DE2460096C3 - Vorrichtung zum kontinuierlichen Spannen eines band- oder fadenförmigen Informationsträgers beim Umspulen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Spannen eines band- oder fadenförmigen Informationsträgers zwischen einer Abwickelspule und einer Aufwickelspule, die als Federausgleichsgetriebe derart zwischen beide Spulen gekoppelt ist, daß an diesen Spulen gleichgroße, doch gegensinnig gerichtete Drehmomente vorhanden sind, bestehend aus mindestens zwei Federwerken konstanten Drehmoments mit ie einem vorgekrümmten Rollfederband das S-förmig, entgegen seiner inhärenten Vorkrümmung zwischen je eine Vorratsrolle und eine Arbeitsrolle derart gewunden ist daß der Windungssinn des einen Federbands en'tgegengerichtet zu dem des anderen Federbands ist, wobei jeweils eine der zu einem Federwerk gehörenden Rollen an der Spule, und die anderen gemeinsam um eine Achse drehbar sind.

Derartige Vorrichtungen können in Laufwerken und Kassetten, insbesondere für Magnetbänder und Bildfilme aber auch für Lochstreifen angewandt werden.

Bei einer bekannten Vorrichtung (DT-PS 8 16 312) is! in einem Magnetbandlaufwerk eine Spiralfeder zwischen zwei koaxial angeordnete Spulen derart gespannt, daß an den Spulen gegensinnige Drehmomente entstehen durch die das Magnetband zwischen den Spulen gespannt wird. Ein Bandantrieb zieht das Magnetband von der Abwickelspule; nach Passieren des Banda.itriebs wird es auf die Aufwickelspule durch die Federenergie wieder aufgespult. Anfangs muß sich die volle Abwickelspule langsamer als die leere Aufwickelspule drehen. Dadurch entspannt sich die Feder allmählich. Wenn das Band zur Hälfte umgespult ist. kehren sich die Wickelverhältnisse um. Von da an ist die Aufwickelspule voller als die AbwickelspüL, daher dreht sich die Abwickelspule· schneller, und die Feder wird vom Bandantrieb her über das Magnetband und die Abwickelspule wieder aufgezogen. Die Feder wirkt als Differential-Ausgleichsgetriebe, da sie während des Umspulvorgangs die Differenz zwischen den Umdrehungen der beiden Spulen ausgleicht.

Lösungsversuche dieser Art mittels Spiralfeder erfordern zwar nur einen geringen technischen Aufwand, wobei auch die Gefahr der plastischen Verformung des Informationsträgers gering ist, doch sind sie wegen zweier offensichtlicher Nachteile ohne jegliche praktische Bedeutung geblieben. Zum einen ändert sich in Abhängigkeit vom Spannungszustand der Spiralfeder das abgegebene Drehmoment sehr stark Zum anderen lassen sich nur relativ kurze Spiralfedern verwenden, da die innere Reibung zwischen den Federwindungen das wirksame Drehmoment mit wachsender Federlänge bis zum völligen Blockieren der Spiralfeder herabsetzt. Infolge dieser beiden Effekte können nur sehr kurze Informationsträger unter einem sich ständig stark ändernden Längszug umgespult werden.

Verbesserte Lösungsvorschläge verwenden Federr mit gleichbleibendem Drehmoment, nämlich Rollfedern als Differential-Ausgleichsgetriebe zwischen den Spulen. Rollfedern erzeugen reibungsfrei ein praktisch gleichbleibendes Drehmoment über maximal IOC Federwindungen. Sie sind wesentlich kleiner ah Spiralfedern und beanspruchen daher weniger Raum.

Eine weitere Verbesserung stellt der Einbau vor Informationsträger, Spulen und Feder-Ausgleichsgetriebe in ein vom Laufwerk trennbares Kassettengehäu se dar. Damit entfällt das lästige Aufziehen de; Federwerks nach jedem Spulenwechsel (US-PS 35 52 685 und US-PS 32 52 669, DT-OS 19 20 902).

Die bekannten Lösungsvorschläge mit Rollfeder Ausgleichsgetriebe lassen sich in drei unterschiedliche

i.

