DE2437342B2

DE2437342B2 - Bandfuehrungsanordnung

Info

Publication number: DE2437342B2
Application number: DE19742437342
Authority: DE
Inventors: James R. Belmont Calif. Wheeler (V.StA.)
Original assignee: Ampex Corp
Current assignee: Ampex Corp
Priority date: 1973-08-03
Filing date: 1974-08-02
Publication date: 1976-12-09
Also published as: ATA636774A; DE2437342A1; FR2239733B1; NL177781C; GB1474201A; FR2239733A1; JPS5046108A; NL7410426A; IT1018781B; BE818389A; NL177781B; CA1054708A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Bandführungsanordnung mit einer Oberfläche, in der sich von einer Lufteintrittszone zu einer Luftaustrittszone führende, in einem Winkelbereich von ± 30° zur Richtung der Bandbewegung verlaufende, durch Stege voneinander getrennte Nuten befinden.

Derartige Bandführungsanordnungen eignen sich insbesondere für Magnetbandgeräte als zylindrische Führungen für das Magnetband, das dann auf einem Luftlagerfilm läuft.

In Magnetbandgeräten ist es oft erforderlich, das sich bewegende Band mittels zylindrischen Führungen zu führen, wobei zwischen dem Band und der Führung ein Luftlagerfilm vorhanden ist. Dieser Luftlagerfilm dient sowohl zur Vermeidung einer Abnutzung des Bandes und der Führung, als auch zur Eliminierung von unerwünschten Bandspannungsänderungen, die durch Änderung des Reibungswiderstandes des Bandes auf der Führung hervorgerufen werden. Eine Führung, bei der speziell die Reibung eliminiert werden soll, findet sich in breitbandigen Fernseh-, Aufzeichnungs- und Wiedergabegeräten mit schraubenförmiger Bandführung, in denen ein Magnetband in einem schraubenförmigen Weg um eine zylindrische Führung geführt ist und durch Magnetköpfe, welche um die Führungsachse rotieren, abgetastet wird. Das Band wird durch einen Bandantrieb in vorgegebener Richtung angetrieben, wobei Speicheranordnungen, wie beispielsweise Spulen in Bandlaufrichtung vor und hinter der Abtastanordnung angeordnet sind. Zur Aufrechterhaltung einer vorgegebenen Spannung in dem über die Abtastanordnung laufenden Band ist eine Spanneinrichtung vorgesehen, so daß ein vorgegebenes Stück (oder Volumen) des Bandes in einem gegebenen Zeitpunkt einen gegebenen Punkt (d.h. mit vorgegebener volumetrischer Geschwindigkeit) überläuft. Diese Geschwindigkeit soll für verschiedene Magnetbandgeräte sowohl bei Wiedergabe als auch bei Aufzeichnung, bei verschiedenen Werten der Umgebungstemperatur oder der Feuchtigkeit und bei unterschiedlichen Eigenschaften der Bänder verschiedener Hersteller immer gleich sein. Damit entspricht das Wiedergabesignal immer genau dem ursprünglich aufgezeichneten Signal.

Bei einem typischen Magnetbandgerät kann die Bandspanneinrichtung die Bandspannung in einem Bereich von etwa 220 g bis 530 g auf der Bandeintrittsseite an der Abtastanordnung variieren, um die

ίο Norm-Volumengeschwindigkeiten zu gewährleisten, welche für verschiedene Betriebsarten des Gerätes vorgegeben sind. Es ist natürlich wünschenswert, daß die Spannung an der Bandaustrittsseite der Abtastanordnung in jedem gegebenen Zeitpunkt möglichst

identisch gleich der Spannung an der Bandantrittsseite ist (d.h. T₀ZT₁ = 1, worin T₀ die Spannung an der Austrittsseite und T₁ die Spannung an der Eintrittsseite bedeuten). Ist diese Bedingung erfüllt, so übt die Abtastanordnung keinen Reibungswiderstand auf

»ο das Band innerhalb seiner schraubenförmigen Führung hervor. Ein derartiger, sich gewöhnlich unvorhersagbar ändernder Widerstand führt dazu, d?& gerade der Effekt, wie beispielsweise die Zeitbasisstabilität, die genaue Bandführung, die Auswechselbarkeit

"5 von Bändern zwischen Magnetbandgeräten sowie die Ausschaltung von Feuchtigkeitsänderungen, weiche durch die Bandspanneinrichtung gewährleistet werden sollen, nachteilig beeinflußt werden.

