DE2442787A1

DE2442787A1 - Antrieb fuer langsamlauf-bandgeraete

Info

Publication number: DE2442787A1
Application number: DE2442787A
Authority: DE
Inventors: William Dana Richards
Original assignee: American Optical Corp
Current assignee: Warner Lambert Co LLC
Priority date: 1973-09-10
Filing date: 1974-09-06
Publication date: 1975-03-13
Also published as: CA1012946A; NL7411678A; BR7407488D0; US3913869A; JPS5057202A; USB396025I5; GB1473160A

Description

Dr. phil. G. B. HAGEN ,.

Dipl.-Phys. W. KAlKOFF

MÜNCHEN 71 (Solln)
Franz-Hals-Straße 21
Tel. (C811) 7962 13

AO 3400 München, 3. September 1974

sch

American Optical Corporation 14 Mechanic Street
Southbridge, Mass, (V. St. A.)

Antrieb für Langsamlauf.-Bandgeräte

Priorität: 10. Sept. 1973; V.St.A.; Nr. 396 025

Die Erfindung betrifft einen Antrieb für Bandgeräte, insbesondere Langsamlauf-Bandgeräte.

Auf vielen Anwendungsgebieten für Bandgeräte ist eine genaue Geschwindigkeitsregelung erforderlich. Es gibt jedoch ein Gebiet, auf dem eine solche Regelung nur sehr schwierig zu erreichen ist. Allgemein gilt, daß die Erzielung einer konstanten Bandgeschwindigkeit desto leichter ist, je größer das Gerät und/oder die Bandgeschwindigkeit ist. Probleme treten in Verbindung mit kleinen Langsamlauf-Bandgeräten auf,

Ein solches Gerät ist z. B. ein tragbares Bandgerät zum Aufnehmen der physiologischen Signale eines Patienten, etwa eines EKG-Signals. Es ist in vielen Fällen erwünscht, das kontinuierliche EKG-Signal über einen Zeitraum von 24 h auf eine einzige übliche Bandkassette aufzuzeichnen. Zu diesem

50981 1 /10 5 4

Zweck muß das Band mit einer beträchtlich unter 25,4 mm/s liegenden Geschwindigkeit, z. B. mit 1,6 mm/s, bewegt werden. Es ist sehr wichtig, daß die Bandgeschwindigkeit konstant ist; wenn die Aufzeichnung wiedergegeben wird, werden häufig die Zeitintervalle zwischen den R-Spitzen aufeinanderfolgender Herzschläge gemessen, und diese Zeitintervalle können sehr stark variieren, wenn die Bandgeschwindigkeit während der Aufzeichnung nicht konstantgehalten wurde. Es ist erforderlich, sowohl Hochfrequenzänderungen (Plattern) als auch Niederfrequenzänderungen (Jaulen) zu minimieren. Die£ ist bei einem tragbaren langsamlaufenden Miniatur-Bandgerät sehr schwierig zu erreichen. Das im folgenden erläuterte Ausführungsbeispiel der Erfindung betrifft zwar ein Bandaufzeichnungsgerät ohne Wiedergabe- oder Rückspulmöglichkeit, da normalerweise eine solche Aufzeichnungskassette in einer getrennten Wiedergabeeinheit abgehört wird; die Erfindung ist jedoch auch bei Langsamlauf-Bandgeräten anwendbar, die ein Band in beide Richtungen bewegen können.

Grundsätzlich wird zum Erreichen einer konstanten Bandgeschwindigkeit ein Synchronmotor mit niedriger Drehzahl verwendet. Ein typischer derartiger Motor, z. B. mit einem Dauermagnet-Laufer, zeigt jedoch Verkämmungserscheinungen (cogging); das Drehmoment des Motors ändert sich, wenn die Pole des Dauermagneten an den Ständerspalten vorbeilaufen, und somit kann die Geschwindigkeit nicht konstant sein. Zum Ausfiltern dieser Hochgeschwindigkeitsänderungen sowie für die erforderliche Geschwindigkeitsreduktion vom Motor zum Windenantrieb ist ein elastischer oder nachgiebiger Riemen verwendbar. Typischerweise wird ein Massenträgheitselement (Schwungrad) vom Riemen getrieben, wobei die Winde entlang dessen Achse gesichert ist. Der Treibriemen verbindet die Motorwelle mit dem Schwungrad zum direkten Antrieb der Winde.

