DE2840755A1

DE2840755A1 - Vorrichtung zum zentrieren einer flexiblen scheibe auf einer antriebsachse

Info

Publication number: DE2840755A1
Application number: DE19782840755
Authority: DE
Inventors: Robert Duane Grapes; Donald Jesse Watson
Original assignee: Magnetic Peripherals Inc
Current assignee: Control Data Corp
Priority date: 1977-11-09
Filing date: 1978-09-19
Publication date: 1979-05-10
Also published as: CA1101990A; US4171531A; JPS6243262B2; GB2007802B; AU524685B2; JPS5470018A; FR2408896B1; FR2408896A1; DE2840755C2; GB2007802A; AU4016478A

Description

Henkel, Kern, Feiler & Hänzel Patentanwälte

Möhlstraße 37 D-8000 München 80

Magnetic Peripherals Ine, Tel.-089/882055 87

ix:052SS02hnkl !gramme: ellipsoi

19. Sep. 1978

Minn., ¥.St.A. Telex: 0529802 hnkUI

* Telegramme: ellipsoid

Vorrichtung zum Zentrieren einer flexiblen Scheibe auf einer Antriebsachse

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Zentrieren einer flachen Scheibe, beispielsweise einer Datenspeicherplatte, mit einer kreisförmigen Mitnehmerbohrung und einem diese umgebenden Innenrand auf einer Antriebsachse.

Die genaue Zentrierung einer flexiblen Scheibe, etwa einer Datenspeicherplatte, gegenüber einer Antriebsspindel ist für den zufriedenstellenden Betrieb eines Scheibenantriebsmechanismus wesentlich. Bei einem bisherigen Verfahren zum Zentrieren einer solchen Scheibe werden eine drehbare Spindel, auf welcher die Scheibe unter ihrem Gewicht aufliegt, und ein in Aufwärtsrichtung auseinanderlaufender Spannkonus verwendet, der in eine in der Oberseite der Spindel vorgesehene Öffnung oder Bohrung einsetzbar ist. Eine von einem Mantel bzw. "Jacket" umschlossene flexible Scheibe wird entsprechend den Außenabmessungen des Mantels zwischen Konus und Spindel eingesetzt. Infolge von Toleranzen zwischen dem Mantel und der diesen tragenden Plattform sind Mantel und Scheibe häufig nicht axial mit der Spindel ausgefluchtet. Eine andere, schwerwiegendere Ursache für Mißausrichtung ist

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eine freie Beweglichkeit (flotation) bzw. ein Schlupf der Scheibe in ihrem Mantel.

Zum Zentrieren der Scheibe ist in der Spindel eine Öffnung vorgesehen, die sich von deren oberem Ende nach unten erstreckt und dieselbe Größe besitzt wie eine in der Scheibe vorgesehene Mitnehmerbohrung. Ein auf die Spindel aufgesetzter Spannkonus besitzt an seiner Unterseite einen wesentlich kleineren Durchmesser als die Mitnehmerbohrung, während er in Aufwärtsrichtung zu einem Durchmesser praktisch entsprechend demjenigen der Mitnehmerbohrung divergiert. Venn der Spannkonus nach unten durch die Mitnehmerbohrung und in die Spindelöffnung eingesetzt wird, kommt ein Teil seiner schrägen bzw. Kegelfläche mit dem innersten (Rand-)Abschnitt der exzentrischen Scheibe in Berührung. Bei der weiteren AbwärtsVerlagerung des Spannkonus wird die Scheibe verschoben, so daß sich ihr Innenrand in Radialrichtung gegenüber dem Spindelzentrum nach außen verschiebt. Wenn der Spannkonus voll in die Spindelöffnung eingesetzt ist, ist die Mitnehmerbohrung mit der Spindelöffnung ausgefluchtet, so daß die Scheibe selbst zentriert ist.

Eine Schwierigkeit bei diesem Zentrierverfahren besteht darin, daß der nach unten gedrängte Spannkonus den Innenrand der Scheibe an der Mitneheerbohrung bleibend verformen kann. Eine solche Verformung oder Verbiegung findet dann statt, wenn die Reibung zwischen Scheibe und Mantel eine Verschiebung der Scheibe unter dem durch den Spannkonus ausgeübten Druck verhindert. Die außerordentlich dünne Scheibe ist für eine solche Verformung ungemein anfällig. Sobald die Scheibe bleibend verformt worden ist, kann sie nicht mehr genau zentriert werden. Eine weitere Schwierigkeit ergibt sich dann, wenn sich Spindel und Scheibe während der Abwärtsverlagerung des sich nicht dre-

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henden Spannkonus drehen. Wenn der Spannkonus dabei erstmalig mit Scheibe und Spindel in Berührung gelangt, können durch den Schlupf zwischen Scheibe und Spindel sowie zwischen Scheibe und Spannkonus ein Anscheuern und andere Beschädigungen des Scheiben(innen)rands hervorgerunfen werden· Infolgedessen kann sich die Mitnehmerbohrung erweitern, was zu einer exzentrischen bzw. "Schlag"-Drehung der Scheibe führen kann, so daß die Datenauslesung erschwert wird. Eine stark exzentrische Scheibe kann an einem Teil des Mantels scheuern und diesen dabei kräuseln oder einreißen, so daß möglicherweise die Antriebsvorrichtung blockiert wird und die Daten verloren gehen.