Bei bekannten Magnetbandgeräten wird der Reibungswiderstand an der Abtastanordnung durch Erzeugung eines Luftlagers zwischen dem Band und den zylindrischen Abtastführungen reduziert oder eliminiert. Ist die Bandgeschwindigkeit (nicht volumetrisch, sondern in Zentimeter pro Sekunde ausgedrückt) groß genug, so kann ein Luftlager dadurch erzeugt werden, daß das sich bewegende Band Luft durch Reibung in den sich verengenden spaltförmigen oder trichterförmigen Raum zwischen der zylindrischen Abtastführung und das an der Eintrittsseite tan-

*o gential auf die Führung auflaufende Band gezogen wird. Durch Einpressen in den Trichter wird die Luft komprimiert.

Generell gesprochen wird die Bildung eines Luftlagers zwischen einem sich bewegenden Band und einer

\5 stationären Führung durch Vergrößerung der Bandgeschwindigkeit, Vergrößerung des Krümmungsradius der Führung oder durch Absenkung der Bandspannung unterstützt. In manchen Magnetbandgeräten werden schnell rotierende Führungen verwendet, um Luft anzusaugen. Im Gegensatz dazu bewirkt eine Aufrauhung der Oberfläche der Führung einen Abbau des Luftlagers. Eine derartige Aufrauhung kann beispielsweise durch Herstellung tiefer Nuten in Richtung der Relativbewegung bewirkt werden. Das

55. gleiche Prinzip wird in der Reifentechnik für Fahrzeuge zur Vermeidung von Rutscherscheinungen angewendet, wobei das Rutschen hervorrufende Strömungsmediumlager abgebaut werden. Eine Glättung der Führungsfläche unterstützt natürlich die Aufrechterhaltung des Luftlagers, wenn sich dieses einmal gebildet hat. Allerdings verhindert eine perfekt glatte Fläche die Bildung des Luftlagers, da das Band in »haftenden« oder »klebenden« Kontakt mit einer Fläche gelangt, wenn es unter Spannung gestoppt

6s wird. Die Begriffe »haften« und »kleben« bezeichnen in diesem Zusammenhang einen Zustand, in dem sich zwischen dem Band und der Führung keine atmosphärische Luft befindet und in dem keine wirksamen

Kommunikationskanäle zur Zuführung der Luft vorhanden sind. Das Band wird dabei nicht nur durch die Radialkomponente (Normalkraft) der Schleifenspannung, sondern auch durch den atmosphärischen Luftdruck, welcher gewöhnlich viel größer ist, reibend an der Führung gehalten. Weiterhin spielen dabei auch elektrostatische und andere Kräfte eine Rolle, welche durch den Kontakt zwischen Band und Führung ins Spiel gelangen. Der haltende Klebeefekt ist oft so groß, daß ein Anlaufen des Bandes vollständig unterbanden wird. Dies kann dazu führen, daß die Antriebsmotoren abgedrosselt werden, Schlupferscheinungen an den Bandantrieben auftreten oder starke Dehnungen im Band entstehen, ohne daß es anlaufen kann.

Aus der DT-OS 1908 508 ist bereits eine Bandführungsanordnung für ein Magnetbandgerät in Form einer drehbaren (oder stillstehenden) Trommel bekanntgeworden, in deren Umfang Nuten (Rillen) vorgesehen sind, die den Umfangsgeschwindigkeitsvektor der Trommel schneiden. Insbesondere liegt dabei der Steigungswinkel der Nuten in einem Winkelbereich von 30° zur Richtung der Bandbewegung. Dadurch wird erreicht, daß sich zwischen dem Magnetband und der Trommel ein Luftlagerfilm bildet. Die Tiefe der Nuten beträgt 30 bis 50 μπι oder 3 bis 5 · 10"³ cm.

Es ist weiterhin aus der GB-PS 1209130 eine entsprechende trommeiförmige Bandführungsanordnung bekanntgeworden, bei der in Achsrichtung verlaufende Nuten mit einer Tiefe von mehreren Zehnteln μπι vorgesehen sind.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, solche Ausgestaltungen der Nuten bei einer Bandführungsanordnung anzugeben, daß bei ruhendem Magnetband atmosphärische Luft zwischen Magnetband und Bandführungsanordnung eintreten kann, um ein Haften oder Kleben im obengenannten Sinne zu vermeiden, und daß bei sich bewegendem Band ein optimaler Luftlagerfilm auch bei extrem kleinen Bandgeschwindigkeiten gegeben ist.