50981 1/1054

Diese Lösung wird in üblichen Bandgeräten verwendet, die mit normalen Bandgeschwindigkeiten von z. B. 47»6 mm/s laufen. Das Schwungrad speichert Energie und neigt dazu, mit konstanter Geschwindigkeit umzulaufen. Der Riemen, der dem Schwungrad kontinuierlich Energie zuführt, kann sich zum Steuern eines gleichmäßigen gefilterten Energieflusses vom Motor zum Schwungrad strecken und zusammenziehen, so daß eine konstante Winden-Geschwindigkeit erzielbar ist.

Bei einem Langsamlauf-Bandgerät, bei dem die Winde am Schwungrad gesichert ist, reicht die langsame Geschwindigkeit des Schwungrads jedoch nicht zum Unterhalten einer konstanten Geschwindigkeit aus; die Massenträgheit des Schwungrads ist in diesem Fall zu niedrig. Es ist ferner bekannt, daß das durch die Reduktionselemente selbst eingeführte Jaulen und Plattern desto stärker ist, je größer die Geschwindigkeitsreduktion ist. Bei einem Langsamlauf-Bandgerät der beschriebenen Art können die durch die Geschwindigkeitsreduktionselemente selbst eingeführten Störgeräusche die Geschwindigkeitsregelung in hohem,Maß nachteilig beeinflussen.

Das heißt also, eine niedrige Winden-Geschwindigkeit verhindert, daß das Massenträgheitselement Jaulen und Flattern bei einem üblichen Antrieb ausreichend vermindert. Wenn jedoch ein von Flattern freier Motor mit hoher Drehzahl verwendet wird, muß die Geschwindigkeitsreduktion so groß sein,^vdaß die dazu erforderlichen Elemente selbst übermäßige Änderungen der Bandgeschwindigkeit einführen.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines gedrängt ausgebildeten und in höchstem Maß geregelten Antriebs für Langsamlauf-Bandgeräte, der die genannten Nachteile überwindet.

50981 1 /1 054

Gemäß der Erfindung wird ein Drehstrom-Synchronmotor mit relativ niedriger Drehzahl (weniger als 400 U/min) verwendet, der über einen die Geschwindigkeit reduzierenden nachgiebigen Riemen mit einem Massenträgheitselement (einem Schwungrad) verbunden ist; das Schwungrad ist über eine weitere Riemenreduktionseinheit mit der Winde verbunden. Da das Schwungrad an einer Stelle zwischen dem Motorantrieb und der Winde angeordnet ist, hat es eine genügend hohe Drehzahl, um als wirksames Regelelement zu wirken, obwohl sich die Winde mit langsamer Geschwindigkeit bewegt. Durch die Verwendung eines Motors mit relativ niedriger Drehzahl wird die erforderliche Gesamtgeschwindigkeitsreduktion minimiert, so daß die Reduktionselemente selbst weder übermäßiges Jaulen noch Plattern einführen.

Bei dem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel ist die Motordrehzahl 300 U/min, die Schwungraddrehzahl 130 U/min und die Windendrehzahl 18 U/min. Das Verhältnis der Massenträgheit des Schwungrads zur Massenträgheit der Winde ist dem Quadrat des Drehzahlverhältnisses proportional,und infolgedessen ist die Massenträgheit des Schwungrads ca. 50mal so groß wie die der Winde, wobei nicht einmal die viel größere Masse des Schwungrads relativ zur Winde berücksichtigt wird. Das Verhältnis der Massenträgheitswerte bei der Betriebsgeschwindigkeit ist natürlich aufgrund der viel größeren Masse des Schwungrads wesentlich größer. Gemäß der Erfindung ist die Oberflächengeschwindigkeit der Winde weniger als 25,4 mm/s, und bei der Betriebsgeschwindigkeit des Bandgeräts ist das Verhältnis der Massenträgheit des Schwungrads zur Massenträgheit der Winde größer als 25:1.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird • die Aufwickelspule vom Schwungrad über eine getrennte Reduktionsmechanik getrieben. Ein erster Riemen verbindet das

