalität der Aufzeichnung auswirken kann. Das Ausmaß der auftretenden Verschleißerscheinungen ist von den jeweiligen Betriebsbedingungen, wie z. B. Bandzug, Relativgeschwindigkeit, den Eigenschaften des Kopfmaterials und der Zusammensetzung bzw. Herstellungswi-ise der Magnetschicht abhängig.

Angestrebt werden Kombinationen mit minimaler Verschleißbeanspruchung durch Verwendung von Bandführungsorganen mit hoher Verschleißfestigkeit und Aufzeichnungsträgern mit wenig abrasiven Magnetschichten.

Für die meßtechnische Erfassung dieser Phänomene standen bisher hauptsächlich folgende, den Stand der Technik repräsentierende Verfahren zur Verfugung.

In einer bekannten in der Zeitschrift »International Journal of Applied Radiation and Isotopes«, Jahrgang

ίο 1968, Band 19, Seite 101-121 veröffentlichten Methode wird die Abrasivität von Magnetbändern mit Hilfe von radioaktiven Magnetkopfattrappen gemessen.

Dieses Verfahren hat hauptsächlich folgende Nachteile: Die Verwendung von radioaktivem Material setzt einen nicht unerheblichen technischen Aufwand voraus, der die Anwendbarkeit der Methode erheblich einschränkt Bei der Messung wird davon ausgegangen, daß das abgetragene Kopfmaterial am Band hängenbleibt. Dies kann nicht immer vorausgesetzt werden.

Weiterhin können aus bestrahlungstechnischen Gründen keine üblichen Magnetköpfe für die Messung eingesetzt werden. Es werden vielmehr Kopfattrappen aus ausgewählten Materialien verwendet, die nur in ihrem Härteverhalten den für die Magnetköpfe gebräuchlichen Materialien entsprechen.

Dies führt jedoch in vielen Fällen zu Interpretationsschwierigkeiten der Ergebnisse, da Materialien gleicher Härte nicht notwendigerweise gleiches Verschleißverhalten aufweisen. Zur Durchführung dieses Verfahrens

Ji) wird außerdem ein Spezialiaufwerk benötigt.

In einem weiteren, bekannten Verfahren (Zeitschrift »IEEE Transactions on Magnetics«, Band MAG-2, Nr. 1, Seite 6—13, 1966) werden zur Bestimmung der Abrasivität von Magnetbändern Magnetkopfattrappen in der Form von zylindrischen Stiften und dünnen Blechen benutzt, die auf einem Teil des Umfangs bzw. auf der Stirnseite von Magnetband beansprucht werden. Bei den Stiften wird der Verschleiß über den Masseverlust, bei den Blechen über die Längenänderung gemessen.

Nachteilig bei diesem bekannten Verfahren ist die besonders bei den Blechen mangelhafte Repräsentation der wirklichen Kopfgeometrie. Bei den Stiften wird außerdem die Messung durch die bei der Bestimmung kleiner Masseverluste auftretenden Fehler verfälscht.

Dies führt bei der Prüfung von Bändern mit geringer Abrasivität zu langen Versuchszeiten bzw. großen Bandlängen. Für die Messung wird ebenfalls ein Spezialiaufwerk benötigt.

In einem weiteren bekannten Verfahren werden Alu-Magnet-Kopfattrappen in der Form von üblichen Magnetköpfen mit metallischen Filmschichten bedampft.

Bei dieser Methode kommt es beim Bewegungskontakt zwischen der Filmschicht und der abrasiven Magnetschicht zu einer stellenweisen Reduktion der Schichtdicke des Filmes, die über die damit verbundene Erhöhung des elektrischen Widerstandes meßtechnisch erfaßt wird. Die Nachteile dieser Methode liegen in dem zur Herstellung der Metallschichten erforderlichen

ho großen technischen Aufwand und in der Schwierigkeit, daß ein Teil der üblichen Kopfmaterialien gegenwärtig nicht in Form von solchen Schichten aufgebracht werden kann.

