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Steuerschaltung eines Kopfschlittenmotors für Magnet-
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bandgeräte Gegenstand der Erfindung ist eine Steuerschaltung eines
Kopfschlittenmotors, welcher zum motorischen Antrieb eines Kopfschlittens für Abtastköpfe
bei Magnetbandgeräten, insbesondere Kassettentonbandgeräten, bestimmt ist und dessen
Einfahrtposition zur Abtastung des Magnetbandes sowie dessen Ausfahrtposition zur
Freigabe des Magnetbandes steuerbar ist.
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Mit den bisher bekannten Kopfschlittenantrieben zur Steuerung der
Bewegung von Abtastköpfen in Bezug zum abzutastenden Magnetband war es bisher nicht
möglich bei Ausfall der Stromversorgung, daß der Kopfschlitten mit den darauf befestigten
Abtastköpfen vom Magnetband entfernt wurde und dieses freigab.
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Dadurch bedingt, blieb das Magnetband zwischen den Gummiandruckrollen
und der Capstanachse eingespannt, so daß es nicht gelang, bei Ausfall der Stromversorgung
das Magnetband aus dem Gerät herauszunehmen. Dies gilt insbesondere für Kassettentonbandgeräte,
bei denen die Abtastköpfe in zugeordnete Fenster der Kassette hineinragen, so daß
es ohne Zurückfahren der Abtastköpfe nicht gelingt, die Kassette aus dem Gerät zu
entnehmen.
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Bei den bisher bekannten motorisch betriebenen Kopfschlittenantrieben
wurde die Steuerung der Ein- und Ausschaltezeiten des Antriebsmotores duch Betätigung
entsprechender Schalter, die im Verschiebungsweg des Kopfschlittens liegen, bewerkstelligt.
Bei dieser Steuerungsart besteht aber die Gefahr des überfahrens der gesetzten Schalterpositionen,
da der Kopfschlitten mit den darauf befestigten Abtastköpfen jeweils mit Massenschwung
gegen seine begrenzenden Schalterpositionen gefahren wird. Die Gefahr der überfahrung
besteht vor allem dann, wenn der Motor bei höherer Betrieb--sspannung und daraus
resultierender grösserer Geschwindigkeit betrieben wird. Die Gefahr der Inkonstanz
der Betriebsspannung besteht vor allem bei Kassettentonbandgeräten für den mobilen
Einsatz.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Steuerschaltung eines
Kopfschlittenmotors der eingangs genannten Art so auszubilden, daß der Kopfschlitten
mit den darauf befestigten Abtastköpfen bei Ausfall der Stromversorgung automatisch
von seiner Eingriffsstellung mit dem Magnetband entfernt wird, so daß es gelingt,
das Magnetband von der Capstanachse zu entfernen.
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Insbesondere soll bei Kassettentonbandgeräten erreicht werden, daß
die Kassette bei Ausfall der Stromversorgung aus dem Gerät entnehmbar ist. Als Weiterbildung
der vorstehend genannten Aufgabe hat die vorliegende Erfindung die zusätzliche Aufgabe,
eine
Steuerschaltung der eingangs genannten Art so weiter zu bilden,
daß überfahren der Positionen des Kopfschlittenantriebes bei Betrieb des Kopfschlittenmotors
mit höherer Betriebsspannung sicher vermieden werden, insbesondere soll sichergestellt
werden, daß der Motor bei Erreichen einer Einfahrt- und Ausfahrtposition kurzzeitig
stoppt.
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Zur Lösung dieser Aufgabe der automatischen Freigabe des Magnetbandes
durch Zurückfahren der Abtastköpfe bei Stromausfall ist aie Erfindung dadurch gekennzeichnet,
daß der Kopfschlittenmotor über eine Steuerscheibe Schaltkontakte in der Einfahrtposition
betätigt, welche die Wicklung des Kopfschlittenmotors an eine Speicherschaltung,
zum Beispiel einen aufgeladenen Kondensator, legt, die bei Stromausfall den Kopfschlittenmotor
in seine Ausfahrtposition zurückbewegt.