Aufgabe der Erfindung ist damit die Schaffung einer Vorrichtung zum Zentrieren einer Scheibe, insbesondere einer Datenspeicherplatte, relativ zu ihrer tragenden Spindel unter Verbesserung der Zentriergenauigkeit, Verringerung des Verschleisses der Scheibe und Vermeidung einer Verbiegung bzw. Verfonnungsbeschädigung am Scheiben (innen) rand.

Diese Aufgabe wird durch die in den beigefügten Patentansprüchen gekennzeichneten Merkmale gelöst.

Eine flexible Scheibe der infrage stehenden Art besteht vorzugsweise aus einem Kunststoff, wie Mylar-Polyesterfolie, und sie besitzt einen Durchmesser von etwa 20 cm bei einer Dicke von etwa 0,08 mm. Im Zentrum der Scheibe ist eine kreisförmige Mitnehmerbohrung vorgesehen, die von einem Innenrand der Scheibe umschlossen wird.

Eine auf einer Antriebsachse drehbare Spindel dient zur Halterung der flexiblen Scheibe. Die Spindel besitzt eine im wesentlichen plane Scheibentragfläche sowie eine öffnung oder Bohrung, die kreisförmig sein und im wesentlichen dieselbe Größe besitzen kann wie die Mitnehmerbohrung in der Scheibe. Die von der Scheibentragfläche ausgehende Spindelöffnung erstreckt sich in die Spindel hinein. Ein unmittelbar

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oberhalb der Spindel angeordnetes Spannelement tunfaßt einen Kegelstumpf mit einem praktisch dem Mitnehmerbohrungsdurchmesser entsprechenden ersten Enddurchmesser, der in Richtung auf die Spindel zu einem zweiten Enddurchmesser konvergiert, der wesentlich kleiner ist als der Durchmesser der Mitnehmerbohrung. Am ersten Ende des KegelT Stumpfs bzw. Konus ragt ein Ringflansch nach außen. Wenn der Konus voll in die Spindelöffnung eingesetzt ist, liegt der Ringflansch auf der Oberseite der Scheibe auf, so daß er diese gegen die Scheibentragfläche der Spindel festhält und andrückt.

Das Spannelement kann in spezieller Ausführungsform von einem die Scheibe übergreifenden Tragarm getragen werden, so daß es lotrecht auf die Spindel zu und von ihr hinweg bewegbar ist. Eine zwischen Tragarm und Spannelement eingefügte Druckfeder drängt das Spannelement gegen die Spindel. Nachdem der Konus im wesentlichen in die Bohrung eingeführt worden ist, wird durch weitere Abwärtsbewegung des Tragarms die Feder zusammengedrückt und dadurch die die Scheibe zwischen Spannelement und Spindel sichernde Kraft erhöht.

In der Spindelöffnung ist ein Führungs- oder Leitmittel vorgesehen, das in Umfangsberührung mit der Kegelfläche des Spannelements bei seiner Verschiebung gegen die Spindel gelangt. Bei der weiteren Verlagerung des Spannelements bzw. Konus wird das Leitmittel elastisch verformt. In diesem verformten Zustand ist das Leitmittel bestrebt, den Konus in axiale Ausrichtung auf die Spinftel zu ziehen_o Wenn der Konus anfänglich außermittig angeordnet ist, verursacht sein am weitesten radial nach außen versetzter Teil eine proportional größere Durchbiegung oder Verformung des Leitmittels, so daß er mit entsprechend größerer Kraft in Richtung auf die Antriebsachse gedrängt wird.

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Das Leitmittel ist ein Fingernapf mit einem ring- oder kreisförmigen Boden an der Sohle der Spindelöffnung und einer Anzahl von nach oben ragenden Fingern. Die einzelnen Finger sind mit dem einen Ende am Boden befestigt, von wo aus sie sich lotrecht nach oben erstrecken und in der Ebene der Scheibentragfläche auslaufen. Die Finger vermögen jeden Abschnitt der flexiblen Scheibe zu unterstützen, welcher der Antriebsachse näher liegt als der Kante der Spindelöffnung und daher von der Scheibentragfläche nicht unterstützt wird. Die unter diesem nicht unterstützten Randabschnitt der Scheibe befindlichen Finger verhindern eine Verformung dieses Abschnitts aufgrund einer Berührung mit dem Konus bei dessen Verlagerung gegen die Spindel. Aufgrund der Länge der Finger relativ zur Biegungs- bzw. Auslenkgröße ist die effektive Länge eines ausgelenkten Fingers praktisch genauso groß wie die Länge eines nicht ausgelenkten Fingers. Die ausgelenkten Finger bewirken daher eine wirksame Unterstützung des Scheibenrandabschnitts.

In der Mehrzahl aller Fälle kommt der Konus vor der Berührung der Scheibe mit den Fingern unter Auslenkung derselben in Berührung. Der Fingernapf jst an der Spindel mit dieser mitdrehbar befestigt. Wenn sich Spindel und Scheibe bei der Annäherung des Konus drehen, wird daher die Drehung der Spindel durch die Berührung des Konus mit den Fingern auf den Konus übertragen. Infolgedessen dreht sich der Konus mit der Spindel, bevor er die Scheibe berührt. Da die Drehung durch die Finger und nicht durch die Scheibe auf den Konus übertragen wird, wird ein Scheibenverschleiß aufgrund einer durch den Konus ausgeübten Scheuerwirkung praktisch ausgeschaltet.