Das Hauptproblem bei Verschleißmessungen unter

fa5 Anwendungsbedingungen liegt, wie die beschriebenen bekannten Methoden zeigen, in der quantitativen Erfassung des Verschleißes am Magnetkopf. Bei Aud'o-, Video- und Computerbandsystemen erfolgt die Mes-

sung bekannterweise so, daß die Bandkontaktzone an der Kopfoberfläche vor und nach der Verschleißbeanspruchung mit Hilfe von mechanischen oder optischen Tastschnittgeräten ausgemessen wird.

Dabei treten Schwierigkeiten auf durch den zu jeder Messung notwendigen Ausbau des auszumessenden Kopfsystems und die damit verbundenen z. T. aufwendigen Justagearbeiten beim Wiedereinbau. Weiterhin sind an Tastschnittgeräten präzise Aufspanneinrichtungen erforderlich, um zu gewährleisten, daß die Abtastung des Kopfprofils bei wiederholten Messungen immer an derselben Stelle erfolgt. In Fällen, wenn die Oberfläche ungleichmäßig abgetragen ist, müssen mehrere Abtastungen verteilt über die Kontaktzone vorgenommen werden, so daß sehr lange Meßzeiten notwendig sind, um ausreichend gute Ergebnisse zu erhalten.

Zur Erreichung der Anforderungen an die Meßgenauigkeit können die Versuchs- und Meßzeiten erhöht werden. Nachteilig dabei ist aber eine Verringerung der Kopflebensdauer, die besonders bei Köpfen für Videooder Computerbandsysteme zu beträchtlichen finanziellen Aufwendungen führt.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile der bekannten Methoden zu vermeiden und eine sehr wirtschaftliche Bestimmungsmethode bereitzustellen. Darüber hinaus ist es auch Aufgabe der Erfindung, Geräteteile, die im Betrieb ständig mit dem Band in Berührung stehen, derartig auszubilden, daß eine Verschleißbestimmung vereinfacht wird.

Die Aufgabe wird durch ein Verfahren der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß gelöst, wenn ruan zumindest eine der Kontaktoberflächen mit wenigstens einer Vertiefung versieht und vor und nach einer Verschleißbeanspruchung unmittelbar oder mittelbar die aktuelle Tiefe der Vertiefung und somit die Verschleißtiefe bestimmt.

Das Verfahren ermöglicht vorteilhaft die Bestimmung der Verschleißwerte von Magnetköpfen und anderen Geräteteilen an allen üblichen Systemen, mit denen magnetische Aufzeichnungsträger in Kontakt betrieben werden. Die Versuche und Messungen können unter den für diese Geräte üblichen Betriebsbedingungen durchgeführt werden. Zur Veränderung der Versuchsdauer kann es auch zweckmäßig sein, durch Parametervariation, wie z. B. Erhöhung des Kontaktdruckes, Verringerung der Relativgeschwindigkeit, eine Zeitraffung oder Zeitdehnung der Meßversuche vorzunehmen.

Der am Magnetkopf oder anderen Geräteteilen auftretende Verschleiß wird über die aktuelle Verschleißtiefe, d. h. die Differenz aus der vor dem Versuch vorhandenen Tiefe der Vertiefung und der Tiefe der Vertiefung nach dem Versuch gemessen. Die Messung kann gleichzeitig an mehreren über die gesamte von der Magnetschicht beanspruchte Fläche verteilten Punkten vorgenommen werden. Der in der oder den Vertiefungen angesammelte Abrieb wird meßtechnisch nicht benutzt, da die Menge des Abriebs bei mehreren Versuchen nicht reproduzierbar gleichgroß ist.

Eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird darin gesehen, daß man eine Vertiefung von einer geometrischen Form benutzt, deren Tiefe in einem definierten Verhältnis zur in der Kontaktoberfläche liegenden Grundfläche steht, und daß man vor und nach einer Verschleißbeanspruchung die Grundfläche (Fi) der Vertiefung vor dem Versuch bzw. die Grundfläche (Fn) der Vertiefung nach dem

ίο

Versuch vorzugsweise optisch bestimmt.

Dazu werden am unbeanspruchten Kopf an den gewünschten Meßstellen Eindrücke mit Hilfe einer geometrisch genau definierten, formstabilen, vorzugsweise aus Diamant gefertigten Prüfspitze angebracht.