509811/1054

Schwungrad mit einer Zwischen-Riemenscheibe, und ein zweiter Riemen verbindet die Zwischen-Riemenscheibe mit der Aufwickel-Antriebsspindel. Um eine kompaktere Ausbildung zu erzielen, ist die Zwischen-Riemenscheibe auf der gleichen Achse wie die Winde gesichert. Es kann zwar zum Antrieb sowohl der Winde als auch des Aufwickelelements durch, das Schwungrad nur ein einziger Riemen verwendet werden; ein gesonderter Antrieb für die Kassetten-Aufwickelspule wird jedoch bevorzugtp so daß die Massenträgheit des Schwungrads Laständerungen isolieren kann, die durch die Aufwickelmechanik von der Winde eingeführt werden.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand der"Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Perspektivansicht des Ausführungsbeispiels der Erfindung;

Fig. 2 einen Schnitt 2-2 nach Fig. 1; und Fig, 3 einen Schnitt 3-3 nach Fig. 1/

Der Bandantrieb ist auf einer Plattform 12 gesichert. Ein Drehstrom-Synchronmotor 16 ist in nicht gezeigter Weise auf der Plattform gesichert, und ein U-Haltearm 14 ist über dem Motor an der Plattform befestigt. Gemäß Fig.· 2 ist ein Lager 15 in der Plattform vorgesehen, und die Motorwelle 20 verläuft durch das Lager nach oben. Auf der Welle 20 ist eine Riemenscheibe 18 gesichert,und ein C-Greifer 22 ist -im Preßsitz über eine Nut in der Welle 20 gedrückt und hält die Riemenscheibe 18 in einer festen Lage zwischen dem C-Grei-. fer und dem Lager 15.

Eine Feder 24 koppelt die Welle 20 mit der Riemenscheibe 18.· Beide Enden der Feder sind in der gezeigten Weise gebogen, und zwar ist das Federende 24a in ein Loch in der Welle 20

5.0 98 1 1/1054

AO 3400 , - 6 -

2U2787

eingeführt, und das Federende 24b ist in ein Loch im oberen Abschnitt 18b der Riemenscheibe 18 eingesetzt. Ein Drehstrom-Synchronmotor, der von einem nicht gezeigten Generator so antreibbar ist, daß er mit ca. 300 U/min umläuft, hat möglicherweise kein hinreichend großes Startdrehmoment, um die verschiedenen beweglichen Teile in Bewegung zu setzen, wenn die Riemenscheibe 18 unmittelbar an der Motorwelle gesichert ist. Aus diesem Grund ist die Feder 24 vorgesehen. Wenn der Motor zu arbeiten beginnt, wird die Feder durch das Drehen der Welle einfach geringfügig gespannt. Nachdem sich der Motor einige Grade gedreht hat, genügt die Federspannung, die Riemenscheibe 18 mitzuziehen, so daß sich die Riemenscheibe mit der Welle dreht. In der Zeichnung ist die Feder 24 zwar in. eine Richtung aufgewickelt gezeigt, sie ist jedoch auch umgekehrt aufgewickelt verwendbar.

Der untere Abschnitt 18a der Riemenscheibe 18 hat eine einen Riemen 26 aufnehmende Nut. Der Riemen besteht aus nachgiebigem Gummi oder einem ähnlichen elastischen Werkstoff und treibt ein Schwungrad bzw. Massenträgheitselement 38.

Die Befestigung des Schwungrads ist aus Fig. 2 am besten ersichtlich. Ein U-HaItearm 28 ist an der Plattform 12 gesichert, und in der Plattform ist ein Lager 32 zum Haltern des Unterendes einer frei drehbaren Welle 34 und Halten dieser Welle in einer ortsfesten Axialstellung angeordnet. Ein weiteres Lager 30 ist im U-Haltearm 28 gesichert zum Haltern des Schwungrads 38, das in seiner Lage durch einen am Oberende der Welle gesicherten C-Greifer 36 gehalten ist. Das Sehwungrad selbst besteht aus drei Teilen: einem Oberteil 38a mit einer Nut für den Riemen 26, einem Zwischenteil 38b mit größerem Radius zum Steigern der Massenträgheit des Schwungrads und einem Unterteil 38c, das auf dem Lager 30 gehaltert ist. Dieses Unterteil hat zwei Nuten für zwei zu-

509811/1054

sätzliche Riemen 40 und 42, die zum Treiben der Winde und der Aufwickelspindel verwendet werden. Vorzugsweise besteht das Schwungrad aus Metall; je schwerer das Schwungrad ist innerhalb der durch das Motordrehmoment vorgegebenen.Grenzen -, desto besser ist die Regelung.