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Zur Lösung der weiterführenden Aufgabe, daß die Steuerung des Kopfschlittenmotors
so verbessert wird, daß Überfahren der Positionen bei höherer Betriebsspannung des
Antriebes vermieden wird, ist die Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß parallel
zur Speicherschaltung zur Wicklung des Kopfschlittenmotors eine Bremsschaltung angeordnet
ist, welche die Wicklung bei Erreichen der Endlage des Kopfschlittenmotors kurzzeitig
kurzschliesst.
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Wesentliches Merkmal der vorliegenden Erfindung ist also, daß eine
Sfteuerschaltung eines Kopfschlittenmotors aus einer Kombination
einer
Speicherschaltung mit einer Bremsschaltung besteht. Die Speicherschaltung bewirkt,
daß bei Stromausfall noch für den Kopfschlittenmotor so viel Energie zur Verfügung
gestellt wird, daß dieser sicher in seine Ausfahrtposition zurückbewegt werden kann,
so daß die Abtastköpfe außer Eingriff mit dem Magnetband gelangen und dadurch das
Magnetband freikommt. Insbesondere bei Kassettentonbandgeräten wird damit der Vorteil
erreicht, daß die Kassette jetzt ohne Schwierigkeiten aus dem Gerät entnehmbar ist,
weil die entsprechenden Abtastköpfe aus den zugeordneten Fenstern der Kassette außer
Eingriff gelangen.
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Desweiteren ist bei der vorliegenden Erfindung wichtig, daß parallel
zur Speicherschaltung eine Bremsschaltung angeordnet ist, die bewirkt, daß der Kopfschlitten
bei Erreichen seiner Endlagen (Einfahrt- und Ausfahrtposition) kurzzeitig kurzgeschlossen
wird, so daß der Kopfschlitten eine elektromotorische Bremsung ausführt, welche
sicher vermeidet, daß Beschädigungen in den Endstellungen vorkommen.
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Die Einfahrtposition ist gemäß der vorliegenden Erfindung dadurch
definiert, daß die Abtastköpfe am Magnetband anliegen, d.h., das Gerät befindet
sich in Abspielstellung. Die Ausfahrtposition ist dadurch definiert, daß die Abtastköpfe
das Magnetband freigeben, d.h., das Gerät befindet sich in Ruhestellung.
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In der letztgenannten Stellung kann bei einem Kassettentonbandgerät
die Kassette aus dem Gerät entnommen werden.
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Wesentlich bei der vorliegenden Erfindung ist weiterhin, daß die Speicher-
und Bremsschaltung in erfinderischer Weise dadurch kombiniert sind, daß beide Schaltungsteile
von den gleichen Steuerkontakten angesteuert werden.
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Mit der erfindungsgemäßen Steuerungsschaltung zur Steuerung eines
Kopfschlittenmotors werden also mehrere Vorteile gleichzeitig erzielt. Zunächst
wird mit der Speicherschaltung gewährleistet, daß bei Ausfall der Stromversorgung
die Abtastköpfe sicher von ihrer Eingriffsstellung mit dem Magnetband in ihre Ruhestellung
zurückgefahren werden, so daß das Magnetband freigegeben wird. Desweiteren ist mit
der Kombination einer Speicherschaltung und einer Bremsschaltung der Vorteil verbunden,
daß der Kopfschlittenmotor bei Erreichen seiner Endlagen (Ausfahrt- und Einfahrtposition)
elektromotorisch abgebremst wird, so daß die Endpositionen genau eingehalten werden
können. Beide Schaltungsteile werden über die gleichen Kontakte gesteuert, so daß
diese Kontakte "doppelt" ausgenützt werden.
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Die Bremsschaltung gewährleistet also, daß nach jeder Abschaltung
des Motors, sei es nach dem Vorlauf oder nach dem Rücklauf des Kopfschlittens, eine
Bremsfunktion eingeleitet wird.
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Diese Bremsung ist dynamisch, das heißt also, selbst unterbrechend,
ohne daß hierfür es mechanischer Kontakte bedarf.
