DE3001432A1 - Dreheinrichtung mit axiallager - Google Patents

Description

DR. BERG DJPL-ING STAPF DIPL.-ING. SCHWABE DB. DR. SANDMAIR.

PATENTANWÄLTE Postfach 86 02 45 · 8000 München ^QQ j ^ 3

Anwaltsakte: 30 \ 6. Jan. 1980

Matsushita Electric Industrial Co,, Ltd. Kadoma-shi, Osaka-fu/ Japan

Dreheinrichtung mit Axiallager

VII/XX/Ktz

030

988273 988274 983310

BERGSTAPFPATENT München

TELEX:

0524560BERGd Bankkonten: Hypo-Bank München 4410122850 (BLZ 70020011) Swill Code: HYPO DE MM Bayet Vereinsbank München 453100 (BLZ 70020270) Postscheck München 65343-808 (BLZ 70010080)

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Anwaltsakte: 30 658 fe * ^v ^^v*

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Dreheinrichtung mit Axiallager gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Als Drehkopf-Zylinderanordnungen in Video-Bandgeräten (die auch als "VTR-Geräte" bezeichnet werden) werden Dreheinrichtungen verwendet, bei welchen ein rotierendes Teil, beispielsweise ein oberer Zylinder, drehbar am freien Ende einer Welle gehalten ist, deren anderes Ende festgeklemmt ist, wobei eine Punkt- oder Linienberührung besteht, oder bei welchem ein rotierendes Teil über Wälzlager , wie Kugel- oder Rollenlager, an einer Welle gehaltert ist. Derartige Tragoder Lagersysteme weisen jedoch verschiedene Schwierigkeiten auf. Wenn das rotierende Teil an einem Ende der Welle mit einer punktförmigen Berührung getragen wird, kommt es zu einem schnellen Verschleiß der Lagerflächen, so daß sich die relative Lage zwischen dem rotierenden Teil und der Welle ändert. Wenn das rotierende Teil an einem Ende der Welle mit einer Linienberührung gehalten ist, ist wegen des hohen Widerstandes zwischen den Iiagerflächen ein hohes Anlaufdrehmoment erforderlich. Wenn das rotierende Teil an der Welle über reibungsarme bzw. Wälzlager gehalten ist, kann die axiale Lage des rotierenden Teils bezüglich der Welle nicht genau eingehalten werden, wie nachstehend noch im einzelnen beschrieben wird. _o

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Mit der Erfindung sollen daher im wesentlichen die vorstehend angeführten und weitere Schwierigkeiten überwunden werden, wenn ein rotierendes Teil über die herkömmlichen Lager an einem feststehenden Teil gehalten ist.

Gemäß der Erfindung ist eine Dreheinrichtung mit Axiallager geschaffen, die gekennzeichnet ist durch eine Welle mit mindestens einem freien Ende, durch ein Gehäuse, das mit einem dazwischen vorgesehenen Schmiermittel drehbar auf die Welle aufgesetzt ist; durch eine erste Einrichtung zum Steuern der jeweiligen axialen Lage oder Stellung zwischen der Welle und dem Gehäuse, wobei die erste^die axiale Lage steuernde Einrichtung ein erstes axiales Drucklager aufweist, das in der vorliegenden Beschreibung als ein "Mikronut-Lager" bezeichnet wird, welches axiale Lager einen Ansatz, der von dem freien Ende der Welle oder der der Gehäusewandung gegenüberliegenden Lagerfläche koaxial zu der Welle vorsteht, und Radialnuten aufweist, die in der Endfläche des Ansatzes oder der gegenüberliegenden Lagerfläche in der Weise ausgebildet sind, daß bei einer relitiven Drehbewegung zwischen der Welle und dem Gehäuse sich der Druck in dem dazwischen ausgebildeten Ölfilm ausbilden kann, wodurch dann die Lagerflächen voneinander getrennt werden, und durch eine zweite_/die koaxiale Lage oder Stellung steuernde Einrichtung, welche den Druck erzeugen kann oder die Kraft in der Richtung ausüben kann, daß die Lagerflächen des ersten axialen Drucklagers oder des "Mikronut-Lagers" gezwungen werden, sich aufeinander zu zu bewegen. Bei der erfindungsgemäßen Dreheinrichtung kann das rotierende

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Teil inganggesetzt und mit niedrigen Drehmomenten angetrieben werden. Die Schwierigkeiten aufgrund eines Verschleißes der Lagerflächen sind dadurch vollständig überwunden. Ferner kann die relative axiale Lage oder Stellung zwischen den rotierenden und feststehenden Teilen ohne Rücksicht auf die Stellung der Dreheinrichtung genau eingehalten werden, wobei ein geforderter Abstand oder eine Höhe eines vorbestimmten Punktes an der Dreheinrichtung bezüglich eines Bezugspunktes oder einer Bezugsfläche des feststehenden Teils mit einem höheren Genauigkeitsgrad eingehalten werden kann, der bisher mit Hilfe der herkömmlichen Lagernicht eingehalten werden konnte. Mit der erfindungsgemäßen Dreheinrichtung kann somit die relative Lage zwischen einer Welle und einem Gehäuse innerhalb eines zulässigen Toleranzbereichs unabhängig von der Stellung der Dreheinrichtung genau eingehalten werden.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen im einzelnen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Gehäuse, das über ein kugelförmiges Zapfenlager an einer Welle gehalten ist;

Fig. 2 ein Gehäuse, das über Axial- oder Spiralnutlagern an einer Welle gehalten ist;

Fig. 3 eine Grundausführung einer Dreheinrichtung gemäß der Erfindung;

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Fig. 4 in vergrößertem Maßstab eine Teilansicht davon;

Fig. 5A eine Draufsicht auf eine erste _f die axiale Lage oder Stellung steuernde Einrichtung oder ein erstes Drucklager ;

Fig. 5B eine Draufsicht auf eine zweite, die axiale Lage oder Stellung steuernde Einrichtung oder ein zweites Spiralnut-Drucklager;

Fig. 5C die Druclc-Abstand-Kennlinie des in Fig. 5A dargestellten Drucklagers;

Fig. 5D die Druck-Abstandkennlinie des in Fig. 5B dargestellten Drucklagers;

Fig. 6 die Axialbelastung-Abstand-Kennlinie des ersten Drucklagers, das bei den von den Erfindern durchgeführten Versuchen verwendet worden ist;

Fig. 7A einen Teil einer schematischen Darstellung einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 7B eine Draufsicht auf ein dort verwendetes Fischgrat- -oder Pfeil-Spiralnutlager;

Fig. 8A bis 8C Änderungen des Mikronutmusters, das bei dem Mikronutlager gemäß der Erfindung verwendet ist;

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Fig. 9 eine schematische Ansicht einer Abwandlung der ersten in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform;

Fig.10 bis 12 schematische Längsschnittansichten von Abwandlungen der ersten in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform ;

Fig. 13 eine schematische Längsschnittansicht einer dritten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 14 eine schematische Längsschnittansicht einer herkömmlichen Drehkopf-Zylinderanordnung für Video-Bandgeräte, bei welcher Kugellager verwendet sind;

Fig.15 eine schematische Längsschnittansicht einer vierten Ausführungsform der Erfindung, die in einer Drehkopf-Zylinder anordnung für Video-Bandgeräte vorgesehen ist;

Fig.16 die Axialbelastung-Abstand-Kennlinie der vierten.in Fig. 15 dargestellten Ausführungsform; und

Fig.17 bis 19 Ansichten, zur Erläuterung der einzelnen Schritte beim Zusammenbau der in Fig. 15 dargestellten Drehkopf-Zylinderanordnung für Video-Bandgerate.