Gruppen einordnen:

1. Es ist nur eine Rollfeder beiden Spulen gemeinsam zugeordnet (DT-OS 19 20 902).

2. Es sind zwei Rollfedern beiden Spulen gemeinsam zugeordnet (US-PS 29 96 264)

3. Es ist jeder Spule eine eigene Rollfeder zugeordnet (DT-OS 19 20 902).

Wenn eine Rollfeder beiden Spulen gemeinsam zugeordnet ist, entspricht das wirksame Drehmoment an jeder Spule dem Drehmoment dieser Feder. Die verfügbaren Ausgleichsdrehungen zwischen den Spulen entsprechen der Anzahl der Rollfederwindungen um ihre Arbeitsrolle, eventuell gesteigert durch eine mechanische Übersetzung (US-PS 32 52 669).

Der wesentliche Nachteil dieser Gruppe von Lösungsvorschlägen liegt in der exzentrischen Anordnung der Rollfeder und der dadurch entstehenden starken Unwucht, die sich ihrem Betrage nach ständig ändert und deshalb nicht durch Ausgleichsgewichte kompensiert werden kann. Diese Unwucht macht sich besonders beim schnellen Umspulen durch Störschwingungen bemerkbar.

Sind zwei Rollfedern bei den Spulen gemeinsam zugeordnet, so kann Unwucht durch symmetrische Anordnung der Federn vermieden werden. Das an den Spulen wirksame Drehmoment ist gleich dem der Summe beider Federn. Die verfügbaren Ausgleichsumdrehungen entsprechen aber nur der Anzahl der Federwindungen von einer Feder um ihre Arbeitsrolle. Alle Rollfedern sind übereinander um die gleiche Arbeitsrolle gewunden.

Der Nachteil dieser Gruppe von Lösungsvorschlägen liegt in dem relativ großen Raumbedarf der Federanordnung. Es stehen deshalb nur relativ wenige Ausgleichsumclrehdngen zur Verfügung, so daß lediglich kurze Informationsträger umgespult werden können.

In der dritten Gruppe von Lösungsvorschlägen dieser Art ist jeder Spule eine eigene Rollfeder zugeordnet. Das wirksame Drehmoment an den Spulen ist gleich dem Drehmoment von jeweils einer der Federn. Die verfügbaren Ausgleichsdrehungen zwischen den Spulen sind gleich der Summe der Windungen beider Rollfedern um ihre Arbeitsrollen, jede Feder ist um eine eigene Arbeitsrolle gewunden.

Diese Anordnung der Rollfedern ergibt gegenüber den beiden anderen Gruppen eine wesentlich höhere Anzahl verfügbarer Ausgleichsdrehungen, doch auch hier macht sich Unwucht durch exzentrische Anordnung der Rollfedern auf ihren Vorratsrollen an den Spulen sehr stark störend bemerkbar.

Die Verhältnisse zwischen den Lösungsvorschlägen der Gruppe I, 2, 3 sind, gleiches Bauvolumen vorausgesetzt:

Den verfügbaren Ausgleichsumdrehungen nach wie 1 : 0,4 : 1,6; der umspulbaren Informationsträgerlänge nach wie 1 : 0,3 : 4.

Alle drei Lösungsgruppen haben den zusätzlichen Nachteil gemeinsam, daß die Rollfedern mit ihren Vorratsrollen auf den Spulen selbst und exzentrisch zu deren Drehachse angeordnet sind. Die Federn erhöhen deshalb wesentlich die Masseträgheit der sich drehenden Teile der Anordnung. Bei schnellem Starten oder Stoppen, insbesondere bei etwa zur Hälfte umgespulten Informationsträger, können dadurch unkontrollierbar hohe Energieimpulse auf den Informationsträger übertragen werden und diesen zerstören oder zumindest Diastisch verformen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Umspulvorrichtung mit eingebautem Rollfeder-Ausgleichsgetriebe zu schaffen, die das Umspulen sehr langer Informationsträger ermöglicht, ohne daß störende Unwucht beim Umspulen auftritt.

Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Die Erfindung gründet auf der Überlegung, daß jeder Spule eine eigene Rollfeder zugeordnet wird, daß aber die Rollfedern auf ihren Vorratsrollen nicht an den Spulen selbst exzentrisch befestigt sind, sondern auf einem gemeinsamen Träger angeordnet werden der mit den Arbeitsrollen um eine gemeinsame Achse drehbar ist. Das Ausgleichsgetriebe kann in den hohlen Naben der Spulen angeordnet sein.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das Ausgleichsgetriebe in einem Magnetbandlaufwerk fest eingebaut. Die Spulen können dabei koplanar angeordnel sein. Der erwünschte Längszug wird von den Rollfedern über die Arbcitsrollen und Treibriemen auf die Spulen übertragen. Diese Ausführungsform ist besonders gut geeignet für Langzeit-Aufnahme/Wiedergabegeräte die unabhängig vom allgemeinen elektrischen Versorgungsnetz betrieben werden müssen, wie in der Geophysik, der Raumfahrt oder bei der Prozeßsteuerung und -überwachung. Diese Geräte zeichnen sich durch ausgeprägt gute Gleichlaufeigenschaften des Magnetbands und durch geringen Energiebedarf aus, da zwischen den Spulen eine weiche Federkopplung vorhanden ist und da die Umspulenergie zu einem wesentlichen Teil im Federwerk selbst gespeichert ist.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Spulen mit dem Feder-Ausgleichsgetriebe koaxial angeordnet und jede der Spulen ist mit einer Arbeitsrolle formschlüssig verbunden. Spulen, Magnetband als Informationsträgerund das Ausgleichsgetriebe sind in einem gemeinsamen Gehäuse als Kassette zusammengefaßt. Diese Magnetbandkassette ist wegen ihres symmetrischen Aufbaus besonders gut zur kostengünstigen Massenfabrikation geeignet. Sie ermöglicht den Bau sehr einfacher Laufwerke hoher Aufzeichnungsgüte, geringen Energieverbrauchs und hoher Zuverlässigkeit. Durch die Anordnung der Federn auf einem gemeinsamen Träger kann das Magnetband sehr schnell beschleunigt oder gestoppt werden, so daß diese Magnetbandkassette nicht nur für Audio- und Video-, sondern auch zur elektronischen Datenaufzeichnung und -verarbeitung hervorragend geeignet ist.

Einige bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden an Hand der Zeichnung erläutert. Es zeigt

Fig. I eine auseinandergezogene Darstellung des Rollfeder-Differential-Ausgleichsgetriebes,

F i g. 2 eine perspektivische Darstellung eines Magnetbandlaufwerks bei Beginn des Umspulens,

Fig. 3 die Darstellung nach Fig. 2, jedoch bei zur Hälfte umgespulten Magnetband,

F i g. 4 die Darstellung nach F i g. 2, jedoch bei völlig umgespulten Magnetband,

F i g. 5 einen Querschnitt durch eine Magnetbandkassette,

F i g. 6 einen Längsschnitt durch die Magnetbandkassette nach Fig. 5.

An Hand der F i g. 1 bis 4 wird als erfindungsgemäßes Anwendungsbeispiel ein Magnetbandlaufwerk beschrieben. Es besteht aus einer Abwickelspule t, einer Aufwickelsoule 2. zwei Umlenkrollen 3 und 4 und dem

Bandantrieb mit der Antriebswelle 5 und der Andruckrolle 6. Ein Magnetband 7 ist von der Abwickelspule 1 über die Umlenkrolle 3 zwischen der Antriebswelle 5 und der Andruckrolle 6 hindurch über die Umlenkrolle 4 zur Aufwickelspule 2 geführt. Zwei Treibriemen 8 und 9 verbinden die Spulen 1 und 2 mit dem dazwischen ■.ingeordneten Feder-Ausgleichsgetriebe A, auf dessen Hauptachse 10 zwei Arbeitsrollen 11 und 11a drehbar gelagert sind, die jede von einem der Treibriemen 8 und 9 kraftschlüssig umschlungen werden. Koaxial zwischen den Arbeitsrollen 11 und lla ist lose drehbar ein Träger