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Weitere wesentliche Vorteile und Merkmale der vorliegenden
Erfindung
werden nun an Hand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert.
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Es zeigen: Fig. l Schaltbild der Steuerschaltung mit dem Stromverlauf,
der sich während des Einfahrens des Kopfschlittens in Richtung zum Magnetband ergibt
(siehe stark hervorgehobene Teile des Schaltbildes); Fig. 2 Steuerschaltung gemäß
Figur 1 mit dem Stromverlauf, nachdem der Motor seine Einfahrtposition erreicht
hat und der Antrieb ausgeschaltet ist; Fig. 3 Steuerschaltung gemäß Figur 1 mit
dem Stromverlauf, der sich ergibt bei Ausfall der Stromversorgung; Fig. 4 Steuerschaltung
gemäß Figur 1 mit dem Stromverlauf, der sich beim Bremsbetrieb des Kopfschlittenmotors
ergibt (stark hervorgehohene Teile des Schaltbildes); Fig. 5 Strom/Zeit-Diagramm
des Kopfschlittenmotors beim Bremsbetrieb; Fig. 6 Schaltzeiten-Diagramm der Kontakte
11 und 12 in Bezug zu verschiedenen Kopfschlittenpositionen;
Fig.
7 Draufsicht auf eine Steuerscheibe 30, wie sie zur Steuerung der Kontakte 11 und
12 verwendet wird.
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In den Figuren 1 bis 4 ist jeweils die gleiche Steuerschaltung dargestellt,
wobei in den einzelnen Figuren der für den jeweiligen Betriebszustand des Motors
aktivierte Schaltungsteil besonders herausgezeichnet ist. Grundsätzlich liegt die
Wicklung des Kopfschlittenmotors 20 an den Anschlüssen 1 und 2 der Gleichspannungsversorgung
an, wobei die Gleichspannung bei-3pielsweise im Bereich von 8 bis 16 Volt sein kann.
Mit dem Schalter S0 ist allgemein ein Hauptschalter für das Magnetbandgerät dargestellt,
der die gesamte Stromversorgung des Gerätes ein- oder ausschaltet. Der Kopfschlittenmotor
20 ist über ein mechanisches Getriebe mit einer Steuerscheibe 30 verbunden, die
in Figur 7 dargestellt ist. Am Aussenumfang der Steuerscheibe 30 liegen über Nocken
die Kontakte 11, 12 an, so daß diese Kontakte durch Drehen des Kopfschlittenmotors
20 zwangsgesteuert werden. Das Ein- und Ausschalt-Zeitdiagramm der Kontakte 11,
12 ist in Figur 6 dargestellt, wobei auf der Abszisse der Figur 6 der Drehwinkel
der Steuerscheibe 30 in Bezug zu den Ein- und Ausschaltzeiten der Kontakte 11 und
12 dargestellt ist. Ebenso ist darunter die Kopfschlittenlage eingezeichnet.
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Allgemein kann gesagt werden, daß die Steuerschaltung gemäß der vorliegenden
Erfindung aus diskreten Bauteilen aufgebaut
ist; dies soll aber
nicht den Rahmen und den Erfindungsbereich der vorliegenden Erfindung beschränken.
Es ist selbstverständlich auch möglich, die Steuerschaltung aus höher integrierten
Bauteilen aufzubauen; insbesondere können statt der einfachen Transistoren auch
Transistoren in CMOS-Technik verwendet werden. Ebenso ist es möglich, daß die gezeichnete
Schaltung in einem höher integrierten Baustein zusammengefasst wird, wobei dann
als Aussenanschlüsse nur noch die Stromversorgung und die Anschlüsse 13, 14, 44,
45, 46 herausgeführt werden müssten.
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Die erfindungsgemässe Steuerungsschaltung ist ein in sich geschlossenens
Schaltungssystem und wird lediglich durch den Schalter SO in Funktion gesetzt. SO
ist symbolisch dargestellt.