Vor der Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung werden herkömmliche Lager anhand von Fig. 1 und 2 im einzelnen beschrieben, um dadurch insbesondere die Schwierig-

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keiten bei diesen Lagern aufzuzeigen. Zuerst wird anhand von Fig. 1 das herkömmliche Lager beschrieben, das sowohl radiale als auch axiale Belastungen aufnimmt und die axiale Stellung eines Gehäuses 103 steuert. Das in Fig. 1 dargestellte Lager hat die folgenden Vorteile.

(1) Das Gewicht des Gehäuses 103 wird normalerweise auf ein Axiallager (ein kugelförmiges oberes Ende) 102 einer feststehenden Welle 101 ausgeübt, die fest an einer Unterlage gehaltert ist, so daß unabhängig davon, ob sich das Gehäuse 103 dreht oder ob es stillsteht, die Bodenfläche einer zylindrischen Blindbohrung 103a des Gehäuses 103 gegen das Zapfenlager 102 gedrückt wird. Die Bodenfläche und das Zapfenlager 102 haben eine Punktberührung, so daß die Drehbelastung kleiner ist und folglich das Gehäuse 103 bei einem verhältnismäßig kleinen Drehmoment anlaufen kann.

(2) Eine Einrichtung zum Steuern der Axialstellung des Gehäuses 103 ist im Aufbau einfach und kann ohne weiteres mit einem Radiallager 105 kombiniert werden, so daß die Drehbewegung bei einem höheren Genauigkeitsgrad gewährleistet werden kann.

Wenn jedoch das anhand von Fig. 1 beschriebene, herkömmliche Lager dieser Art bei einem tragbaren Video-Magnetbandgerät (VTR-Gerät) angewendet worden ist, bei welchem die Aufzeichnung mit einer höheren Dichte und der Betrieb mit einem höheren Genauigkeitsgrad durchgeführt werden soll, sind die folgenden Schwierigkeiten aufgetreten.

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Als Folge einer langen Betriebsdauer ist das obere Ende des Zapfenlagers 102, welches normalerweise an der Bodenfläche der zylindrischen Bohrung 103a des Gehäuses 103 anliegt, unvermeidlich einem allmählichen Verschleiß ausgesetzt. Als Folge dieses Verschleißes wird die Lage eines Kopfes 107, welcher an dem Gehäuse oder Drehzylinders im Falle eines Video-Bandgeräts angebracht ist, abgesenkt, so daß sich die relative Lage zwischen dem Kopf 107 und einem Band ändert. Die zulässige Abweichung bzw. die Toleranz bei diesem Lagefehler wird umso strenger gehandhabt, wenn der Trend nach der Aufzeichnung mit einer höheren Aufzeichnungsdichte andauert und wenn der Trend bezüglich des Aufbaus und der Ausführung von Videobandgeräten in Richtung auf eine bequemere Tragbarkeit weiter geht. Beispielsweise muß der axiale Stellungsfehler (6) im Bereich von fünf Mikron liegen.

Um diese Schwierigkeit zu überwinden, ist eine Anordnung vorgeschlagen worden, bei welcher ein Schmieröl mit einer ausgezeichneten Rand- oder Grenzschichtwirkung verwendet wird, und bei welcher das Zapfenlager 102 und dessen Kontakt oder Berührungsfläche (d.h. die Bodenfläche der Bohrung 103a) aus Materialien mit einer höheren Verschleißfestigkeit, wie Keramik, harte Metalle, Lagersteinen u.a. hergestellt sind. Vom KostenStandpunkt und im Hinblick auf eine Massenherstellung hat sich jedoch eine derartige Anordnung in der Praxis als nicht zufriedenstellend erwiesen.

Es ist daher eine weitere Gegenmaßnahme vorgeschlagen worden,

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bei welcher das Zapfenlager 102 an der Bodenfläche 104 anliegt, welche nunmehr im vertikalen Querschnitt halbkonisch ist, so daß die Lagerflache nunmehr statt einer Punktberührung eine Linienberührung bilden kann und folglich der Berührungsdruck verringert werden kann. Diese Gegenmaßnahme hat sich jedoch im Hinblick auf die Herstellung und auf den Zusammenbau der Teile als unbefriedigend herausgestellt, da es schwierig ist, eine genaue Ausrichtung zwischen den Achsen der feststehenden Welle 101 und dem Gehäuse 103 zu erhalten.

Bei einer weiteren vorgeschlagenen Gegenmaßnahme ist das obere Ende der feststehenden Welle 101 konisch ausgebildet und ist von einem Wälzlager aufgenommen. Jedoch hat sich auch diese Gegenmaßnahme in der Praxis als nicht erfolgreich erwiesen, da außer den Schwierigkeiten.die bei Zapfenlagern der beschriebenen Art aufgetreten sind, die Ausführung sehr kompliziert wird.

Um die vorstehend angeführten und weitere Schwierigkeiten bei den herkömmlichen Ausführungen zu überwinden, ist ein Spiralnutlager der in Fig. 2 dargestellten Art vorgeschlagen worden. Dasheißt, um eine kontaktfreie Schmierung oder eine solche mit einem durchgehenden Schmierfilm zu erreichen, sind sowohl an den unteren als auch an den oberen Flächen 109 und 110 eines Flansches 108 eines Drucklagers Nute u.a. 111 bzw. 112 ausgebildet worden, so daß die Druckwerte, die in den (Schmier-) Filmen an den Oberflächen 106 und 110 erzeugt

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oder aufgebaut worden sind zur Folge haben, daß das Gehäuse 103 schwimmt.

Wenn das Gehäuse 103 stillsteht bzw. in Ruhe ist, wird bekanntlich kein Öl- oder Schmierfilm gebildet, und folglich setzt sich das Gehäuse 103 ab, so daß seine Berührungs- oder Lagerfläche auf der oberen Fläche 109 aufliegt. Folglich ist ein größeres Drehmoment zum Anlaufen des Gehäuses 103 erforderlich. Insbesondere wenn die in Fig. 2 dargestellte Lagerart verwendet wird, um einen Drehzylinder (welcher dem Gehäuse 103 inFig. 2 entspricht ) eines Video-Bandgeräts zu

tragen, das durch einen kleinen direkt antreibenden Motor angetrieben wird, würde der Drehzylinder nicht anlaufen, da die von dem Motor abgegebene Leistung nicht ausreicht.

Die Axiallage des Gehäuses 103 hängt von dem Gleichgewicht zwischen dem Gewicht des Gehäuses 103 und den Druckwerten ab_r die sich an den öl- oder Schmierschichten zwischen den oberen und unteren Flächen 109 und 110 einerseits und den Berührungsoder Lagerflächen des Gehäuses 103 andererseits ausgebildet haben. Die Lageabweichung des Gehäuses führt zu einer Axialkomponente des Gewichtes des Gehäuses 103, das auf die feststehende Welle 101 ausgeübt wird, wodurch die Axiallage des Gehäuses 103 von seiner Normallage abweicht. Folglich ändert sich die Höhe H des an dem Gehäuse oder Drehzylinder 103 gehalterten Kopfes 107; d.h. durch den axialen Lagefehler des Kopfes wird die Aufzeichnung und Wiedergabe durch den Kopf 107 nachteilig beeinflußt. Beispielsweise wird, wie vorstehend

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bereits ausgeführt ist, derzeit im Hinblick auf den Aufbau und die Ausführung von Video-Bandgeräten gefordert, daß der axiale Lagefehler innerhalb von 2 Mikron liegen muß.