12 gelagert auf dem symmetrisch und drehbar zwei Vorratsrollen 13 und 13.7 angeordnet sind. Die Drehachsen dieser Vorratsrollen 13 und 13.) sind parallel zur Hauptachse 10 gerichtet. Vorratsrolle 13 befindet sich mit der Arbeitsrolle 11, Vorratsrolle 13;* mit Arbeitsrolle 11a auf gleicher Drehcbenc. Zwischen jede der Vorratsrollen 13 und 13.') und die zugehörigen Arbeitsrollen 11 und 11a ist eine der beiden Rollfedern 14 und 14a gespannt. Die Rollfedern 14 und 14a wickeln sich mittels ihrer eingeprägten Vorkrümmung um die Vorratsrollen 13 und 13a. Ihre Führung zu den zugehörigen Arbcitsrollcn It und 11a erfolgt S-förmig entgegen der eingeprägten Vorkrümmung, so daß Vorratsrolle 13, Rollfeder 14 und Arbcitsrolle 11, sowie Vorratsrolle 13a, Rollfeder 14a und Arbeitsrolle Ua je einen Rollfcdermolor im B-Betrieb darstellen. Beide erzeugen an ihrer Arbeitsrolle 11 bzw. lla sowie am Träger 12 Drehmomente. Die Rollfedern 14 und 14a sind so angeordnet, daß der Wickelsinn auf Vorratsrolle

13 entgegengerichtet zu dem auf Vorratsrolle 13a ist und daß auch der Wickelsinn auf Arbeitsrolle Il entgegengesetzt zu dem auf Arbeitsrolle 11a ist. Die so erzeugten Drehmomente heben sich am Träger 12 auf, und sie sind an den Arbeitsrollcn 11 und lla entgegcngerichtet. Von den Arbeilsrollen 11 und lla übertragen sich diese gegensinnig gerichteten Drehmomente über die Treibriemen 8 und 9 auf die zugehörigen Spulen 1 und 2 und suchen, diese gegensinnig zu drehen. Das /wischen die beiden Spulen 1 und 2 gekoppelte Magnetband 7 unterbindet diese Drehbewegung und wird dabei selbst mit dem erwünschten l.iings/ug gespannt. Dieser l.ängs/ug bleibt auch während des Umspulens wirksam. I'i g. 2 zeigt (.las Magnetband bei Beginn des Umspulens. Das Magnetband 7 befindet sich völlig aiii der Abwickelspule I. Die Aiifuickelspule 2 isi leer. Die· Uollfedermotore II. 13. 14 und lla. 13a. 14a •lind aufgezogen, d. h, die Kollfedern 14 und 14a befinden sich tust ganzlich auf ihren Arbeitsrollen It b/w. 11.« Dns Magnetband 7 wird von der Andrückrolle 6 gegen die Antriebswelle 5 gedrückt und von der Abwickelspu· le I abgezogen. Nach Passieren des Bnndantncbs 5, 6 spult es sich auf die Aufwickelspule 2 durch das auf diese wirkende Drehmoment des Fcdcr-Ausglcichsgctriebes wieder auf. Dabei muß sich die leere Aufwickelspule 2 wegen ihres geringen Wiekcldurchmcsscrs schneller als die volle Abwickelspule I drehen. Diese Differenz /wischen den Spulcndrchungen wird vom FcdcrAusgleiehsgctriebc A dadurch ausgeglichen, duß sich die Hollfcdcrn 14 und 14« unter Beibehaltung des konstanten Drehmoments allmählich von ihren Arbcitsrollen 11 und 11« auf ihre Vorratsrolle!! IJ b/w. 13« /urüekwiekcln. Dieser Ausglcichsvorgang verlangsamt sich, je mehr sich die Wtckcldurehmcsser des Magnetbands 7 auf beiden Spulen 1 und 2 einander angleichen. IUm zur HaIHc umgespulten Magnetband 7 sind die WickcldurchmcNser und die Drchgcschwlndigkcitcn der heulen Spulen I und 2 kurz/eilig gleich Dieser Zustand ist in F i g. 3 dargestellt. Dann haben sich die Rollfcdern 14 und 14a fast gänzlich auf ihre Vorratsrollen 13 und 13a zurückgewiekelt. Während der zweiten Hälfte des Umspulvorgangs kehren sich die Wickelverhältnisse um. Die Aufwickelspule 2 ist nun voller als die Abwickelspule 1. Daher dreht sich die Abwickelspulc 1 schneller. Die Rollfcdermotore 11, 13, 14 und lla, 13a, 14a werden nun vom Bandantrieb 5.6 über das Magnetband 7, die Abwickelspule 1 und den Trcibriemen 8 wieder aufgezogen. Die Rollfedern 14 und 14a wickeln sich unter Beibehaltung des konstanten Drehmoments wieder auf ihre Arbeitsrollen 11 bzw. lla zurück, bis sie bei völlig umgespulten Magnetband 7 ihre Ausgangslage wieder erreicht haben. Auf diese Weise kann das Magnetband 7 in beiden Laufrichtungen mit dem erwünschten konstanten Bandzug umgespult werden.