Zusätzlich zur Zentrierung des Spannelements gegenüber der Spindel werden durch den Fingernapf also Abrieb und Beschädigung der Scheibe weitgehend verhindert. Vielmehr ver-

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setzt der Fingernapf den Konus vor einer nennenswerten Berührung desselben mit der Scheibe in Drehung, wodurch Abrieb und Verschleiß erheblich vermindert werden. Aufgrund der Unterstützung des Scheibeninnenrands bei der Verschiebung der Scheibe durch den Konus schützt der Fingernapf darüber hinaus diesen Scheibenrand vor Verbiegung bei gleichzeitiger Herabsetzung der Reibung während der Verschiebung der Scheibe in ihre einwandfrei zentrierte Stellung.

Im folgenden ist eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Aufsicht auf einen Scheibenantriebsmechanismus mit einem flexiblen Leitelement gemäß der Erfindung, mit auf das Leitelement aufgesetzter Scheibe mit Mantel,

Figo 2 einen Schnitt längs der Linie 2-2 in Fig. 1,

Fig. 3 eine in vergrößertem Maßstab gehaltene Teildarstellung von Fig. 2, die ein Spannelement des Antriebsmechanismus in einer Offenstellung zeigt,

Fig. 4 einen in vergrößertem llaßstab gehaltenen Schnitt längs der Linie 4-4 in Fig. 2, in welchem je-doch das Spannelement und die Scheibe weggelassen sind,

Fig. 5 einen Schnitt längs der Linie 5-5 in Fig. 4,

Fig. 6 einen in vergrößertem Maßstab gehaltenen Schnitt längs der Linie 6-6 in Fig, 4 zur Darstellung einer Halterung des flexiblen Leitelements,

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Fig. 7 eine schematische Darstellung einer auf einer Spindel des Antriebsmechanismus außermittig versetzten Scheibe,

Fig. 8 eine schematische Darstellung des bei weggelassenem flexiblen Leitelement fortschreitend in die Spindel des Antriebsmechanismus eingeführten Spannelements und

Fig. 9 eine Fig. 8 ähnelnde schematische Darstellung bei in die Spindel eingebautem flexiblen Leitelement.

In den Fig.1 und 2 ist ein Scheibenantriebsmechanismus 10 dargestellt, auf dem eine !Cassette in Form eines Mantels bzw. "Jacket" 12 und einer davon umschlossenen "weichen" (floppy) oder flexiblen Scheibe 14, etwa einer Datenspeicherplatte, angeordnet ist. Die vorzugsweise aus einem Kunststoff, wie Mylar-Polyesterfolie, bestehende Scheibe 14 besitzt einen Durchmesser von etwa 20 cm und eine Dicke von etwa 0,08 mm. Wegen dieser geringen Dicke ist die Scheibe 14 nicht selbsttragend. Der z.B. aus steifem Papier bestehende Mantel 12 hält die Scheibe 14 in ihrer waagerechten Konfiguration. Eine ümfangsabstützung für den Mantel 12 wird durch bei 15 angedeutete Stege (risers) geboten. Eine Anzahl von Einstellzapfen 16 und ein Endanschlag 17 dienen als Begrenzung für den Mantel 12 beim Ausrichten desselben. Die Scheibe 14 besitzt einen sich an eine Mitnehmer-Bohrung 19 anschließenden Innenrand 18. Die Bohrung im Scheibenzentrum besitzt einen Durchmesser von etwa 38 mm. Der Außenumfang der Scheibe 14 ist bei 20 gestrichelt eingezeichnet. Ein teilweise dargestellter Magnetkopfträger 24 ist längsverschiebbar, um einen Lese/Einschreibkopf 25 über einem Schlitz 22 auszurichten. Dem Magnetkopfträger 24 gegenüberliegend ist ein Tragarm 26 angeordnet, an dem ein Spannelement 28 montiert ist.

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Gemäß Fig₀ 2 ist eine Antriebsspindel 30 des Mechanismus 10 symmetrisch um eine lotrechte Antriebsachse 32 herum angeordnet. Die vorzugsweise aus Aluminium bestehende Spindel 30 wird von einer in sie eingepreßten Antriebswelle 34 aus rostfreiem Stahl getragen, die gegenüber einer Basis bzw. einem Sockel 36 mittels eines mit Flansch versehenen Lagers 38 drehbar gelagert ist. Eine Antriebseinrichtung, z.B. ein Elektromotor 39, versetzt die Welle 34 und damit die Spindel 30 gemäß Fig. 1 entgegen dem Uhrzeigersinn um die Antriebsachse 32 herum in Drehung.

Gemäß Fig. 3 weist die Spindel 30 eine flache, waagerechte Oberseite 40 auf, die eine Scheibentragfläche bildet, auf welche die Scheibe 14 aufgelegt wird. In der Oberseite 40 ist eine zentrale, im wesentlichen kreisförmige Öffnung 42 vorgesehen, die sich lotrecht abwärts in die Spindel hinein erstreckt und der Spindel 30 ein allgemein napfförmiges Aussehen, verleiht. Der Durchmesser der Öffnung 42 entspricht dem Durchmesser der Mitnehmerbohrung 19 oder ist geringfügig kleiner als dieser. Die Öffnung ist so groß, daß ein Spannelement 28 auf die in Fig. 2 gezeigte Weise in sie einführbar ist. Innerhalb der Öffnung 42 ist an der Spindel 30 ein flexibles Leitelement in Form eines Fingernapfes 44 montiert, der bei voll eingesetztem Spannelement 28 von der Antriebsachse hinweg radial nach außen verformt bzw. ausgelenkt wird.