Diese Aufgabe wird bei einer Bandführungsanordnung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Tiefe der einzelnen Nuten für eine sich in einem Bereich von etwa 155 g bis 465 g +5 liegende Bandspannung, für eine Bandgeschwindigkeit zwischen etwa 12,70 cm/sec und etwa 38,1 cm/sec und für einen Führungskrümmungsradius von etwa 6,7 cm kleiner als 5,08 · 10"⁴ cm ist, daß der Abstand einander benachbarter Nuten zwischen 2,54 und 7,62 · 10~³ cm liegt und daß innerhalb eines jeden quer zu den Nuten verlaufenden Bereichs von 7,62 ■ 10~² cm der Abstand zwischen dem höchsten Steg und dem tiefsten Steg weniger als 7,62 · 10"⁵ cm und der Abstand zwischen dem höchsten Steg und dem Tal der tiefsten Nut weniger a's 1,27 · 1O^-4 cm beträgt.

Bei den vorstehend angegebenen Bemessungswerten der Nuten ergibt sich, daß deren mittlere Tiefe in der gleichen Größenordnung liegt wie oder kleiner ist als die Dicke des Luftlagerfilms, die sich bei den angegebenen Werten für die Bandspannung, die Bandgeschwindigkeit und den Führungskrü"imungsradius ergibt. Beispielsweise der vorveröffentlichten US-PS 3 170045 ist der funktionell Zusammenhang zwischen der Dicke des Luftlagerfilms, dem Führungskrümmungsradius, der absoluten Viskosität von Luft, der Bandgeschwindigkeit und der Bandspannung entnehmbar. Errechnet man aus den vorstehend angegebenen erfindungsgemäUen Werten für die verschiedenen Werte der Bandgeschwindigkeit und der Bandspannung sowie für den Wert des Führungskrümmungsradius die jeweiligen Dicken des Luftlagerfilms, so zeigt sich, daß die mittlere Tiefe der Nuten in dem genannten Zusammenhang mit diesen errechneten Werten der Dicke des Luftlagerfilms steht.

Es zeigt sich, daß bei Realisierung dieses Zusammenhangs die Forderungen optimal erfüllt werden, daß einerseits bei ruhendem Magnetband ein Haften oder Kleben an der Führungsanordnung und daß andererseits bei sich bewegendem Band ein Abbau des Luftlagerfilms vermieden wird.

Aus den vorstehenden Darlegungen folgt nun, daß die Tiefe der Nuten nach der DT-OS 1908 508, welche etwa um eine Größenordnung über derjenigen nach der Erfindung liegen, zur Erfüllung der genannten Forderungen ungünstiger sind.

Beim Gegenstand der GB-PS 1 209130 verlaufen die Nuten praktisch senkrecht zur Bandbewegungsrichtung. Da der Luftlagerfilm bei sich bewegendem Band dadurch gebildet wird, daß Luft durch das Band in einem trichterförmigen Eintrittsbereich, in dem das Band tangential auf die Führung aufläuft, in das Lager gepumpt wird, stehen die praktisch senkrecht zur Bandbewegung verlaufenden Stege zwischen den Nuten dieser »Einpumpwirkung« in gewissem Grade entgegen, so daß die Bildung des Luftlagerfilms erschwert wird.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand eines in den Figuren der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Abtastanordnung mit einer Bandführungsanordnung gemäß der Erfindung, und

Fig. 2 eine vergrößerte Querschnittsdarstellung in einer durch die Achse der Bandführungsanordnung nach Fig. 1 verlaufenden Ebene 16-16.

Fig. 1 zeigt eine Abtasttrommelanordnung 11, um welche ein Magnetband 12 in einem schraubenförmigen Weg von nahezu 200° geführt ist, während es durch einen rotierenden Magnetkopf 13 abgetastet wird. Um das Band für die Abtastung durch den Kopf 13 in einem Umschlingungswinkel von 360° zu führen, ist ein Paar von schwenkbaren Führungen 22 vorgesehen, welche gegeneinander und gegen die Anordnung 11 schwenkbar sind. Diese Führungen drücken den in Bewegungsrichtung vorderen und den in Bewegungsrichtung hinteren Schenkel der Bandschleife in die Stellung, die in Fig. 1 dargesteilt ist. Das Band wird bei Aufzeichnung und Wiedergabe durch einen Bandantrieb 14 in einer Richtung 15 angetrieben. In Bandlaufrichtung vor und hinter der Anordnung 11 sind Bandspeicherelemente in Form von Spulen 16 vorgesehen. Um eine solche Spannung im Band aufrechtzuerhalten, daß ein vorgegebenes Stück (oder ein vorgegebenes Volumen) des Bandes in einer gegebenen Zeit einen gegebenen Punkt (d.h. mit vorgegebener Volumengeschwindigkeit) überläuft, ist eine an sich bekannte und hier nicht dargestellte Bandspanneinrichtung vorgesehen. Der Kopf 13 rotiert koaxial zwischen einem Paar von zylindrischen Bandführungen 17 und 18 auf einem kreisförmigen Weg, wobei die untere Bandführung 17 stationär ist und die obere Bandführung 18 gegen die Richtung der Bandbewegung rotiert. Durch eine speziell gestaltete Umfangsfläche 21 der unteren Führung 17 wird Luft zwischen