Die Tiefe der Eindrücke wird so gewählt, daß die Tiefe der Eindrücke größer ist als der im Versuchszeitraum zu erwartende Materialabtrag. Dadurch bleiben auf der durch die Verschleißbeanspruchung neu geschaffenen Oberfläche Eindrücke zurück, so daß aus der Tiefendifferenz die Höhe der abgetragenen Schicht abgelesen werden kann.

Eine weitere erfindungsgemäße Maßnahme besteht darin, daß man Vertiefungen von Kegel- oder Pyramidenform benutzt.

Die Tiefe der Eindrücke wird indirekt über ihre in der jeweiligen Materialoberfläche liegende Grundfläche bestimmt. Als Prüfspitzen können die in der Materialprüfung üblichen kegel- oder pyramidenförmigen Probekörper verwendet werden. Bei kegelförmigen Spitzen sowie bei Pyramiden mit quadratischer und rhombischer Grundfläche besteht ein besonders einfacher geometrischer Zusammenhang zwischen den Abmessungen der Grundfläche und der Eindringtiefe, so daß Spitzen dieser Art vorzugsweise bei den erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzt werden können.

Erfindungsgemäß ist ein Bandführungsorgan in magnetischen Aufzeichnungs- und/oder Wiedergabeeinrichtungen zur Bewerkstelligung der oben stehenden Verfahrensmaßnahmen, mit zumindest einer in der Kontaktoberfläche angebrachten Vertiefung mit vorzugsweise Kegel- oder Pyramidenform ausgebildet. In weiteren erfindungsgemäßen Ausgestaltungen des Bandführungsorgans kann die größte Abmessung der in der Kontaktoberfläche liegenden Grundfläche der Vertiefung etwa zwischen ΙΟμπι und 100 μπι betragen. Zweckmäßig können auch mehrere Vertiefungen in der Kontaktoberfläche angeordnet sein.

Die Ausbildung solcher Bandführungsorgane kann somit einfach bewerkstelligt werden, ohne daß sie für einen normalen Betrieb mit einem Magnetband unbrauchbar werden.

Zum Vermessen der Eindrücke kann ein übliches Auflichtmikroskop mit geeignet großer Auflösung Verwendung finden. Je nach Art der jeweils verwendeten Prüfspitze und dem Aufbau der zu vermessenden Bandführungsorgane, beispielsweise Magnetköpfe, können Verschleißtiefen ab etwa 0,05 μΐη reproduzierbar gemessen werden.

Das angegebene Meßverfahren und die mit Eindrükken versehenen Bandführiingsorgane sind nicht nur auf bestimmte Werkstoffe anwendbar, vorausgesetzt, daß diese ausreichend homogene Testkörpnr sind. Die Bandführiingsorgane können aus allen für diese Verwendung einsetzbaren Metallen, Metalloxidun, Metallegierungen, Kunststoffmaterialien mit oder ohne Oxid- oder Lackfilmen bestehen. Die Magnetbänder können ebenfalls aus bekannten Komponenten Mutalloder Metalloxiden und geeigneten bekannten Bindemitteln und gegebenenfalls Gleitmitteln und bekannten Trägerfolien bestehen.

Ein Einsatz der Meßmethoden für die Prüfung von Magnetbändern auf Basis von Chromdioxidschiehleii hat i,':cb als vorteilhaft erwiesen.

In der Zeichnung sind in Meßkurven Verschleißfestigkeitswerte: von gegeneinander bewegten Kunststufftuilen, von 'Λ Zoll-Tonbändern, die über einen Tonkopf mit Mu-Metall-Polschuhen bewegt werden, sowie verwend-

bare Eindruckformen und einen Magnetkopf mit mehreren Meßvertiefungen dargestellt.

In Fi g. 1 ist die Verschleißtiefe 7Vvon Kunststoffteilen unterschiedlicher Verschleißfestigkeit als Funktion der Betriebszeit Tb aufgetragen. Im Ergebnis ist Kunststoff A gegenüber Kunststoff B (A und B sind verschiedene Polymerkunststoffe) weniger verschleißfest.

Fig.2 zeigt den Kurvenverlauf der Verschleißtiefe Tv an einem Mu-Metall-Tonkopf, der mit verschiedenartigen Magnetbändern A', B\ C"betrieben ist, über der Betriebszeit Tb. Der verwendete Tonkopf ist beispielsweise in F i g. 3 dargestellt.