In Fig. 3 ist die Grundausführung einer ersten Ausführungsform der Erfindung beschrieben, welche eine feststehende,an einer Unterlage 2 gehalterte Welle 1, ein Gehäuse 3, das drehbar an der Welle 1 gehaltert ist, deren oberes Ende radial nach außen in Form eines Flansches 4 verbreitert ist, und eine
Ölschicht 5 aufweist, die in dem Zwischenraum zwischen der
feststehenden Welle 1 einschließlich deren Flansch 4 und dem Gehäuse 3 enthalten ist.

Eine die axiale Lage oder Stellung steuernde Einrichtung 6, welche in der vorliegenden Beschreibung auch als ein "Mikro-Nutlager oder -ansatz" bezeichnet und nachstehend im einzelnen beschrieben wird, steht von der oberen Fläche 7 des Flansches oder dem flanschförmigen oberen Ende 4 der feststehenden Welle 1 vor. Eine zweite, die axiale Lage oder Stellung
steuernde Einrichtung oder ein Spurlager 8 ist an der unteren Fläche desFlansches 4 (siehe Fig. 4) ausgebildet.

Insbesondere in Fig. 4 weist der iüikronutansatz- 6 einen
Vorsprung 9 auf, der von der ebenen oberen Fläche 7 des
Flansches 4 vorsteht und mit Spiralnuten versehen ist. Der
Abstand(ö₂) ist als der Abstand zwischen dem . Spur-Lager 8 und dessen gegenüberliegender Lagerfläche festgelegt,

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während der Abstand (δ_) als die Höhe des Vorsprungs 9 über der oberen fläche 7 des Flansches 4 festgelegt ist. In Fig. 5A (und ebenso in Fig. 8A bis 8C) stellen die dunklen Bereiche die Nute dar. Wie in Fig. 5B dargestellt, weist ein Spur- oder Drucklager 8 Erhebungen 10 und Vertiefungen 11 auf, welche einander abwechselnd und in gleichem Winkelabstand voneinander angeordnet sind.

Wie oben beschrieben, ist die erste Ausführungsform mit der ersten_fdie axiale Lage steuernden Einrichtung oder dem Mikronutansatz oder lager 6 und mit der zweiten_;die axiale Lage steuernden Einrichtung oder dem Druck- oder Spurlager 8 versehen, deren Arbeitsweise die folgende ist.

(1) Die Spiralnut6a der ersten,die axiale Lage steuernden Einrichtung oder des Mikronutansatzes oder -lagers 6 ist so ausgerichtet, daß, wenn sich das Gehäuse 3 im Uhrzeigersinn dreht, sich der Druck von dem Umfang zu der Mitte hin, wie durch Pfeile P in Fig. 4 dargestellt ist, sowohl durch die Pumpwirkung als auch durch die Keilwirkung aufgrund der Spiralnuten 6a ausbilden kann. Der Durchmesser (d) des Vorsprunges 9 oder des Mikronutlagers oder -ansätzes 6 ist sehr klein, so daß die wirksame Axiallagerfläche klein ist. Folglich spricht der sich bildende Druck (P) sehr empfindlich auf eine Änderung des Abstandes (O₁) an, wie in Fig. 5C dargestellt ist.

(2) Bei der zweiten_fdie axiale Lage steuernden Einrichtung oder bei dem Druck- oder Spurlager 8 baut sich infolge der Keilwirkung der Druck auf, wenn sich das Gehäuse 3 dreht.

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Der Druck ist positiv am inneren oder konisch zulaufenden Ende jeder Nut 11, aber negativ an dem äußeren oder sicherweiternden Ende. Der Absolutwert des negativen Drucks ist niedriger als der des positiven Drucks, so daß als Ganzes der positive, eine Belastung tragende Druck erhalten wird. Da das Spurlager 8 einen verhältnismäßig großen Durchmesser (D.) hat, wie in Fig. 5B dargestellt ist, spricht der sich bildende Druck entsprechend einer Änderung des Abstandes (ö_) verhältnismäßig leicht bzw. mäßig an, wie in Fig. 5D dargestellt ist.

Der durch dasSpurlager 8 ausgebildete Druck sowie dasGewicht W des Gehäuses 3 haben zur Folge, daß sich das Gehäuse 3 nach unten bewegt, wie durch einen Pfeil A in Fig. 4 angezeigt ist. Folglich hängt die in Fig. 3 angegebene, absolute Höhe (H) von dem Gleichgewicht zwischen demGewicht (W) des Gehäuses 3 und den Druckwerten auf, die sich sowohl durch die Mikronut als auch die Spurlager 6 und 8 ausgebildet haben.

Die Wirkungen und Merkmale der ersten Ausführungsform können folgendermaßen zusammengefaßt werden:

(I) Zum Anlaufenlassen des Gehäuses ist ein niedriges Drehmoment erforderlich. Wenn das Gehäuse 3 stillsteht, ist kein Ölfilm zwischen dem Spurlager 3 und dessen anliegender oder gegenüberliegender Fläche vorhanden. Folglich hat sich das Gehäuse 3 abgesenkt, so daß die Lager- oder obere Fläche des Mikronutlagers 6 und die gegenüberliegende oder Lagerfläche 12 unmittelbaren Kontakt haben, d.h. unmittelbar aneinander

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anliegen. Um ein sich vertikal bewegendes Teil anlaufen zu lassen, welches in Ruhe ist und auf einem Drucklager aufsitzt, ist ein verhältnismäßig größeres Drehmoment erforderlich; gemäß der Erfindung ist jedoch dieBerührungsflache zwischen den Lagerflächen zwischen dem Mikronutlager 6 und der gegenüberliegenden Lagerfläche 12 des Gehäuses 3 sehr klein, da der Durchmesser (d), wie beschrieben, klein ist. Außerdem stellt das Mikronutlager oder der -ansatz 6 in der Mitte des flanschförmigen oberen Endes 4 der feststehenden Welle 1 vor ,. Wegen seiner geringen Größe und seiner Lage schafft somit der Mikronutansatz oder das -lager 6 eine sehr kleine Anlaufbelastung, so daß nur ein kleines Drehmoment zum Ingangsetzen des Gehäuses 3 erforderlich ist. Folglich kann das kontaktfreie Mikronutlager gemäß der Erfindung als ein Zapfen- oder Schneidenlager mit einer äußerst scharfen oder spitz zulaufenden Schneide oder Kante betrachtet werden.

(II) Wegen der kontaktfreien Lagerung kommt es zu einer minimalen Abnutzung. Die Spiralnuten 6a des Spiralnut-Lagers 6 bilden einen Ölfilm, welcher extrem dünn, aber sehr wirksam ist, um eine kontaktfreie Lagerung des Gehäuses 3 während -dessen Drehbewegung aufrechtzuerhalten. Folglich kann selbst nach einer langen Betriebsdauer die Abnutzung des Kontaktfreien Mikronut-Lagers im Vergleich zu dem in Fig. 1 dargestellten Drucklager 102 auf ein Minimum herabgesetzt werden.

Obwohl der xlurch den Mikronutansatz oder das -lager ge-

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schaffene Ölfilm äußerst dünn ist, ist er doch sehr wirksam, um die geforderte kontaktfreie Lagerung aufrechtzuerhalten, wie vorstehend ausgeführt ist, so daß die obere Fläche 7 des Flansches 4 der feststehenden Welle 1 nicht zur Aufnahme der Axialbelastung verwendet zu werden braucht. Folglich kann die Höhe (δ_) des Mikronutlagers oder -ansatzes 6 stärker erhöht werden, so daß eine ausreichende Menge an Schmieröl um das Mikronut-Lager oder den -Ansatz 6 gehalten werden kann, wodurch dann eine optimale Schmierung erreicht ist.