die Fläche 21 und das auf diese Führung auflaufende Band gesaugt, so daß sich zwischen dem Band und dieser Führung ein Luftlagerfilm bildet. Zwischen dem Band und der oberen Führung 18 wird teils durch eine entsprechend gestaltete Fläche 21 und teils durch 5 die Rotation dieser Führung ebenfalls ein Luftlagerfilm gebildet. Die obere Führung 18 kann jedoch auch stationär sein, wobei dann der Luftlagerfilm vollständig durch die speziell gestaltete Fläche 21 auf dieser Führung 18 gebildet wird. ¹⁰

Die spezielle Ausgestaltung der Flächen auf den Führungen 17 und 18 ist durch Umfangsnuten 21 entweder in Ringform oder in Schraubenform gegeben, welche zu klein sind, um in Fig. 1 sichtbar dargestellt werden zu können. Diese Nuten sind in der Praxis ¹S auch zu klein, um mit dem bloßen Auge wahrgenommen werden zu können. Die Ausgestaltung dieser Nuten ist in vergrößerter Darstellung aus Fig. 2 ersichtlich. Die Nuten unterstützen die langsame, jedoch zuverlässige Verteilung von atmosphärischer Luft im ²⁰ Lagerbereich zwischen der Führung 17 und dem stationären Band im Stillstand, so daß einer Klebwirkung auf Grund des atmosphärischen Luftdrucks und von van-der-Waals-Kräften (Molekularkräfte) entgegengewirt wird. Die Nuten sind jedoch zu flach, um einen ^a5 Abbau der sich schnell bewegenden, unter Druck stehenden Luft eines Luftlagers nach dessen Bildung zuzulassen. Wenn sich das Band zu bewegen beginnt, wird darüber hinaus die Luft, welche immer in den Nuten vorhanden ist, bis zu einem gewissen Grade 3<> in Längsrichtung komprimiert. Dieser Effekt unterstützt den Aufbau und die Aufrechterhaltung der unter Druck stehenden Luft im Lagerfilm. Die Führung 18 kann zur Aufrechterhaltung des Luftlagerfilms rotieren, wenn das Band in den Stillstand abgestoppt 35 wird. Im Bedarfsfalle können jedoch beide Führungen als vollkommen stationäre Elemente ausgebildet sein, was zu einer wesentlichen Senkung der Herstellungskosten führt. Weitere stationäre Führungen, wie beispielsweise Führungszapfen 22 und 23, können eben- *° falls Nuten im Sinne der Erfindung aufweisen, so daß bei normalen Bandgeschwindigkeiten reibungsfreie Luftlager gebildet werden.

Die Nuten 21 (Fig. 2) können jeweils eine Breite von 2,54 · 10"³ bis 5,08 10"³ cm besitzen; eine 45 Vorschrift für die minimale oder maximale Breite der Nuten besteht lediglich in der Hinsicht, daß sie so schmal sein müßten, daß kein Abbiegen des stehenden Bandes in sie erfolgt, das dem Eintritt von atmosphärischer Luft entgegenwirken würde. Die Tiefe der Nu- 5° ten ist kleiner als 5,08 · 10~⁴ cm. Die Breitenabmessung kann daher etwa lOOmal größer als die Tiefenabmessung sein. Da derartige Proportionen schwer maßstabsgenau darzustellen sind, ist die Tiefenabmessung in den Figuren der Zeichnung stark 55 vergrößert dargestellt Dies darf jedoch nicht von der Tatsache ablenken, daß gerade die geringe Tiefe der Nuten auch die durch die Erfindung erzielbaren Vorteile mit sich bringt.