Aus F i g. 2 geht hervor, daß Bandtyp C" weitaus weniger Verschleiß am Kopf verursacht hat als Bandtyp ßodergarTyp A

Die erfindungsgemäße Meßmethode erlaubt also einerseits die Auswahl verschleißfester Bandteile bei einer vorgegebenen Bandbeanspruchung oder andererseits die Beurteilen von Bändern und/oder von deren Magnetschichten. Natürlich können beide Meßresultate gleichzeitig erfaßt werden.

I⁷ig. 3 zeigt eine vorteilhafte Anordnung mehrerer z. B. rhombenförmigcr Eindrücke 6 am Kopfspiegel 7 eines Doppel-Tonkopfcs 8. Die Eindrücke 6 sind etwa symmetrisch zu den Kopfspalten 9 und 10 angeordnet Die Polspiegel sind mit 11 und 12 bezeichnet. Mit der Strichlinien 13 und 14 ist die Kontaktoberfläche 15 de; Kopfes 8 oben und unten begrenzt angedeutet.

In Fig.4 und 5 sind Eindruckformen mit der Grundflächen Fi (Ft-F₃), den Eindrucktiefen Ti — T sowie an einem weiteren Beispiel eine Verschleißtiefc TV(Differenz der Eindrucktiefe Tvor dem Versuch unc der Tiefe T₃ nach dem Versuch bei einer Grundfläche F und einer aktuellen Fläche Fn) im Querschniti dargestellt. Bis zur Fläche Fn ist in Fig.5 das Kopfmatcrial abgetragen z. B. abgeschliffen.

Eine optische Messung der Fläche Fn der Vertiefung 6a nach dem Versuch ergibt bei Bekanntsein der Fläche Fi der Vertiefung 6 vor dem Versuch somit sofort die Verschleißtiefe Tv.

Es können auch andersartige Eindruckformen verwendet werden, wenn nur die Grundfläche F/ relativ einfach ermittclbar ist und zwischen den Flächen F; und F/;eine eindeutige arithmetische Beziehung besteht.

Mit der beschriebenen Meß- und Prüfmethode, die sich hervorragend für Versuchsreihen eignet, wurde auch im Vergleich zu den bekannten Meßmethoden sehr genaue und besonders qualitativ richtige Meßergebnisse erzielt.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

1 Patentansprüche:

1. Verfahren zur Bestimmung des Verschleißes von Geräteteilen deren Oberflächen durch Relativbewegung zueinander unter gegenseitigem Kontakt eine Verschleißbeanspruchung erfahren, insbesondere von Bandführiingsorgan und Magnetband, dadurch gekennzeichnet, daß man zumindest eine der Kontaktoberflächen (15) mit wenigstens einer Vertiefung (15) versieht und vor und nach einer Verschleißbearispruchung unmittelbar oder mittelbar die Tiefe (Tund T₃) der Vertiefung (6 bzw. 6ajund somit die Verschleißtiefe (Tv) bestimmt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Vertiefung (6) von einer geometrischen Form benutzt, deren Tiefe in einem definierten Verhältnis zur in der Kontaktoberfläche liegenden Grundfläche (Fj) stehi, und daß men vor und nach einer Verschleißbeanspruchung die Grundfläche (Fi) der Vertiefung (6) bzw. die Grundfläche (Fn) der durch die Verschleißbeanspruchung verkleinerten Vertiefung (<äa) vorzugsweise optisch bestimmt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man Vertiefungen von Kegel oder Pyramidenform benutzt (F i g. 4).

4. Bandführungsorgan in magnetischen Aufzeichnungs- und/oder Wiedergabeeinrichtungen, insbesondere Magnetkopf zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 —3, dadurch gekennzeichnet, daß in der Kontaktoberfläche (15) zumindest eine Vertiefung (6) mit vorzugsweise Kegel- oder Pyramidenform angebracht ist.

5. Bandführungsorgan nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die größte Abmessung der in der Kontaktoberfläche liegenden Grundfläche (Fl) der Vertiefung etwa zwischen 10 μπι und 100 μΐη beträgt.

6. Magnetkopf nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß in der Kontaktoberfläche mehrere Vertiefungen (6), insbesondere symmetrisch zum Kopfspalt (9 bzw. 10) angeordnet sind.