Das Spannelement 28 wird vom Tragarm 26 im wesentlichen zentrisch zur Antriebsachse 32 getragen. Das Spannelement 28 umfaßt einen kegelstumpfförmigen Teil bzw. Konus 46, der sich abwärts und einwärts zur Spindel 30 hin verjüngt. Das obere Ende 47 des Konus 46 besitzt einen der Mitnehmerbohrung 19 entsprechenden oder diesen unterschreitenden Durchmesser sowie ein unteres Ende 48 mit einem wesentlich kleineren Durchmesser von z.B. 32 mm. Zwischen den Enden

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und 48 befindet sich eine sich gleichmäßig verjüngende Kegelfläche_o Mit dem oberen Ende des Konus 46 ist ein gegenüber der Antriebsachse radial nach außen gezogener Flansch 49 verbunden. Der Flansch 49 vermag sich an den Innenrand 18 der Scheibe 14 anzulegen und diese fest gegen die Oberseite 40 anzudrücken bzw. festzuhalten.

Das Spannelement 28 ist auf einer länglichen Spannwelle 50 mittels eines Lagers 52 drehbar gelagert, das unter einer Schulter 54 auf die Welle aufgesetzt ist. Ein an der Welle 50 befestigter Ansa-tz 56 dient zur Halterung des Lagers 52. Auf der Welle 50 sitzt zwischen Schulter 54 und Lager 52 ein ringförmiges Halte- bzw. Sicherungselement 58, das zusammen mit einer Nut 60 im Tragarm 26 eine Schraubenfeder 62 unter einer Druckspannung hält. Die Feder 62 drängt das Spannelement 28 vom Tragarm hinweg in Richtung auf die Spindel 30.

Das obere Ende der Welle 50 durchsetzt eine Übermaß besitzende Bohrung im Tragarm 26. Eine am Tragarm 26 angeformte Zahnstange 63 und ein zum Hoch- und Herabfahren der Zahnstange 63 in beiden Richtungen drehbares Ritzel 64 bilden eine Einrichtung zum selektiven Abheben und Absenken des Tragarms 26. Anstelle dieser Einrichtung können jedoch auch andere Anordnungen, beispielsweise mit einer Steuerkurve oder einem Schneckenrad, verwendet werden. In der in Fig. 2 gezeigten Schließstellung ist der Konus 46 vollständig in die öffnung 42 eingeführt. In der in Fig. 3 dargestellten Offenstellung ist das Spannstück 28 so weit von der Spindel 30 entfernt, daß das untere Ende 48 des Konus ein beträchtliches Stück oberhalb der Ebene der Oberseite 40 liegt. Bei vollständig von der Spindel getrenntem Spannelement 28 hält ein Sprengring 65 mit größerem Durchmesser als demjenigen der Übermaßbohrung im Tragarm 26 die Welle 50 gegen eine Abwärtsverlagerung unter der Kraft der

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Feder 62 fest,, Gemäß Fig. 2 befindet sich dieser Sprengring 65 in der Schließstellung oberhalb des Tragarms 26, wobei eine Abwärtsverlagerung der Welle durch das an der Spindel 30 anliegende Spannelement 28 verhindert wird. Durch die Federvorbelastung wird somit die Scheibe 14 sicher zwischen dem Flansch 49 und der Oberseite 40 festgelegt.

Der Fingernapf 44 und die Spindel 30 sind in den Fig. 4 bis 6 näher veranschaulicht. Das bevorzugte, flexible Leitelement ist ein einstückiger Fingernapf 44 aus einem homogenen elastischen Material, z.B. einem Kunststoff. Der Fingernapf umfaßt einen ringförmigen Boden 66, der auf eine Ringschulter 68 in der Spindelöffnung aufsetzbar ist. Mit dem Boden 66 sind zahlreiche längliche, flexible Finger 70 verbunden, die parallel um die Antriebsachse 32 herum jeweils gleich weit von dieser entfernt sind. Jeder Finger weist ein in der Ebene der Oberseite 40 liegendes freies oberes Ende 72 auf. Als besonders vorteilhaft hat sich eine Konfiguration erwiesen, bei welcher jeder Finger etwa 14 mm lang, 4 mm breit und 0,8 mm dick ist. Die Finger sind dabei jeweils so angeordnet, daß ihre Dicke, d.h_o das kleinste Maß, auf einer von der Antriebsachse ausgehenden waagerechten Radiallinie liegtο Weiterhin sind am Boden 66 acht Halterungen vorgesehen, die, mit den Fingern abwechselnd, symmetrisch um die Achse 32 herum angeordnet sind. Jede Halterung 74 weist einen etwa lotrechten, sich ungefähr über die Hälfte der Länge der Finger 70 erstreckenden Abschnitt 76 und ein davon radial nach außen abgehendes gegabeltes Ende 78 auf _o

An der Innenwand der Öffnung 42 sind acht lotrecht verlaufende Rippen 80 vorgesehen, von denen jede jeweils einer Halterung 74 zugeordnet ist und die ebenfalls symmetrisch um die Achse 32 herum angeordnet sind. Vor dem Einsetzen des Fingernapfes 44 in die Spindel 30 werden die Rippen 80