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Wird Schalter SO geschlossen, schliesst über die Anschlüsse 1, 2,
Diode 6, Anschluss 13, Leitung 15, Kopfschlittenmotor 20, Leitung 16, Anschluss
14, Anschluss 44, Leitung 17, Schalter 11 (der zur Zeit geschlossen ist) und Leitung
19 ein Strom gegen Anschluss 2 an Masse. Dadurch kommt der Kopfschlittenmotor 20
in Drehbewegung und schiebt den Kopfschlitten in die eingefahrene Stellung, das
heißt, die Abtastköpfe gelangen zur Anlage an das Magnetband. Ferner steuert der
Kopfschlittenmotor 20 die Steuerscheibe 30 (siehe Figur 7) in der Endposition des
Kopfschlittens um, wodurch Schalter 11, 12 umgeschaltet werden.
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Schalter 11 ist nun geöffnet, Schalter 12 ist geschlossen.
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Das entsprechende Schaltzeitendiagramm ist aus Figur 6 zu
entnehmen.
Der in Figur 1 der Einfahrtposition (während des Einfahrens des Kopfschlittenmotors
20) gegebene Stromverlauf (stark ausgezeichneten Teile des Schaltbildes) ist nun
in den in Figur 2 gegebenen Stromverlauf übergegangen. Durch Zwangssteuerung des
Kopfschlittenmotors 20 über die Kontakte 11, 12 hat sich der Kopfschlittenmotor
20 also selbst ausgesclätet, wobei - wie später noch erläutert wird - mit dem Ausschalten
des Schalters 11 und dem Schliessen des Schalters 12 gleichzeitig noch eine elektromagnetische
Bremsung durchgeführt wird.
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In Figur 2 ist der Stromverlauf gezeichnet, der sich ergibt, wenn
der Kopfschlittenmotor 20 stromlos ist und sich in seiner eingefahrenen Stellung
befindet, d.h., die Abtastköpfe befinden sich in Anlage mit dem Magnetband.
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Wesentlich bei dem Stromverlauf gemäß Figur 2 ist, daß im stromlosen
Zustand des Kopfschlittenmotors 20 über den geschlossenen Schalter SO und die Diode
6, über die Leitungen 31 und 32 der Kondensator 8 aufgeladen wird. Alle anderen
Teile der Schaltung sind stromlos, insbesondere der Kollektor des Transistors 10.
Dies wird dadurch erreicht, daß der Transistor 5 über Leitung 37 Strom erhält und
leitend ist, die Basis des Transistors (Leitung 39) gegen Minus kurzschliesst, wodurch
der Transistor 10 nicht durchgeschaltet wird.
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Desweiteren ist aus dem Stromverlauf in Figur 2 ersichtlich,
daß
durch Schliessen des Schalters 12 der Kondensator 26 durch den sich ergebenden Kurzschluss
über die Diode 23, den Anschluss 44, die Leitung 17, den Anschluss 45 und die Leitung
18 entladen wird. Diese Tatsache wird später noch bei der Erläuterung der Bremsschaltung
in Figur 4 näher ausgeführt.
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Wesentlich bei der gesamten Steuerschaltung gemäß der vorliegenden
Erfindung ist, daß die erfindungsgemässe Steuerungsschaltung aus zwei Teilschaltungen
entsteht, nämlich einmal der Speicherschaltung I und der Bremsschaltung II. In den
Figuren 1 bis 4 sind diese beiden Schaltungsteile durch entsprechende Klammern angedeutet.
Dabei ist der rechte Teil des Schaltbildes (rechts von den Anschlüssen 13, 14, 44,
45, 46) beiden Schaltungsteilen I, II zugeordnet.
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Im folgenden wird jetzt die Funktion der Speicherschaltung I näher
erläutert. In Figur 3 ist gezeigt, daß bei Ausfall der Stromversorgung (beispielsweise
Öffnen des Schalters SO) noch genügend Antriebsenergie für den Kopfschlittenmotor
20 aus dem Kondensator 8 zur Verfügung gestellt wird, daß dieser wieder in seine
Ausfahrtposition zurückgefahren werden kann.