In Abwandlung des in Fig. 2 bis 4 dargestellten

Magnetbandlaufwerks als bevorzugtem Anwendungsbeispiel ist denkbar, daß das Ausgleichsgetriebe Λ nicht zwischen den beiden Spulen, sondern unter einer der Spulen koaxial zu dieser angeordnet ist. so daß die obere Arbeitsrolle formschlüssig mit dieser Spule verbunden ist und nur ein Treibriemen oder andere bekannte Mittel von der unteren Arbeitsrollc zur anderen Spule vorgesehen sind.

Eine andere Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gegeben, daß unter jeder der beiden Spulen ein Ausgleichsgetriebe angeordnet ist, dessen obere Arbeitsrolle mit der zugehörigen Spule formschlüssig, und deren untere Arbeitsrollen kraftschlüssig miteinander verbunden sind.

Als weitere Ausführungsform der Erfindung ist der Einbau des Ausgleichsgetriebes in die hohlen Naben der Spulen denkbar

Schließlich ist eine Ausführungsform der erfinduiigv gemiißen Vorrichtung denkbar, bei der das Ausgleichs getriebe koaxial mit den Spulen in eieren hohlen Spulennaben eingebaut ist. Zusätzlich ist es möglich, daß die Spulen mit dem Magnetband und dem Ausgleichs^· triebe in einem, vom Laufwerk trennbaren (iehäiise .iN Magnetbandkassette zusammengefaßt sind. Eine derartige Kassette ist als besonders bevorzugte Ausl'iilininj·¹-form der Erfindung in den I'ig. 5 und ti dargestellt. In einem cjtiiiderförmigen Kassettengehiitise Ii sind die beiden Spulen I und 2 koaxial mit dem Feder Aus gleichsgetriebe A drehbar auf einer gemeinsamen Hauptachse 10 gelagert, die wiederum mit ihren Linien im Gehäuse 15 befestigt ist. Dus Ausgleichsgetriebe A befindet sich raumsparend in den hohlen Naben der Spulen 1 und 2. Die Spule 1 ist mit der Arbeitsrolle II. die Spule 2 ist mit der Arbeitsrollc 11« formschlüssig verbunden. Die Kassette entspricht in ihrem Aufbau und ihrer Wirkungsweise im übrigen dem in den F i g. 1 bis 4 dargestellten Magnetbundlaufwerk, In dem zur Kassette gehörigen Laufwerk, das in den Fig. 5 und 6 nicht durgestellt ist. verbleibt nur noch der Bandantrieb. Schon daraus ergibt sich, dnß dieses Kassettenlaufwerk sehr einfach aufgebaut ist und kostengünstig hergestellt werden kann.