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und die Halterungen 74 in Ausrichtung aufeinander gebracht. Beim Einsetzen des Fingernapfes 44 erfassen die gegabelten Enden 78 die jeweils zugeordnete Rippe an deren Innenfläche und an ihren beiden Seiten,, Da die gegabelten Enden 78 bei unverformten Halterungen 74 jeweils in Radialrichtung über die Innenfläche der zugeordneten Rippen hinausragen, muß der etwa lotrechte Abschnitt jeder Halterung auf die in Fig. 6 gezeigte Weise nach innen ausgelenkt bzw. verformt werden. In diesem Zustand drängen die etwa lotrechten Abschnitte die jeweiligen gegabelten Enden ständig gegen die zugeordneten Rippen, so daß der Fingernapf mit Kraftschluß gegen eine Aufwärtsverschiebung gegenüber der Spindel 30 gesichert ist. Die Klauen oder Zinken jedes gegabelten Endes greifen an den Seitenflächen der zugeordneten Rippe an und verhindern somit eine Drehung des Fingernapfes 44 relativ zur Spindel 30. Während der Fingernapf 44 somit für Reinigungs-, Untersuchungszwecke und dgl. aus der Spindel herausgezogen werden kann, verhindern die Halterungen und Rippen seine Relativverschiebung im Normalbetrieb.

Obgleich das Spannelement 28 im wesentlichen symmetrisch um die Antriebsachse herum angeordnet ist, erfolgt die endgültige und genauere Zentrierung durch den Fingernapf 44. Die Finger 70 bilden gemeinsam einen um die Antriebsachse 32 herum zentrierten, lotrechten Kreiszylinder. Der Innendurchmesser dieses Zylinders ist kleiner als der Durchmesser der Mitnehmerbohrung und wesentlich größer als der Durchmesser des unteren Endes 48; er kann beispielsweise etwa 35 mm betragen.

Bei der Bewegung aus der Offenstellung in Richtung auf die Spindel 30 kann der Konus 46 infolge seines dünneren unteren Endes ohne weiteres in den genannten Zylinder eintreten. Bei seiner Abwärtsverlagerung gelangt der Konus in eine mittlere bzw. Zwischenstellung zwischen Offen- und Schließstellung,

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in welcher er den Fingernapf 44 an einem oder mehreren Fingern 70 berührt. Bei genauer Zentrierung kommt der Konus mit allen Fingern gleichzeitig in Berührung, doch wenn der Konus 46 außermittig versetzt ist, kommt er mit einem oder mehreren Fingern 70 eher in Berührung als mit den restlichen Fingern. ¥enn der Konus 46 beispielsweise gemäß Fig. nach rechts versetzt ist, werden die an der rechten Seite befindlichen Finger zuerst vom Konus berührt und durchgebogen bzw. ausgelenkt. Da die ausgelenkten Finger 70 elastisch sind, besitzen sie die Neigung, in ihren unbelasteten Zustand zurückzukehren, so daß sie bestrebt sind, den Konus 46 radial nach innen zu drängen. Beim angenommenen Beispiel drängen die verformten Finger den Konus gemäß Fig. 2 nach links in die zentrierte Stellung„ Der Konus kann dabei alle Finger 70 auslenken und dennoch in der außermittig versetzten Stellung verbleiben, wenn er z.B. die rechts befindlichen Finger stärker auslenkt als die links gelegenen Finger» Da die Finger praktisch homogen sind, ist die Größe der elastischen Kraft der Größe der DurchbiÜing bzw. Auslenkung proportional. Die über ein größeres Stück ausgelenkten Finger üben daher eine größere Zentrierkraft auf den Konus aus, so daß der Konus 46 durch die Gesamt- bzw. Netto-Zentrierkraft nach links verlagert wird.

Schließlich bewegt sich der Konus 46 so weit in seine Schließstellung, daß durch die Berührung zwischen Konus und Fingernapf der Vorbelastungskraft der Feder 62 entgegengewirkt wird. Bei der weiteren Abwärtsbewegung des Tragarms 26 verschieben sich Welle 50 und Sprengring 65 relativ zum Tragarm nach oben, so daß sich die Welle in der Übermaßbohrung des Tragarms 26 frei zu bewegen vermag. Die nunmehr relativ zur Antriebsachse 32 seitlich bewegbare Welle 50 und das Spannelement 28 werden nunmehr durch die Zentrierkraft der Finger einwandfrei auf die Antriebsachse zentriert.

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Die maximale, waagerechte Fingerauslenkung bei voll eingeführtem Konus beträgt etwa 1 mm, nämlich 7% der Ekigerlänge von 14 mm. Infolgedessen erfahren die Finger bei ihrer Auslenkung praktisch keine Verringerung ihrer lotrechten Höhe. Die Erhaltung der lotrechten Höhe ist für die noch zu erläuternde Stützfunktion von besonderer Bedeutung.

Die Stützfunktion des Fingernapfes 44 geht möglicherweise am besten aus einem Vergleich zwischen Fig. 8 und Fig. 9 im Hinblick auf Fig. 7 hervor. Fig. 7 veranschaulicht schematisch die auf der Spindel 30 außermittig versetzte flexible Scheibe14„ In Fig. 7 sind der Umfang der Mitnehmerbohrung und der Rand der Öffnung 42 eingezeichnet, wobei ein sichelförmiger Bereich einen Randabschnitt 82 des Innenrands 18 angibt, der über die Spindelöffnung überhängt und daher von der flachen Oberseite 40 nicht unterstützt wird. Eine Mißausrichtung der Scheibe 14 auf der Spindel kann aufgrund von Fertigungstoleranzen wie folgt auftreten: Zwischen Mantel 12 und Boden 36 eine Toleranz von 0,5 mm in lotrechter und waagerechter Richtung gemäß Fig. 1 sowie freie Verschiebbarkeit der Scheibe 14 im Mantel 12 über eine Strecke von 1,5 mm in waagerechter und lotrechter Richtung gemäß Fig. 1. Die maximale lineare Verschiebung zwischen dem Scheiberibohrungsumfang und dem Rand der Spindelöffnung tritt in der Mitte des Randabschnitts 82 auf, wie dies in Fig. 7 durch die Lin£ A-A veranschaulicht ist. Diese radiale Strecke kann bis zu 2,9 mm betragen. Die genannten Toleranzen sind jedoch nötig, um Maßabweichungen des Mantels bzw. der Hülle zu berücksichtigen und eine ungehinderte Drehung der Scheibe 14 im Mantel 12 zu ermöglichen.