(III)Die Steuerung bzw. Regulierung der axialen Lage oder Höhe des Gehäuses oder Drehteils ist mit einem höheren Genauigkeitsgrad möglich. Eines der besonderen Merkmale der ersten anhand von Fig. 3 und 4 beschriebenen Ausführungsform ist auf die Tatsache zurückzuführen, daß zwei Axiallager kombiniert sind, welche bezüglich ihrer Lagerfläche sehr verschieden sind, wie in den Kennlinien in Fig. 5C und 5D dargestellt ist, bei welchen der Druck über dem Abstand aufgetragen ist. Folglich kann eine Änderung bezüglich der Gleichgewichtslage infolge einer Lageänderung der Lageranordnung, d.h. einer Veränderung in der Höhe (H) des Gehäuses 3 auf ein Minimum herabgesetzt werden.

Wie in Fig. 5C dargestellt, ist der durch den Mikronut-Ansatz oder das -Lager 6 erzeugte Druck nur hoch, wenn der Abstand (S₁) klein ist und nimmt sehr mäßig ab, wenn der Abstand einen bestimmten Wert überschreitet. Andererseits ist die Änderung bei dem durch das Spurlager 8 erzeugten

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Druck gegenüber dem großen Bereich des Abstandes (δ₂) sehr mäßig, wie in Fig. 5D dargestellt ist. Wenn folglich der Abstand (O₁) größer ist, wenn das Gehäuse 8 aus der Gleichgewichtslage weiter nach oben getragen wird, ist die Veränderung in dem durch das Spur - oder Drucklager 8 erzeugten Druck vernachlässigbar, aber der durch das Mikronut-Lager oder den -Ansatz 6 aufgebaute Druck fälltplötzlich auf einen vernachlässigbaren Wert ab, so daß das Gehäuse sich in Richtung auf den Gleichgewichtspunkt oder die Gleichgewichtslage nach unten bewegt.

Wenn andererseits der Abstand (δ.) abnimmt, steigt der durch das Mikronut-Lager 6 aufgebaute Druck plötzlich an, wie in Fig. 5C dargestellt ist, so daß das Gehäuse nach oben auf die Gleichgewichtslage zu getragen wird. Das heißt, der durch das Mikronut-Lager oder den -Ansatz 6 erzeugte Druck spricht sehr schnell entsprechend einer Veränderung im Abstand (δ,.) in dem Bereich an, der in Fig. 5C durch ΔΗ angegeben ist. Folglich wird der BereichAH in Abhängigkeit von der geforderten Toleranz bezüglich des Lagefehlers oder in Abhängigkeit von einer zulässigen Abweichung der Bezugshöhe H des Gehäuses 3 gewählt, und die Ausbildungen und Abmessungen der Spiralnuten 6a des Mikronut-Ansatzes oder -Lagers werden äo festgelegt, daß der Abstand (O₁) des Gehäuses oberhalb des Mikronut-Ansatzes oder -Lagers 6 bei δ* < £ß ist. Folglich sind die Einstellungen nach dem Zusammenbau sehr einfach. Beispielsweise reicht es aus, lediglich die Höhe oder den Abstand zwischen einer ebenen Bezugsfläche und einem Bezugspunkt an dem Gehäuse 3 oder einem

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Drehteil in der Ruhelage richtig einzustellen. Der Grund hierfür ist der, daß, wenn sich das Gehäuse 3 dreht _f es nicht über den zulässigen FehlerΔΗ hinaus getragen bzw. angehoben wird.

Die Wirkungen der ersten Ausführungsform sind klar aus den Daten zu ersehen, die bei Versuchen an einem Zylinder eines Video-Bandgeräts unter Verwendung der ersten Ausführungsform der Erfindung erhalten worden sind. In Fig. 6 ist die Kennlinie zwischen der Belastung bzw. der Tragfähigkeit C₁ und dem Abstand (d..) über dem Mikronut-Ansatz oder -Lager 6 dargestellt, wenn die Drehzahl 1800U/min beträgt und das verwendete Schmiermittel eine Viskosität von 15 cSt. hat. Die Versuchsdaten sind in der nachstehenden Aufstellung angegeben.

Durchmesser d des Mikronut-Lagers 6 3mm

Tiefe h der Spiralnuten 4μ

Winkel α dex Spiralnuten 16

Anzahl η der Spiralnuten 4

Durchmesser D. des Flansches 4 12mm

Das Spurlager 8 war so ausgelegt und ausgeführt, daß die Belastung C₂ 300g ist, wenn der Abstand (ö₂) 15 Mikron ist. Das rotierende Teil (oder das Gehäuse 3) wog 2 50g. In der vertikalen Stellung ist folglich die Gesamtbelastung (W + C₂=550g) im Gleichgewicht mit dem Druck, der durch den Mikronut-Ansatz oder das -Lager € erzeugt worden ist. Der Abstand (S₁) ist dann etwa 0,9 Mikron. Die Versuche haben bestätigt, daß die Höhe des Zylinders (Gehäuses 3) des Videobandgerätes sich

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nur innerhalb des zulässigen Fehlerbereichs (von 3 Mikron) ändert.

Außerdem ist das Anlaufdrehmoment so niedrig, daß die von dem Motor mit direktem Antrieb aufgebrachte Leistung in dem tragbaren Video-Bandgerät ausreicht, um den Zylinder sehr ruhig ingangzusetzen und anzutreiben. Die Mikronute 6a des Mikronut-Ansafczes oder -Lagers 6 können durch ein Photoätzverfahren geschaffen werden, bei welchem das stark vergrößerte Muster von Mikronuten oder -rillen 6a auf die geforderten Endabmessungen verkleinert wird.

In Fig. 7A ist die zweite Ausführungsform der Erfindung dargestellt, welche im Aufbau im wesentlichen der vorbeschriebenen, ersten Ausführungsform entspricht, außer daß die zweite die axiale Lage steuernde Einrichtung ein Spiralnutlager aufweist, wie in Fig. 7B dargestellt ist, daß nachstehend auch als "Fischgrat- oder Pfeil-Spiralnutlager" bezeichnet wird. Jede Nut besteht aus einem inneren Spiralnutteil oder einem nach rückwärts gebogenen Nutteil 14 und einem äußeren Spiralnutteil oder einem nach vorne gebogenen Nutteil 15, der an den nach rückwärts gebogenen Nutteil 14 angrenzt. Daher dienen die nach rückwärts gebogenen Nutteile 14 dazu, das Schmieröl 5 radial nach außen zu drücken, während die nach vorne gebogenen Nutteile 15 dazu dienen, das Schmiermittel 5 radial nach innen zu drücken, wiedurch Pfeile a bzw. b in Fig. 7A angedeutet ist. Das Fischgrat- oder Pfeil-Spiralnutlager der zweiten Ausführungsform hat gegenüber dem Spur-

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lager 8 der ersten Ausführungsform den Vorteil, daß, selbst wenn der Durchmesser D₁ desFlansches 4 derfeststehenden Welle 1 klein ist, ein verhältnismäßig großer Lagerdruck aufgebaut werden kann.