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Dies erfolgt gemäss dem STromverlauf in Figur 3 (stark ausgezogenen
Teile) dadurch, daß die Abschaltfunktion nun über den Transistor 10 bewerkstelligt
wird. Die dazu benötigte
Energie ist im Kondensator 8 gespeichert.
Wird der Schalter geöffnet, fällt über den Widerstand 3, 4 und den Transistor 5
die Spannung zusammen und bewirkt, daü ber den Widerstand 9 der Transistor 10 leitend
wird. Die Diode 6 dient dazu, daß sich der Kondensator 8 nicht rückwärts über die
Widerstände 3, 4 entlädt.
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Wird der Transistor 10 durchgeschaltet, kommt folgender Stromfluß
zustande: Aufgeladener Kondensator 8, Leitung 31, 43, Anschluss 13, Leitung 15,
Kopfschlittenmotor 20, Leitung 16, Anschluss 14, Anschluss 44, Leitung 17, Kontakt
12, Anschluss 45, Leitung 18, Transistor 10, Leitung 36, Leitung 32. Dies bedeutet,
daß durch Durchschaltung des Transistors 10 (über die Leitungen 38, 39) die im Kondensator
8 gespeicherte Energie zum Antrieb des Kopfschlittenmotors bei Stromausfall verwendet
wird, wodurch der Kopfschlittenmotor in seine ausgefahrene Position, d.h., wodurch
die Abtastköpfe ausser Eingriff mit dem abzutastenden Magnetband gebracht werden.
Der Schaltungszustand der Kontakte 11, 12 ist im Diagramm der Figur 6 entsprechend
der Drehung der Steuerscheibe um 1800 dargestellt. Der Kontakt 11 wird durch das
Zurückfahren des Kopfschlittenmotors 20 wieder geschlossen, so daß durch erneutes
Anlegen der Stromversorgung (beispielsweise Schliessen des Schalters erneut wiederum
der Kopfschlittenmotor 20 eingefahren werden kann.
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Durch Vergleich der Figur 5 mit der Figur 6 wird ersichtlich, daß
bei jedem Umschalten der Kontakte 11, 12 ein Bremsvorgang eingeleitet wird, d.h.,
der Kopfschlittenmotor 20 wird jeweils kurzzeitig kurzgeschlossen, so daß beim Öffnen
der Kontakte 11 oder 12 eine elektromotorische Bremsung des Kopfschlittenmotors
20 vorgenommen wird. Nachdem die Kontakte 11, 12 jeweils an den Endanschlägen der
jeweiligen Ausfahr- bzw. Einfahrposition umgeschaltet werden, wird daraus deutlich,
daß der Kopfschlittenmotor 20 auf Grund der erfindungsgemässen Bremsschaltung II
bei Erreichen seiner Endstellung elektromotorisch abgebremst wird.
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Die Funktion der Bremsschaltung II wird nun an Hand des stark ausgezogenen
Stromverlaufs in Figur 4 näher erläutert.
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Wesentlich gemäß der vorliegenden Erfindung ist, daß die Bremsschaltung
II so ausgelegt wird, daß der Kopfschlittenmotor 20 durch einen parallel geschalteten
Transistor kurzzeitig bei Erreichen der jeweiligen Endlage kurzgeschlossen wird.
Die entsprechende Steuerschaltung (Bremsschaltung II) wird nun nachfolgend näher
erläutert. Der ~Kurzschluss -Transistor 27 wird folgendermaßen angesteuert, damit
der Kopfschlittenmotor 20 nur jeweils kurz beim Erreichen seiner Endstellung kurzgeschlossen
wird.
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Der Transistor 21, der Kondensator 25 und die Diode 24 mit dem entsprechenden
Widerstand 33 übernehmen die Ansteuerung des Transistors 27 bei der Öffnung des
Kontaktes 11. Der Kurzschluss-Transistor 27 wird durch Öffnen des Kontaktes 11 bzw.