Idealerweise wird der Ausrichtungsfehler beim Einführen des Konus in die Spindelöffnung korrigiert. Bei der Abwärtsbewegung des Konus kommt dessen Schräg- bzw. Kegelfläche mit der Scheibe 14 in Berührung, und zwar anfänglich am Randab-

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schnitt 82. Bei der Weiterbewegung des Konus gegen die Spindel sollte sich die Scheibe 14, wie vorgesehen, über die flache Oberseite 40 verschieben, bis bei voll eingesetztem Konus der Umfangsrand der Scheibenbohrung sowie der Rand der Öffnung 42 miteinander übereinstimmen und die Scheibe auf dem Konus zentriert ist.

In der Praxis kann jedoch die Scheibe auf die in der schematischen Reihendarstellung von Fig. 8 gezeigte Weise verbogen bzw. verformt werden. Die Darstellungen von Fig. 8 entsprechen Schnitten längs der Linie A-A in Fig. 7. Die Spindel ist dabei nicht mit dem flexiblen Leitelement versehen. In der ersten Darstellung befindet sich das Spannelement 28 über der Spindel. Bei seiner Abwärtsbewegung und beim anfänglichen Anstoßen am Randabschnitt 82 werden auf diesen Kräfte ausgeübt. Die schräge Außenfläche des Kegels 46 übt auf den Rand eine abwärts gerichtete und eine waagerechte Kraft aus, die bestrebt ist, die Scheibe in Ausrichtung bzw. Ausfluchtung mit der Spindel zu verschieben» Der abwärts gerichteten Kraft wird durch die von der Spindel gebotene Unterstützung entgegengewirkt«, Diese Unterstützung und der Reibungskoeffizient zwischen Scheibe und Spindel bestimmen die Reibungskraft, welche einer Verschiebung der Scheibe Widerstand leistet. Wenn die Reibungskraft die durch den Konus entwickelte waagerechte Kraft erreicht oder übersteigt, kann sich, die Scheibe nicht mehr in Abhängigkeit von der Abwärtsbewegung des Konus seitlich verschieben. Vielmehr bleibt die Scheibe in ortsfester Lage, wobei ihr Randabschnitt 82 bei der weiteren Abwärtsbewegung des Konus nach unten umgebogen wird. Dieser Zustand ist in der dritten Darstellung von Fig. 8 veranschaulicht, in welcher die Scheibe aufgrund der AbwärtsVerlagerung des Spannelements umgebogen bzw. verformt worden ist. Wenn die Streckgrenze der Polyesterfolie überschritten wird, ist die Verformung bleibend, so daß sie alle späteren Versuche, die Scheibe zu zentrieren, zunichte macht.

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Fig. 9 unterscheidet sich von Fig. 8 darin, daß ein Fingernapf 44 in die Spindel 30 eingesetzt worden ist. Vor der anfänglichen oder erstmaligen Berührung zwischen Konus 46 und Randabschnitt 18 lenkt der Konus mindestens einen der Finger 70 so weit aus, daß sein freies Ende 72 unter die Scheibe 14 und in Berührung mit dieser gelangt. Beim Anstoßen des Konus am Randabschnitt 18 werden an diesem, entsprechend den in Verbindung mit Fig. 8 beschriebenen Kräften, unter anderem abwärts und horizontal gerichtete Kräfte erzeugt. Den abwärts gerichteten Kräften wird dabei durch Kräfte aufgrund der Unterstützung der Scheibe 14 durch die Spindel 30 und den Finger 70 entgegengewirkt. Die Reibung zwischen der Scheibe und der Spindel wirkt der waagerechten Kraft entgegen.

Gemäß Fig. 9 verhindert der Fingernapf 44 ein Durchbiegen des Randabschnitts 82 hauptsächlich dadurch, daß die Scheibe 14 an ihrem Innenumfang unterstützt wird. Neben dieser unmittelbaren Unterstützung bewirkt der Finger 70 eine wesentliche Verringerung der Reibung, weil er die von der Spindel 30 zu übernehmende Unterstützung verkleinert. Hierdurch wird gewährleistet, daß die vom Konus ausgeübte Kraft größer ist als die Reibung, wobei die Scheibe 14 auf die Bewegung des Konus durch eine Verschiebung und nicht durch eine Durchbiegung anspricht. Die Scheibenzentrierung wird durch eine ggf. bestehende Reibung zwischen den Fingern 70 und der Scheibe noch verbessert. Diese Reibung ist nämlich bestrebt, die Scheibe 14 in Richtung des betreffenden, mit dem Konus in Berührung stehenden Fingers mitzunehmen, wenn dieser gegenüber der Antriebsachse 32 radial nach außen ausgelenkt wird. Wenn der Konus 46 über die in der dritten Darstellung von Fig. 9 veranschaulichte Stellung hinaus in die Spindelöffnung 42 eingeführt worden ist, ist die Schließstellung gemäß Fig. 2 erreicht.