Die Bandführungsanordnung besitzt einen Radius 6° von etwa 6,7 cm (Durchmesser gleich 13,466 cm). Die

Bandspannungswerte liegen in einem Bereich von etwa 155 g bis 465 g, woraus sich ein sehr kleiner Reibungswiderstand ergibt. Für eine Bandspannung von 310 g ergeben sich die besten Eigenschaften für eine Bandgeschwindigkeit zwischen etwa 12,70 und 38,1 cm/sec. Dies gilt auch für eine Bandspannung von 465 g.

Die Nuten 21 sind vorzugsweise unter einem Winkel von 0 bis 30° zur Richtung der Relativbewegung geschnitten.

Bei der Herstellung von Nuten mit derartigen kleinen Abmessungen ist es wichtig, daß die Abmessungen von Nut zu Nut eine gewisse Gleichförmigkeit besitzen, da zu große Abweichungen dazu führen können, daß mehrere Nuten im Effekt eine einzige größere und zu tiefe Nut bilden, so daß die Luft ausströmen kann. Beim Schleifen einer Fläche ist es praktisch unmöglich, tiefe Riefen zu vermeiden, welche zum Teil aus der Belastung und der unvermeidbaren Verschiebung aus der vorgegebenen Stellung des Schleifwerkzeugs resultieren. Die Herstellung der Nuten ist demgegenüber ein methodischer, systematischer und sicherer Weg zur Bildung von Vertiefungen, welche weder eine zu große noch eine zu flache Tiefe besitzen und deren Regelmäßigkeit und Gleichförmigkeit konstant ist.

Andere Oberflächenbearbeitungsverfahren, wie beispielsweise Sand-, Kugel- oder Gießstrahlen, Bearbeitung mit elektrischer Bogenentladung oder Schrumpflackierung sind ebenfalls anwendbar, vorausgesetzt, daß die sich dabei ergebenden Nuten ausreichend lang oder miteinander verbunden sind, um ein Eindringen atmosphärischer Luft zu gewährleisten. Darüber hinaus müssen auch ausreichend flache Tiefenabmessungen herstellbar sein, um einen Abbau des Luftlagers zu vermeiden. Schließlich muß auch die obengenannte Gleichförmigkeit des Profils und eine ausreichend glatte Krümmung gewährleistet sein, um ein Haften des Bandes beim Starten zu vermeiden.

Für eine Anordnung nach Fig. 2 haben sich die im folgenden angegebenen Maße in der Praxis als zufriedenstellend herausgestellt.

1. Richtung der Nuten: innerhalb eines Winkels von 30° zur Richtung der Relativbewegung

Abstand: zwischen 2,54 und 7,62 · 10~³ cm

3. Steg-Talkontur: regelmäßig, glatt gekrümmt, sinusförmige oder wellenförmige zyklische Gestalt mit einer Steg-Talabmessung von weniger als 1,27 10"⁴ cm

4. Profil der Stege: maximaler Steg-Stegabstand von 7,62 · 10~⁵ cm innerhalb jedes gegebenen Querbereiches von 7,62

10

-5

cm.

Die erfindungsgemäße Bandfuhrungsanordrping besitzt also flache Nuten, welche generell in Umfangsrichtung und parallel zur Richtung der Relativbewegung zwischen Band und Führung verlaufen, wobei die Führung entweder stationär sein oder rotieren kann. Die Nuten sind dabei so flach, daß ein Austritt der Luft verhindert wird, welche durch das Band ic den trichterförmigen Eintrittsbereich geführt wird, indem das Band tangential auf die Führung aufläuft

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

M 569

Claims

Patentanspruch:

Bandführungsanordnung mit einer Oberfläche, in der sich von einer Lufteintrittszone zu einer Luftaustrittszone führende, in einem Winkelbereich von ± 30° zur Richtung der Bandbewegung verlaufende, durch Stege voneinander getrennte Nuten befinden, dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefe der einzelnen Nuten (21) für eine sich in einem Bereich von etwa 155 g bis 465 g liegende Bandspannung, für eine Bandgeschwindigkeit zwischen etwa 12,70 cm/sec und etwa 38,1 cm/sec und für einen Führungskrümmungsradius von etwa 6,7 cm kleiner als 5,08 · 10~⁴ cm ist, daß der Abstand einander benachbarter Nuten (21) zwischen 2,54 und 7,62 · 10"³ cm liegt und daß innerhalb eines jeden quer zu den Nuten (21) verlaufenden Bereichs von 7,62 · 10~² cm der Absrand zwischen dem höchsten Steg und dem tiefsten Steg weniger als 7,62 · 10"⁵ cm und der Abstand zwischen dem höchsten Steg und dem Tal der tiefsten Nut weniger als 1,27 · 10"⁴ cm beträgt.