Gemäß Fig. 1 und 3 besteht eine Einheit 50 aus einer einstückigen Riemenscheibe 50b und einem mittigen senkrechten Windenstift 50a. Tatsächlich wird ein Magnetband in bekannter Weise von dem Windenstift als Bandantriebsachse getrieben, wenn da3 Band durch eine Andrückrolle dagegen gedrückt wird. Ein Drehzapfen 50c ist an der Einheit 50 vorgesehen und im Lager 48 gehaltert, das in der Mitte eines U-Haltearms 46 gesichert ist. Ein C-Greifer 52' ist zum Halten der Einheit 50 in ihrer Lage auf dem Oberende des Lagers 48 in einer Nut im Drehzapfen 50c gesichert. Ein Riemen 42 verbindet die Einheit 50 mit dem Schwungrad 38 zum Treiben der Winde 50a.

Eine Riemenscheibe 52 hat zwei axiale Abschnitte 52a und 52b, und die Riemenscheibe ist um die Winde 50a frei drehbar gesichert, wobei die Unterseite der Riemenscheibe 52 unmittelbar gegen das Oberende des Teils 50b der Einheit 50 wirkt (vgl. Figur). Jeder der beiden Abschnitte der Riemenscheibe 52 hat eine Nut, die einen der Riemen 40 und 56 aufweist. Der Riemen 40 verbindet die Riemenscheibe 52 mit dem Schwungrad, und der Riemen 56 verbindet die Riemenscheibe mit einer weiteren Riemenscheibe 66.

Die Riemenscheibe 66 ist an einem Axialglied 64 gesichert, das eine Spindel 64a zum Treiben einer üblichen Bandkassette, einen an der Riemenscheibe 66 gesicherten Zwischenabschnitt 64b und eine Welle 64c hat. Die Welle ist in einem in der Plattform 12 angeordneten Lager 62 gesichert, und ein Haltearm 60 haltert den Zwischenabschnitt 64b des Glieds 64. Die Spindel 64a wird mit einer Geschwindigkeit getrieben, die

50981 1 /1054

größer als die Höchstgeschwindigkeit zum Drehen der Aufwickelspule einer üblichen Bandkassette ist, wie für sich bekannt ist. Wenn eine Bandkassette über die Winde 50a und die Aufwickelspindel 64a gelegt wird, wird die Drehgeschwindigkeit der Aufwickelspindel durch das Band in der Kassette begrenzt, dessen Geschwindigkeit durch die Winde 50a gesteuert wird. Wenn also eine Kassette auf dem Antrieb angeordnet wird, bewegt sich die Aufwickelspindel nicht mit Höchstgeschwindigkeit, und stattdessen hat der Riemen 56 in bezug auf die Nut im Abschnitt 52a der Riemenscheibe 52 einen Schlupf.

Die Drehzahlreduktion von der Riemenscheibe 18 zum Schwungrad ist etwas größer als 2:1. Die Drehzahlreduktion vom Schwungrad zu jeder der Riemenscheiben 50 und 52 ist ca. 7:1. Das Schwungrad widersetzt sich Änderungen seiner Drehzahl und bewirkt ein abwechselndes Strecken und Zusammenziehen des Riemens 26, wodurch alle Drehzahländerungen, die sonst durch die Verkämmung des Motors eingeführt werden würden, gefiltert werden. Die zweite Drehzahlreduktion durch den vom Schwungrad zur Riemenscheibe 50b verlaufenden Riemen 42 erzeugt den langsamen übergangsfreien Antrieb für die Winde 50a. Obwohl sich die Winde mit relativ niedriger Drehzahl bewegt, die · verhindern würde, daß ein an ihr gesichertes Schwungrad wirksam sein könnte, wird die erforderliche Schwungradwirkung dadurch erzielt, daß das Schwungrad in einer Zwischenlage zwischen dem Motor und der Winden-Riemenscheibe angeordnet ist. Das Verhältnis der Massenträgheit des Schwungrads zur Massenträgheit der Windeneinheit bei der Betriebsgeschwindigkeit des Antriebs sollte wenigstens 25Jl betragen, wenn die Oberflächengeschwindigkeit (Bandgeschwindigkeit) der Winde weniger als 25,4 mm/s beträgt. Eine geeignete Drehzahlregelung wird selbst zum Aufzeichnen von EKG-Signalen mit einer Bandgeschwindigkeit von nur 1,6 mm/s erreicht,