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In der Mehrzahl aller Fälle entspricht eine anfängliche Mißausrichtung der Scheibe 14 dem Zustand gemäß Fig. 9» In gewissen Fällen kann es jedoch vorkommen, daß die Scheibe 14 mit einem Teil ihres Innenrands 18 radial einwärts von einem oder mehreren nicht ausgelenkten Fingern 70 zu liegen kommt. Die durch die einzelnen Finger unterhalb der Scheibe gewährleistete Unterstützung wirkt dabei jedoch effektiv einem Umbiegen bzw. Verformen der Scheibe aufgrund der Abwärtsbewegung des Konus 46 entgegen, wobei die Scheibe einfach verschoben wird, bis sie sich mit keinem Teil mehr radial einwärts der Finger befindet. Bei der weiteren Abwärtsbewegung des Konus wird die Scheibe sodann unter Auslenkung der Finger auf vorher beschriebene Weise verschoben.

Ein anderer Vorteil des Fingernapfes 44 liegt in seiner Fähigkeit, das Spannelement aufgrund der Reibungsberührung mit diesem in Drehung zu versetzen. Wenn sich nämlich das Spannelement gegen die Spindel 30 bewegt, greifen die Finger 70 am Konus 46 an, bevor eine nennenswerte Berührung zwischen dem Konus und der Scheibe 14 auftritt, und in den meisten Fällen vor einem Kontakt zwischen Scheibe und Konus überhaupt. Wenn sich Spindel und Scheibe drehen, dreht sich der Fingernapf 44 aufgrund der Formschlußverbindung zwischen Halterungen 74 und Rippen 80 ebenfalls. Wenn dann der Konus 46 mit den umlaufenden Fingern 70 in Berührung gelangt, wird er durch die zwischen den freien Fingerenden 72 und seiner Kegelfläche entstehende Reibung von den Fingern 70 im Sinne einer Drehbewegung mitgenommen. Der Konus 46 dreht sich daher mit der Drehzahl der Scheibe 14 vor Herstellung irgendeiner nennenswerten Berührung mit dieser, so daß die Scheuerwirkung und der Abrieb aufgrund der Relativdrehung zwischen Scheibe und Konus ausgeschaltet werden.

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Der Fingernapf 44 stellt somit eine eindeutig wirkende Möglichkeit zum Zentrieren des Spannelements 28 und der Scheibe 14 auf der Spindel 30 dar. Eine Verformung bzw. ein Verschleiß der Scheibe 14 wird weitgehend vermieden, weil die Finger 70 ein Durchbiegen der Scheibe verhindern, die Reibung herabsetzen und die Verschiebung der Scheibe in ihre einwandfrei zentrierte Position zu begünstigen vermögen. Schließlich überträgt der Fingernapf die Drehbewegung der Spindel 30 auf das Spannelement 28 vor einer nennenswerten Berührung desselben mit der Scheibe, wodurch die mit der Relativbewegung zwischen Spannstück, Scheibe und Spindel zusammenhängenden Probleme ausgeschaltet werden.

Zusammenfassend wird mit der Erfindung also eine Vorrichtung zum Zentrieren und Antreiben einer flexiblen Scheibe, beispielsweise einer Datenspeicherplatte, geschaffen, die eine drehbare Spindel und einen Konus aufweist, der durch eine Mitnehmerbohrung in der Scheibe in eine in der Spindel vorgesehene Ausnehmung bzw. Öffnung einführbar ist, um die Scheibe zwischen Konus und Spindel festzulegen. Bei dieser Vorrichtung sind innerhalb der Spindel zahlreiche, etwa lotrechte Zentrierfinger angeordnet, die sich zur oberen Abschlußebene der Spindelöffnung erstrecken und die jeweils gleich weit vom Spindelzentrum entfernt angeordnet sind. Die Finger kommen mit dem in die Spindelöffnung eintretenden Konus in Berührung, wobei sie sich bei einer weiteren Abwärtsbewegung des Konus in diese Öffnung hinein elastisch durchbiegen. In diesem durchgebogenen bzw. ausgelenkten Zustand drängen die Finger den Konus in eine zentrierte Stellung relativ zur Spindel. Die Finger können dabei auch an einem etwaigen unterstützungsfreien Abschnitt der Scheibe über der Spindelöffnung angreifen und diesen Scheibenabschnitt gegen eine Durchbiegung aufgrund der Berührung mit dem sich verschiebenden Konus unterstützen.