12 angesteuert. Dem Kontakt 11 ist die Steuerschaltung, bestehend aus dem Kondensator
25, der Diode 24, dem Transistor 21 und dem Widerstand 33, zugeordnet, während dem
Kontakt 12 der Kondensator 26, die Diode 23, der Transistor 22 und der Widerstand
34 zugeordnet ist.
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Die Dioden 23, 24 dienen zur raschen Entladung der Kondensatoren 25,
26, wie es im stark ausgezeichneten Stromverlauf der Figur 2 für Schalter 12 dargestellt
wurde. Dabei fliesst der Entladungsstrom des Kondensators 26 über die Diode 23,
Leitung 17, Kontakt 12 und Leitung 18 zum Kondensator 26 zurück. Ein gleicher Kurzschluss-Stromkreis
wird mit den Teilen Kondensator 25, Diode 24, Leitung 17, Kontakt 11, Leitung 19
gezeigt.
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Wird jetzt zum Beispiel Kontakt 11 geöffnet, erhält man durch die
noch vorhandene Drehbewegung des Kopfschlittenmotors 20, der zu diesem Zeitpunkt
als Generator arbeitet, eine Spannung über den geöffneten Kontakt 11 von einigen
Volt. Der Kondensator 25 ist gemäss der oben stehenden Beschreibung entladen und
hält den Emittor des Transistors 21 niedrig (Fig. 4). Es
entsteht
folglich ein Stromfluß vom Kondensator 8 durch den Kopfschlittenmotor 20, Leitung
16, Anschluss 14, Widerstand 35, und Basis Transistor 21, der durchgeschaltet wird,
und dadurch den Kondensator 25 auflädt, zurück zum Kondensator 8.
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Dadurch wird der Transistor 21 leitend, was bewirkt, daß über den
Widerstand 33 der Transistor 27 ebenfalls durchgeschaltet wird. Es fliesst nun ein
Kurzschluss-Strom im Ladestromkreis des Transistors 27 über die Leitungen 15, 16
an den Kopfschlittenmotor 20. Dies bewirkt, daß der als Generator drehende Kopfschlittenmotor
20 Leistung abgeben muss, was seine Drehbewegung blitzartig abbremst. Die Bremsschaltung
II unterbricht sich elektrisch von selbst nach Aufladen des Kondensators 25.
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Eine analoge Steurschaltung ist gemäss der oben stehenden Beschreibung
dem Kontakt 12 zugeordnet, so daß sich in diesem Fall die Bremsschaltung II von
selbst nach Aufladen des Kondensators 26 unterbricht. Eine neue Bremsfunkton kann
erst eingeleitet werden, wenn Kontakl 11 bzw. 12 kurzzeitig geschlossen werden und
in oben stehend beschriebener Funktion jeweils der Kondensator 25 respektive 26
entladen wird.
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Durch Vergleich der Figur 5 mit der Figur 6 wird deutlich, daß bei
jedem Umschalten der Kontakt 11, 12 jeweils ein Bremsvorgang, deh. ein Kurzschlußstrom
(siehe Ordinate von Figur 5)
eingeleitet wird.
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Die vorliegende Erfindung ist vorzugsweise zur Verwendung mit Kassettentonbandgeräten
geeignet, wobei der Kopfschlittenantrieb elektromotorisch erfolgt. Diese Antriebsart
wird vor allem bei Kassettentonbandgeräten mit Fernbedienung verwendet.
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Besonders vorteilhaft hierbei ist es, daß bei Stromausfall, wie er
bei mobilen Kassettentonbandgeräten häufig vorkommen kann, die Abtastköpfe ausser
Eingriff mit dem Magnetband und :e Magnetbandandruckrollen ausser Eingriff mit der
Capstanwelle gebracht werden. Mit der erfindungsgemässen Schaltung wird also auch
die Lebensdauer der genannten Teile wesentlich erhöht. Ausserdem ist es dann möglich,
trotz eines Stromausfalls die Kassette wieder aus dem Abspielgerät zu entfernen,
was mit den bisher bekannten Schaltungen nicht möglich war.