Die folgenden drei Spiralnutmuster können bei der zweiten Ausführungsform verwendet werden. (A) Ein Muster von Spiralnuten, welches dazu dient, dasSchmiermittel 5 radial nach außen zu drücken, wie durch den Pfeil a in Fig. 7A angezeigt ist;(B) ein Muster von Spiralnuten, das dazu dient, das Schmiermittel radial nach innen zu drücken, wie durch den Pfeil b angezeigt ist;(C) die Fischgrat- oder Pfeilspiralnutmuster oder Kombinationen aus den Mustern (A) und (B) wie sie in Fig. 7B dargestellt sind. Wenn diese Spiralnutmuster verwendet werden, müssen die folgenden Punkte in Betracht gezogen werden, da gemäß der Erfindung die ersten und zweiten, die axiale Lage steuernden Einrichtungen in axialer Richtung in einem verhältnismäßig geringen Abstand voneinander angeordnet sind. Das heißt, der Flansch 4 ist fest an dem freien oder oberen Ende der feststehenden Welle 1 angebracht, und die erste.die axiale Lage steuernde Einrichtung oder der Mikronut-Ansatz oder das -Lager 6 steht von dessen oberen Fläche 7 vor, während die zweite die axiale Lage steuernde Einrichtung oder das Drucklager 8 die in dessen unteren Fläche ausgebildeten Spiralnuten aufweist.

(A) Das Schmieröl 8 wird gezwungen, in das Ölreservoir 50 zu fließen, das zwischen der oberen Fläche 7 des Flansches 4 und

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den gegenüberliegenden Wandungsflächen des Gehäuses 3 festgelegt ist. Folglich nimmt der Druck über dem Flansch 4 zu. Die Fläche der unteren Oberfläche des Flansches 4 ist kleiner als die der oberen Fläche 7 einschließlich des Mikronut-Ansatzes oder -Lagers 6, und zwar in einem Maß, das von dem Durchmesser D„ der Welle 1 abhängt. Folglich besteht ein Unterschied zwischen dem Druck, der auf die obere Fläche 7 wirkt, und dem Druck, der auf die untere Fläche des Flansches 4 wirkt, so daß das Gehäuse 3 in Abhängigkeit von dem Druckunterschied (in der durch den Pfeil B in Fig. 4)angezeigten Richtung nach oben "angehoben" wird.Wenn die Lageranordnung in einer horizontalen Lage gehalten wird, wobei die feststehende Welle 1 horizontal verläuft, übt das Gewicht des Gehäuses 3 keine Wirkung bezüglich des Gleichgewichts zwischen den auf beide Seiten des Flansches 4 wirkenden Drücken aus. Folglich hängt die axiale Lage des Gehäuses 1 nur von dem Druckunterschied an dem Flansch 4 ab.

(B) In diesem Fall wird dann das Schmieröl 5 in dem ölreservoir 50 gezwungen, radial nach außen zu fließen. Wenn die Pumpwirkung der zweiten, die axiale Lage steuernden Einrichtung oder des unteren Drucklagers übermäßig ist, wird die Wirkung des Mikronut-Ansatzes oder -Lagers 6. welcher bzw. welches das Gehäuse 3 durch einen sehr dünnen Ölfilm trennt, nach teilig beeinflußt. Bei einem Extremfall tritt das Schmieröl 5 aus dem Reservoir 50 aus, und schlimmstenfalls ergibt sich eine unmittelbare Berührung zwischen dem Mikronutansatz oder -Lager 9 und dessen gegenüberliegender Lagerfläche.

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(C) Wenn die zweite, die axiale Lage steuernde Einrichtung mit Hilfe des in Fig. 7B dargestellten Fischgrat-Spiralnutmusters
gebildet wird, so daß die Schmieröle, welche gezwungen werden, radial nach innen bzw. außen zu fließen, volumenmäßig ausgeglichen sind, kann ein einseitig gerichtetes Strömen des Schmieröls 5 in den und aus dem Reservoir 50 vermieden werden, so daß die bei der Verwendung der Muster (A) oder (B) auftretenden
Schwierigkeiten überwunden werden können.

Die Verwendung des in Fig. 5B dargestellten Spurlagers hat daher kein radiales Strömen des Schmieröls zur Folge, so daß das Zurückhalten des Schmieröls in dem Reservoir 50 gewährleistet
ist und der nachteilige Einfluß auf das Druckgleichgewicht an
dem Flansch 4 vermieden werden kann. Das Fischgrat- oder Pfeil-Spiralnutlager der zweiten Ausführungsform hat gegenüber dem
Spurlager 8 der ersten Ausführungsform den Vorteil, daß bei dem ersteren die Tragfähigkeit bzw. Belastbarkeit pro Flächeneinheit der Lageroberflache größer ist als bei dem an zweiter
Stelle erwähnten Lager. Folglich kann der Durchmesser des
Flansches und damit der Durchmesser der Lageranordnung verringert werden, und der Abstand kann erhöht werden, so daß das
Gehäuse 3 mit einem niedrigen Drehmoment inganggesetzt und angetrieben werden kann. Bei der zweiten Ausführungsform kann
statt der Ausbildung der Spiralnutmuster 14 und 15 an der
Unterseite des Flansches 4 dieses an der gegenüberliegenden
Lagerfläche des Gehäuses 3 ausgebildet werden.

Wenn in Fig. 5A das Mikronut-Muster 6A des Mikronut-Lagers 6

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so ist, daß das Schmieröl gezwungen wird, radial nach außen zu fließen, kann eine hohe Tragfähigkeit bzw. Belastbarkeit erhalten werden, selbst wenn der Durchmesser des Mikronut-Lagers oder -Ansatzes 9 klein ist. Im allgemeinen kann das Antriebsdrehmoment eines Spiralnutlagers, bei welchem der Druck von dem Umfang zu der Mitte hin erzeugt und aufgebaut wird, folgendermaßen ausgedrückt werden:

T₁ - f₁ω² (R₀ ⁴ - R₁ ⁴ ) ₍₁₎

wobei f₁ eine Proportionalitätskonstante ist, die bei der Ausbildung der Nut (d.h. des Spiralwinkels, der Anzahl Nuten, der Tiefe der Nuten usw.) festgelegt ist, £J die Winkelgeschwindigkeit ist, R der Außenradius des Lagers, R. der Innenradius des Lagers, und öder Abstand ist.

Selbst wenn der Abstand bei der ersten oder zweiten Ausführungsform gleich 1 bis 2 Mikron ist, kann der Außendurchmesser R verringert werden, so daß das Anlauf- und Antriebsdrehmoment, wie oben ausgeführt, herabgesetzt werden kann, was sehr vorteilhat ist, wenn die Erfindung bei tragbaren Video-Bandgeräten mit eingebauter Batterie verwendet wird. Statt der Spiralnuten können auch gerade Nuten verwendet werden, wie in Fig. 8A dargestellt ist, welche so angeordnet sind, daß das Schmieröl u.a. gezwungen wird, radial nach innen zu fließen.

Wenn andererseits das Gewicht des Gehäuses 3 nicht so groß ist, daß eine geringe Tragfähigkeit bzw. Belastbarkeit aus-

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reicht/ kann gemäß der Erfindung ein Spurlager der in Fig. 8B dargestellten Art verwendet werden. Das heißt, dieses Spurlager hat Nute, die jeweils einen Zwischenraum aufweisen, der in Umfangsrichtung schrittweise geändert ist. Oder es kann ein Spurlager mit einem großen Durchmesser verwendet werden, wie in Fig. 8C dargestellt ist, dessen Tragfähigkeit oder Belastbarkeit proportional dem Außendurchmesser des Spurlagers ist.