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Leerseite

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Telegramme: ellipsoid

19. Sep. 1978 Patentansprüche

Vorrichtung zum Zentrieren einer flachen Scheibe, beispielsweise einer Datenspeicherplatte, mit einer kreisförmigen Mitnehmerbohrung und einem diese umgebenden Innenrand auf einer Antriebsachse, gekennzeichnet durch eine auf einer Antriebsachse (32) drehbare Spindel (30) mit einer im wesentlichen planen, senkrecht zur Antriebsachse verlaufenden Scheiben-Tragfläche (40) und einer in dieser ausgebildeten, sich in die Spindel hinein erstreckenden Öffnung (42), durch ein Spannelement (28) mit einem im wesentlichen auf der Antriebsachse zentrierten Kegelstumpf bzw. Konus (46), der ein erstes Ende (47) mit einem Durchmesser praktisch entsprechend dem Durchmesser der Mitnehmerbohrung (18) in der flexiblen Scheibe (14) aufweist, das sich zu einem zweiten, nahe der Spindel befindlichen Ende (48) mit einem wesentlich kleineren Durchmesser als dem der Mitnehmerbohrung verjüngt, wobei das Spannelement weiterhin am ersten Ende des Konus einen radial nach außen erweiterten Flansh (49) aufweist, durch eine Einrichtung (26, 63, 64) zur selektiven Ausrichtung des Spannelements (28) axial zur Spindel (30) zwischen einer von letzterer entfernten Offenstellung und einer Schließstellung, in welcher sich der Konus durch die Mitnehmerbohrung (18) hindurch in die

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Spindelöffnung (42) erstreckt, die Scheibe auf dem Konus zentriert ist und Flansch und Tragfläche auf gegenüberliegenden Seiten am Innenrand der Scheibe mit Reibung angreifen, und durch ein an der Spindel angebrachtes flexibles Leitelement (44), das in einer Zwischenstellung zwischen Offen- und Schließstellung am Konus anzugreifen und sich bei der Bewegung des Konus aus der Zwischenstellung in die Schließstellung elastisch zu verformen vermag und aufgrund dieser Verformung den Konus axial mit der Spindel ausfluchtet.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsachse lotrecht angeordnet ist, daß sich das Spannelement in der Offenstellung oberhalb der Oberseite der Spindel befindet und daß die Scheiben-Tragfläche die Scheibe unter ihrem Eigengewicht zu tragen vermag.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Leitmittel einen in der Spindelöffnung befindlichen, ringförmigen und praktisch auf der Antriebsachse zentrierten Boden sowie eine Anzahl von Fingern aufweist, die jeweils mit gleichem Abstand von der Antriebsachse am einen Ende mit dem Boden verbunden sind und sich im wesentlichen lotrecht aufwärts erstrecken.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3_t dadurch gekennzeichnet, daß die Finger in derselben Ebene wie die Scheiben-Tragfläche liegende obere Enden besitzen und normalerweise einen Kreiszylinder mit einem Durchmesser bilden, der wesentlich kleiner ist als der Durchmesser des ersten Konus-Endes und wesentlich größer als derjenige des zweiten Konus-Endes.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Spannelement um eine lotrechte Achse drehbar ist und

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daß die oberen Enden der Finger bei der Bewegung des Konus aus der Offen- in die Schließstellung mit seiner Kegelfläche in Berührung bringbar sind und dabei eine Relativdrehung zwischen Spannelement und Leitmittel verhindern.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Leitmittel mehrere an seinem Boden angebrachte und von diesem nach oben ragende Halterungen mit jeweils einem gabelförmigen, vom Boden radial nach außen abstehenden Ende aufweist, daß die Spindel in ihrer Öffnung jeder Halterung zugeordnete lotrechte Rippen aufweist und daß jeder gabelförmige Endabschnitt mit seiner zugeordneten Rippe in Eingriff steht und dabei eine Drehung des Leitmittels relativ zur Spindel verhindert.
7. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Finger in Abhängigkeit von der Bewegung des Konus aus der Zwischenstellung in die Schließstellung elastisch zu verformen vermögen, so daß das obere Ende mindestens eines bestimmten Fingers unter und gegen einen ggf. radial einwärts über die Scheiben-Tragfläche hinausstehenden Randabschnitt des Innenrands zu liegen kommt, so daß der betreffende Finger den Randabschnitt gegen eine Abwärtsumbiegung oder -verformung aufgrund einer Berührung mit dem Konus bei dessen Bewegung in die Schließstellung verhindert.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge jedes Fingers mindestens das Vierzehnfache der radialen Strecke beträgt, über welche sich das obere Fingerende bei einer Verformung des betreffenden Fingers bewegen kann.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das flexible Leitmittel ein einstückiger Kunststoff-Fingernapf ist.

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10« Vorrichtung nach Anspruch 4,,dadi2Fe;hi gekennzeichnet, daß cue Splndeloffnung undL die Mtnehmerbahrung praktisch gleiche Durchmesser¹ besitzen Tasi bei axial auf die Spindel ausgerichteter Scheibe miteinander fluchten* wobei die Scheibe _t wenn sie nicht derart aiasge— richtet ist* mit einem Randahsethnltt radial einwärts über die Scheiben-Tragfläche übersteht,, daß der- Konus bei seiner Abwärtsbewegung aus der Qffenstellung mit der Scheibe anfänglich an Ihrem Randahscbnltii in Berührung gelangt, daß die Finger mindestens einen, ausgewählten Finger umfassen, dessen oberes Ende unterhalb des Scheiben-Randabschnitts liegt und diesen unterstützt, so daß die Scheibe bei der Abwärtsbewegung des Konus nach dessen Berührung mit dem Scheiben-Randabschnitt in axiale Flucht mit dem Konus verschiebbar ist, wenn die Finger den Konus in axiale Flucht mit der Spindel drängen.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Konus bei seiner Abwärtsbewegung über die Zwischenstellung hinaus die Finger radial auswärts auslenkb, wobei das obere Ende des ausgewählten Fingers unter den Scheiben-Randabschnitt zu liegen kommt, bevor der Konus diesen Randabschnitt berührt.
12. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß jeder ausgewählte Finger vor seiner Berührung mit dem Konus unter den Scheiben-Randabschnitt zu liegen kommt.

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