509811/1054

AO 3400 - 9 -

obwohl ein Motor mit relativ niedriger Drehzahl verwendet wird. Obwohl ein Motor mit hoher Drehzahl von sich aus aufgrund der Masse des Läufers, der auf der Hochgeschwindigkeitswelle gesichert ist, einen Schwungradeffekt liefert, würde die bei Verwendung eines solchen Motors erforderliche Drehzahlreduktion unzulässige Drehzahländerungen einführen. Vorzugsweise ist die Drehzahl des bei der Erfindung verwendeten Motors kleiner als 400 U/min.

Die Riemenscheibe 52 und der Riemen 40 können entfallen, und stattdessen ist die Riemenscheibe 50 zum Treiben der Auf- . wickelspindel über den Riemen 56 verwendbar. Einer der Vorteile der zusätzlichen Riemenscheibe 52 und des zusätzlichen Riemens 40 besteht jedoch darin, daß durch die Aufwickelspindel eingeführte Drehzahländerungen von der Winde isoliert werden. Diese Änderungen werden über den Riemen 56, die Riemenscheibe 52 und den Riemen 40 zum Schwungrad übertragen, das sie auffängt. Wenn über einen Riemen eine direkte Verbindung zwischen der Winden-Riemenscheibe und der Aufwiekel-Riemenscheibe hergestellt wird, werden durch die Aufwickel- ■ spindel eingeführte Änderungen in der Windendrehzahl reflektiert. :

Patentansprüche;

50981 1 /1054

Claims

Patentansprüche

Antrieb für Langsamlauf-Bandgeräte, g e ke nnzeichnet durch einen.Drehstrom-Synchronmotor (l6), ein Schwungrad (38), einen ersten Riemen (26) zum Treiben des Schwungrads (38) durch den Synchronmotor (16), eine Winden-Riemenscheibe (52) mit einem in Axialrichtung davon sich erstreckenden Windenstift (50a), einen zweiten Riemen (40) zum Treiben der Winden-Riemenscheibe (52) durch das Schwungrad (38), eine Aufwickel-Riemenscheibe (66) mit einer in Axialrichtung davon sich erstreckenden Aufwickelspindel (64a), und eine Einheit mit wenigstens einem zusätzlichen Riemen (52) zum Treiben der Äufwickel-Riemenscheibe (66) durch das Schwungrad (38), wobei der erste (26) und der zweite (40) Riemen die Oberflächengeschwindigkeit des Windenstifts (50a) so regeln, daß sie weniger als 25,4 mm/s beträgt, und die Massenträgheit des Schwungrads (38) wenigstens 25mal so groß wie die Massenträgheit der Winden-Riemenscheibe (52) und des Windenstifts (50a) bei der Betriebsgeschwindigkeit des Antriebs ist.
2. Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Einheit zum Treiben der Aufwickel-Riemenscheibe (66) eine Zwischen-Riemenscheibe (52) hat, die über einen ersten zusätzlichen Riemen (40) mit dem Schwungrad (38) und über einen zweiten zusätzlichen Riemen (56) mit der Aufwickel-Riemenscheibe (66) verbunden ist.
3. Antrieb nach Anspruch 2_f dadurch gekennzeichnet , daß die Zwischen-Riemenscheibe (52) auf dem Oberende der Winden-Riemenscheibe (50b) um den Windenstift (50a) in axialer Ausrichtung mit diesem frei drehbar gesichert ist.

509811/1054

AO 3400 - 13
4. Antrieb nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet , daß der Synchronmotor (16) eine Welle (20) und der erste Riemen (26) eine auf dieser gesicherte Riemenscheibe (18) hat, daß eine Feder (24) die Motorwelle (20) mit der darauf gesicherten Riemenscheibe (18) verbindet, und daß das Schwungrad (38) durch die Motor-Riemenscheibe (18) über den Riemen (26) treibbar ist, wobei die Feder (24) ein geringes anfängliches Drehen der Motorwelle (20) ermöglicht, bevor die Motor-Riemenscheibe (18) durch die Motorwelle (20) und die Feder (24) getrieben wird.
5. -Antrieb nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Drehzahl des Motors (16) weniger als 400 U/min ist.

50981 1/1054