Bei den ersten beiden Ausführungsformen ist der Vorsprung 9 des Mikronut-Lagers 6 zylindrisch dargestellt, so daß der Abstand zwischen der mitNuten versehenen oberen Fläche des Vorsprunges 9 und der oberen Fläche 7 des Flansches 4 einerseits und die gegenüberliegende Lagerfläche des Gehäuses 9 sich am Umfang des Mikronut-Lagers 6 abrupt ändert. Statt dessen kann der Vorsprung 9 auch kegelstumpfförmig ausgebildet sein, so daß sich der Abstand allmählich oder gleichmäßig ändert.

Statt daß der Vorsprung von der oberen Fläche 7 des Flansches 22 vorsteht, kann ein Vorsprung 21 auch von der gegenüberliegenden Lagerfläche des Gehäuses 3 vorstehen, und das Mikronutmuster kann an der unteren Endfläche des Ansatzes 21 oder in der oberen Fläche des Flansches 22 ausgebildet sein, wie in Fig. 9 dargestellt ist. Da die durch das Spiralnutmuster geschaffene Druckverteilung von der wirksamen Fläche des Spiralnutmusters abhängt, kann der Außendurchmesser des Spiralnutmusters gleich dem des VorSprunges 9 oder 21 gemacht

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gemacht werden.

In Fig. 4 kann das Spiralnutmuster in der gegenüberliegenden Lagerfläche 12 des Gehäuses 3 ausgebildet werden und kann einen Außendurchmesser aufweisen, der größer als der des VorSprunges 9 ist, dessen obere Endfläche eben ist. Die Tragfähigkeit bzw. Belastbarkeit des Mikronut-Musters hängt von dem Außendurchmesser des Vorsprungs 9 ab. Bei einem Lager mit einem Muster an Spiralnuten, die so angeordnet sind, daß sie das Schmieröl radial nach innen oder außen drücken, kann die Tragfähigkeit bzw. Belastbarkeit folgendermaßen ausgedrückt werden:

wobei fp eine Proportionalitätskonstante ist, die durch die Ausbildung der Nuten (d.h. des Spiralwinkels, der Anzahl und Tiefe der Spiralnuten usw. ) festgelegt wird.

Beispielsweise ist bei der ersten Ausführungsform der Innendurchmesser R. null (R. = 0), wie in Fig. 5A dargestellt ist. Im allgemeinen wird die Tragfähigkeit oder Belastbarkeit nicht ungünstig beeinflußt, selbst wenn keine Nut oder eine andere Einrichtung in der Mitte des Mikronut-Musters 6a vorgesehen ist, welche zu dem Druckaufbau beiträgt. Folglich kann bei einer maschinellen Bearbeitung eine Mitten- oder Zentrierbohrung 20 vorgesehen werden, wie in Fig. 9 dargestellt ist. Beispielsweise kann das Verhältnis bei der Tragfähigkeit bzw. Belastbarkeit zwischen dem Mikronut-Lager, dessen innerer

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Radius R. (der Radius der Mittenbohrung 20) gleich 1 mm ist und dessen äußerer Radius R gleich 2mm ist, und dem Mikronut-Lager, dessen Innendurchmesser R. gleich 0mm ist und dessen Außendurchme;
nung von 7/8 liegt.

dessen Außendurchmesser R gleich 2mm ist, in der Größenord-

Im allgemeinen wird, je kleiner der Durchmesser des Mikronutmusters ist, der Druckaufbau entsprechend der Abstandsveränderung umso empfindlicher. Wenn es jedoch schwierig ist, den Durchmesser zu verkleinern, kann dieselbe Wirkung durch eine entsprechende Tiefe der Spiralnuten 6a erhalten werden. Statt der Spiralnutlager mit zylindrischen oder kegelstumpfförmigen Ansätzen können auch solche mit einer kugelförmigen oder konischen Ausführung verwendet werden.

In Fig. 10 steht ein kugelförmiger Ansatz 23 von einem Flansch 25 vor, der mit einer Anzahl in gleichem Winkelabstand voneinander angeordneter Spiralnuten versehen ist. Der mit Nuten versehene kugelförmige Ansatz 23 ist in eine halbkugelförmige Vertiefung oder eine Ausnehmung 24 eingepaßt, die in der gegenüberliegenden Fläche des Gehäuses 3 ausgebildet ist. Die untere Fläche des Flansches 25 ist mit einer Vielzahl im gleichen Winkelabstand voneinander angeordneter Spiralnuten der anhand von Fig. 7B beschriebenen Art versehen.

In Fig. 11 und 12 ist ein Muster von Mikronuten 24 an der Oberseite des kugelförmigen Endes 28 einer Welle 31 ausgebildet, und eine Anzahl Spiralnuten 29 sind in der unteren Hälfte

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des spiralförmigen Endes 28 ausgebildet, wodurch das Mikronutlager und ein weiteres Mikronutlager mit einer kugelförmigen Ausbildung geschaffen sind. Die Welle 31 ist ebenfalls mit einem radialen Spiralnut-Lager angrenzend an das kugelförmige Ende 28 versehen. Die Welle 31 ist durch den Buchsenteil hindurch verlängert, der von einem unteren Block 33 vorsteht, welcher mittels eines Schraubbolzens fest mit einem oberen Block 32 verbunden ist, um dadurch eine Kammer festzulegen, in welcher das kugelförmige Ende 28 der Welle 31 untergebracht ist.

Das halbkugeflörmig ausgebildete Spiralnutlager 29 nimmt sowohl die radialen als auch die axialen Belastungen auf. Das heißt, es arbeitet mit dem Spiralnutlager 27 zur Aufnahme der axialen Belastung zusammen, während es mit dem radialen Spiralnutlager 30 zur Aufnahme der radialen Belastung zusammenarbeitet.

Bei der in Fig. 13 dargestellten, dritten Ausführungsform werden die von einem Motor mit direktem Antrieb ausgeübte Anzugskraft und der Druck ausgeglichen, der in dem dünnen (Schmier-) Film erzeugt wird, der durch ein Axiallager mit einem sehr kleinen Durchmesser gebildet ist. Die dritte Ausführungsform weist eine feststehende Welle 35, ein Gehäuse 36, das drehbar an der feststehenden Welle 35 gehaltert ist, ein Radiallager 37, eine Auflage 38, an bzw. in welcher die feststehende Welle 35 gehaltert ist, ein Mikronut-Muster 39 und eine obere Endfläche 40 der feststehenden Welle 35

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auf.

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Die obere Endfläche 40 ist eben, und von ihr steht ein Ansatz

41 mit einem sehr kleinen Durchmesser koaxial zu derWelle 35 vor; das Mikronut-Muster 39 ist in der oberen Endfläche des Ansatzes 41 ausgebildet. Ferner ist ein Ankermagnet 42 eines Motors mit direktem Antrieb, ein Stellungsrotor 43, ein Stellungsstator 44, ein magnetisches Gehäuse 45, eine Laufbuchse 46, eine Ankerspule 47, ein Kern 48 und ein Halter 4 9 vorgesehen.

Bei der dritten Ausführungsform werden als die zweite, die axiale Lage steuernde Einrichtung die Anziehungskräfte der Magneten des Motors mit direktem Antrieb verwendet. Da das axiale Drucklager nicht als die zweite die axiale Lage steuernde Einrichtung verwendet wird, kann der Flansch 4 entfallen, und es können die folgenden Wirkungen und Merkmale erhalten werden.