Die in den F i g. 5 und 6 dargestellte Magnctbandknssctte zeigt auch deutlich, daü die der Erfindung gestellten Aufgaben gut gelöst worden sind. In den hohlen Naben der Spulen 1 und 2 sind wesentlich mehr Ausgleichswindungcn der Rollfcdern 14 und 14« anzuordnen als hei vergleichbaren bekannten Lösung«· vorschlugen. Dadurch kann In der in den F i g. 5 und 6 im Maßstab 1 : I dprgestcllien Magnetbandkassette ein bis

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zu 400 Meter langes Magnetband untergebracht werden. Weiterhin ist darauf hinzuweisen, dall auch bei schnellem Umspulen mit mehreren Metern pro Sekunde Laufgeschwindigkeit keine störende Unwucht auftritt, da die Rollfedern 14 und 14;j symmetrisch auf dem Träger 12 angeordnet sind. Schließlich können die exzentrisch auf dem Triiger 12 angeordneten Kollfedern 14 und 14;i mit ihren Vorratsrollen Π und Hn nicht merklich zum Trägheitsmoment der Spulen 1 und 2 beitragen, da sie auf dem Träger 12 angeordnet sind, der nur über das elastische Federband 14 b/w. 14;/ mit den Spulen 1 und 2 gekoppelt ist und deshalb deren Drehung beim schnellen Starten oder Stoppen allmählich mit zeitlicher Ver/ögerung nachfolgen kann.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

109634/266

Claims (8)

L· Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum kontinuierlichen Spannen eines band- oder fadenförmigen Informationsträgers zwischen einer Abwickelspule und einer Aufwickelspule, die als Feder-Ausgleichsgetriebe derart zwischen beide Spulen gekoppelt ist, daß an diesen Spulen gleichgroße, doch gegensinnig gerichtete Drehmomente vorhanden sind, bestehend aus mindestens zwei Federwerken konstanten Drehmoments mit je einem vorgekrümmten Rollfederband das S-förmig, entgegen seiner inhärenten Vorkrümmung zwischen je eine Vorratsrolle und eine Arbeitsrolle derart gewunden ist, daß der Windungssinn des einen Federbands entgegengerichtet zu dem des anderen Federbands ist, wobei jeweils eine der zu einem Federwerk gehörigen Rollen an der Spule und die anderen gemeinsam um eine Achse drehbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils die Arbeitsrolle (11, Ha) mit einer Spule (1,2) unmittelbar oder über Treibriemen (8,9) bzw. Treibräder verbunden ist, und daß die Vorratsrollen (13, i3a) auf einem gemeinsamen Träger 12 angeordnet sind der mit den Arbeitsrollen (11, Hn) um eine gemeinsame Achse (10) lose drehbar angeordnet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Feder-Ausgleichsgetriebe (A) in einem Laufwerk fest angeordnet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung in einem vom Laufwerk trennbaren Kassettengehäuse (15) angeordnet ist.

4. Vorrichtung nach don Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abwickelspule (1) und die Aufwickelspule (2) koplanar angeordnet sind (Fig. 2 bis 4).

5. Vorrichtung nach den Ansprüchen I bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abwickelspule (1) und die Aufwickelspule (2) mit dem Feder-Ausgleichsgetriebe (A) koaxial angeordnet sind und jeweils die Arbeitsrollen 11 mit den Spulen (1,2) formschlüssig verbunden sind (F i g. 5 und 6).

6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Spulen (1 oder 2) koaxial zum Feder-Ausgleichsgetriebe (A) angeordnet ist und die Arbeitsrolle (11) formschlüssig mit dieser Spule verbunden ist während die andere Arbeitsrolle (Ha) über Mittel bekannter Art kraftschlüssig mit der anderen Spule verbunden ist.

7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zu jeder Spule (1, 2) ein Ausgleichsgetriebe (A) koaxial angeordnet ist, daß jede Spule (1,2) mit einer Arbeitsrolle (11) formschlüssig verbunden ist, und daß die beiden anderen Arbeitsrollen (llajüber Mittel bekannter Art kraftschlüssig miteinander verbunden sind.

8. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgleichsgetriebe (A) zumindest teilweise in den hohlen Naben der Spulen (I, 2) eingebaut sind.