Durch den durch das Mikronut-Lager 39 aufgebauten Druck wird das Gehäuse 36 nach oben angehoben. Wie bereits beschrieben, weist der Magnetanker 42 eine Anzahl Magnete auf, welche sich in den Magnetisierungsrichtungen unterscheiden, aber alle in axialer Richtung magnetisiert sind, so daß der Ankermagnet

42 immer durch den Kern 48 angezogen wird. Folglich wird das Gehäuse 36, das fest mit dem Ankermagneten 45 verbunden ist, normalerweise nach unten (in der durch den Pfeil F angegebenen Richtung ) gezogen. Folglich schwimmt bzw. wird das Gehäuse 36 dann getragen, wenn die Anziehungskraft und der positive Druck, der durch das Mikronut-Muster 39 aufgebaut

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worden ist, ausgeglichen sind.

Die Anziehungskraft ist umgekehrt proportional zu dem Luftspalt zwischen dem Magneten 42 und dem Kern 48. Im Vergleich zu der hohen Empfindlichkeit bei einer Veränderung des Drucks, der entsprechend einer Abstandsänderung (siehe Fig. 5C) des Mikronut-Musters 39 erzeugt wird, ist die Veränderung der Anziehungskraft entsprechend einer Veränderung im Luftspalt klein. Folglich kann wie in dem Fall, wo das Drucklager mit einer großen wirksamen Lageroberfläche verwendet ist, eine rotierende bzw. Dreheinrichtung erhalten werden, bei welcher im wesentlichen Lagefehler beseitigt sind. Außerdem hat die dritte Ausführungsform dieselben Wirkungen und Vorteile wie die erste Ausführungsform (siehe Fig. 1) des Zapfenlagers. Ferner ist die Ausführung sehr einfach. Die rotierende oder Dreheinrichtung kann montiert werden, indem das Gehäuse von dem oberen Ende der feststehenden Welle abgezogen und später wieder aufgesetzt wird. Erforderlichenfalls kann die Dreheinrichtung so bemessen und ausgelegt werden, daß das Gehäuse 36 selbst nach der Montage von der feststehenden Welle 38 abgenommen werden kann.

Als nächstes wird die Verwendung der Axiallageranordnung gemäß der Erfindung bei der Drehkopfanordnung eines Video-Bandgeräts nachstehend im einzelnen beschrieben. Gemäß der Erfindung kann ein tragbares Video-Bandgerät vorgesehen werden, bei welchem der Kopf durch einen einfachen Montageschritt in einer genauen Lage festgelegt werden kann; ferner ist ein

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minimaler Lagefehler gewährleistet, es ist nur ein niedriges Drehmoment erforderlich, und die Höhe des Kopfes kann selbst nach einer längeren Betriebsdauer mit einem höheren Genauigkeitsgrad eingehalten werden. Der Mechanismus, insbesondere der Drehkopfzylinder des Video-Bandgeräts muß den folgenden Anforderungen genügenr

1. Eine Veränderung der Drehzahl muß auf ein Minimum herabgesetzt werden.

2. Quer gerichtete Schwingungen oder eine Unrundheit müssen beseitigt oder auf ein Minimum herabgesetzt sein.

Um die Wirkungen und Vorteile der Erfindung, wenn sie bei einem Drehkopf—Zylinder eines Video-Bandgeräts angewendet wird, im einzelnen genau aufzeigen zu können, wird nunmehr anhand vonFig. 14 zuerst ein herkömmlicher Zylinder für ein Video-Bandgerät beschrieben. Ein Drehkopf-Zylinder oder ein oberer Zylinder 201 wird im Falle eines mit zwei Köpfen versehenen, nach dem Schrägspurverfahren arbeitenden Video-Bandgeräts im allgemeinen mit-f800U/min gedreht. Ein Kopf

202 ist an dem oberen Zylinder 201 gehaltert. Eine Drehwelle

203 wird durch Radiallager 204 und 205 getragen. Eine Laufbuchse 206 ist über der Drehwelle 203 angebracht, und der obere Zylinder 201 ist an der Laufbuchse 206 gehaltert. Buchsen 207 bis 209 sind über der Drehwelle 203 angebracht und werden vorbelastet, so daß eine Axialverschiebung der Lager 204 und 205 verhindert ist. An der Laufbuchse 206 oder dem rotierenden Teil ist ein Dynamotor, während an einem feststehenden Teil ein Dynamotor 212 angebracht ist. Ferner ist ein Ring 213 zum

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>i 3 Π Π 1 L "\

Haltern des Dynamotors und ein Halter 214vorgesehen.

Der Drehkopfzylinder des Video-Bandgerätes, bei welchem die Drenwelle 203 durch die Wälz- oder Rollenlager 204 und 205 getragen ist, weist, wie oben beschrieben, verschiedene beträchtliche Schwierigkeiten auf, die zu lösen sind, um nicht nur die Aufzeichnungszeit zu erhöhen, indem die Aufzeichnungsdichte erhöht wird, sondern auch um ein tragbares Video-Bandgerät mit Hilfe eines in der Größe kompakten Aufbaus zu schaffen. Beispielsweise können wegen einer unbefriedigenden Kugelform der Kugeln die Dimensionsfehler der Wälzkontaktflächen der Außen- und Innenringe die Schwingungen aufgrund der Elastizität der Außen- und Innenringe und des Spiels zwischen den zusammenpassenden Teile, was bei allen Kugellagern der Fall ist, sowie der Genauigkeit eines rotierenden Teils, das durch die Kugellager getragen wird, können nicht über einen gewissen Wert hinaus verbessert werden. Um diese Schwierigkeiten zu überwinden, wenn Kugellager u.a. verwendet werden, ist vorgeschlagen worden, Axiallager zu benützen, die jedoch auch gewisse Schwierigkeiten haben, wie unten ausgeführt wird. Privat genutzte, elektronische Geräte, wie beispielsweise ein Video-Bandgerät, müssen eine kompakte Größe aufweisen und mit niedrigen Kosten in großer Stückzahl hergestellt werden. Die Drehkopf-Zylinder für industriell genutzte Video-Bandgerät bei welchen Druckluftlager verwendet werden, sind geschaffen und verwendet worden. Sie benötigen jedoch einen Kompressor als Quelle für die Druckluft sowie sehr komplizierte pneumatische Steuereinrichtungen, so daß ihre Verwendung bei privat genutzten Video-Bandgeräten sehr schwierig ist. Außerdem

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7 Γ 300H32

steigen die Anforungen bezüglich tragbarer, Video-Bandgeräte, wobei jedoch die Höhe des Bandgeräts durch die Höhe des Drehkopfzylinders begrenzt ist. Um privat nutzbare, in der Größe kompaktere, portable Video-Bandgeräte zu schaffen, muß der Drehkopf-Zylinder in der Größe sehr kompakt ausgebildet werden.

Eine weitere Forderung bezüglich der Lager, die bei privat genutzten Video-Bandgeräten verwendet werden, ist das vollständige Abdichten oder Zurückhalten des Schmieröls. Das heißt, die bei Werkzeugmaschinen u.a. verwendeten Schmieröle können jederzeit ergänzt oder ausgewechselt werden; das Schmieröl, das in den Axiallagern des Drehkopf-Zylinders von privat genutzten Video-Bandgeräten verwendet wird, muß vollständig dicht verschlossen sein.

Noch eine weitere Forderung besteht darin, daß die Drehbewegung mit einem hohen Genauigkeitsgrad d.h. eine Drehbewegung, die frei von Drehzahlschwankungen und frei von einem unrunden Lauf des Drehkopf-Zylinders ist, über eine lange Betriebsdauer beibehalten werden muß. Als weitere Forderung darf die Drehbewegung des Drehkopf-Zylinders nicht durch die Lage des Video-Bandgeräts, insbesondere eines portablen Geräts beeinflußt werden. Darüber hinaus muß der Drehkopf-Zylinder mit niedrigen Drehmomenten in Gang gesetzt und betrieben werden können.

Mit der Erfindung sind im wesentlichen die vorstehend ange-

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führten und weitere Schwierigkeiten der herkömmlichen Axiallager überwunden, insbesondere die Schwierigkeiten, die auftreten, wenn die rotierenden oder Drehzylinder der Video-Bandgeräte montiert werden, und die Schwierigkeiten mit Einrichtungen zur Aufnahme der Axialbelastung. Eine der größten Schwierigkeiten besteht darin, daß bei dem Zusammenbau der Drehkopf-ZyIInder es sehr schwierig ist, die axiale Lage des Kopfes einzustellen. Diese Schwierigkeit ergibt sich auch bei Drehkopf-Zylindern, bei welchen die Drehwelle durch die Kugellage getragen ist, wie oben ausgeführt ist. Dieser Schwierigkeit ist bei dem derzeitigen Trend in Richtung auf eine automatische und. schnelle Montage viel Aufmerksamkeit geschenkt worden.

Wenn in Fig. 14 die Kugellager 204 und 205 verwendet werden, ist es sehr schwierig, die axiale Lage (die Höhe H bezüglich der Bezugsfläche S) des Kopfes 202 beim Zusammenbau mit einem höheren Genauigkeitsgrad beizubehalten. Der Grund hierfür ist folgender. Um das Spiel in der axialen Richtung der zwei Kugellager 204 und 205 zu beseitigen, müssen die in axialer Richtung vorbelastet werden. Dann wird die Auflagefläche T des oberen Zylinders 201 so verschoben, daß die Lage des Kopfes 202 bezüglich der Bezugsfläche S verschoben wird. Um diese Schwierigkeit zu lösen muß, nachdem der Drehkopf-Zylinder zusammengebaut ist, die Auflagefläche T des oberen Zylinders 201 maschinell oder auf andere Weise wieder bearbeitet werden.

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Wenn die Axiallager in den Drehkopf-ZyIindem von Video-Bandgeräten verwendet werden, ergeben sich aufgrund des prinzipiellen Auf baus der Axiallager die folgenden Schwierigkeiten. Wie aus Fig. 2 zu ersehen ist, werden die Spiralnute u.a. in den beiden Hauptflächen eines Flansches 108 ausgebildet, so daß dieser durch den Druck, der sowohl über als auch unter dem Flansch durch die Spiralnuten i.ä. aufgebaut wird, zum Schwimmen gebracht wird bzw. angehoben wird. Diese Ausführung ist bekannt. Von den Erfindern wurden jedoch ausführliche Studien und Untersuchungen an einem Axiallager vorgenommen, wie es in Fig. 2 dargestellt ist. Im Unterschied zu dem Drehkopf-Zylinder, bei welchem Kugellager benutzt werden, wie in Fig. 14 dargestellt ist, kann das Gehäuse 103, welches über der feststehenden Welle 101 angebracht ist, sowohl in der axialen als auch in der radialen Lage nur dann genau gehalten werden, wenn sich das Gehäuse 101 dreht. Folglich ist es schwierig, die Lage (H) des Kopfes 102 während der Montage beizubehalten oder festzulegen, wenn sich das Gehäuse 103 nicht dreht.

Wegen der Maßtoleranzen bei der Massenherstellung von Teilen betragen die Abstände oberhalb und unterhalb des Flansches 108 zehn Mikron. Wenn bei der Montage das Gehäuse 103 sich nicht dreht, muß die Höhe H des Kopfes 107 durch Schätzen der Dicke der Ölfilme, die sich sowohl auf den oberen und unteren Oberflächen des Flansches 108 ausgebildet haben, geschätzt werden. Es ist jedoch sehr schwierig, die Abweichung in der Höhe des Kopfes 107 im Bereich von zwei Mikron zu be-

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grenzen, wenn sich das Gehäuse 103 dreht. Der Punkt hierfür ist folgender. Wegen der Dimensionsfehler bezüglich der Tiefe der Nute, die sowohl in den oberen als auch den unteren Flächen des Flansches 108 ausgebildet sind, haben die Spiralnut-Lager 111 und 112 Druck-Abstand-Kennlinien (siehe Fig. 5C), welche von einem Lager zum anderen mehr oder weniger schwanken .

Außerdem ändert sich, wenn sich die Umgebungstemperatur ändert, die Viskosität des verwendeten Schmieröls-, so daß der Druck, der sich in dem Ölfilm aufbaut, ebenfalls ändert. Folglich ändert sich die Gleichgewichtslage des Flansches^:108, so daß sich die axiale Lage (H) des Kopfes 107 ändert. Ferner wird ein hohes Anlaufdrehmoment benötigt, und die Axiallage des Kopfes 107 weicht ab, wenn die Lage des Drehkopf-ZyIInders geändert wird, wie bereits beschrieben ist.

Wenn in Fig. 1 das Gehäuse 103 von dem Zapfenlager 102 getragen ist, hat die Abnutzung der Berührungsflächen über eine lange Betriebsdauer eine Lageänderung des Kopfes 107 zur Folge.

Wie oben ausgeführt, sind mit der Erfindung die vorstehenden und weitere Schwierigkeiten bei dem in Video-Bandgeräten verwendeten Drehkopfzylinder beseitigt, bei welchem Axiallager anstelle von Kugellagern verwendet werden. Bei der Erfindung wird dies mit Hilfe einer Anordnung erhalten, bei welcher

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BAD OFUGINAL

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eine Laufbuchse, an welcher ein Drehzylinder gehaltert ist, über einer Mittenwelle angebracht ist, von der ein Ende an einer Unterlage festgeklemmt ist, um dadurch ein Axiallager zu schaffen; ferner ist ein Mikronut-Lager der vorstehend beschriebenen Art mit einer sich relativ bewegenden Oberfläche am oberen Ende der Mittenwelle vorgesehen, so daß das rotierende Teil durch den Druck der sich in dem dünnen Ölfilm aufgebaut hat, "schwimmen¹¹ kann bzw. angehoben wird, wodurch die Montage erleichtert ist; Dadurch kann dann der Lagefehler des Kopfes beseitigt werden, das Anlaufdrehmoment verringert werden und die Abnutzung der zusammenpassenden Flächen beseitigt werden.

Bei der vierten in Fig. 15 dargestellten Ausführungsform ist ein obere Zylinder 301, welcher ein rotierendes Kopfteil ist, ein Kopf 302, der an dem oberen Zylinder angebracht ist und ein unterer Zylinder 303 vorgesehen, der fest an dem unteren Gehäuse 304 angebracht ist, das eine Auflage bildet. Dynamotore 305 und 306 sind an den rotierenden bzw. feststehenden Teilen angebracht, so daß das vondem Kopf 302 erhaltene Signal kontaktfrei von dem rotierenden an das feststehende Teil übertragen werden kann. Der Dynamotor 305 ist mittels eines Schraubbolzens 323 an einer rotierenden Laufbuchse 308 angebracht, während der Dynamotor 306 mittels eines Schraubbolzens 323 an dem unteren Zylinder 303 angebracht ist.

Die rotierende Laufbuchse 308 welche die vorbeschriebene Laufbuchse ist, hält den oberen Zylinder 301 sicher, so daß

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der Zylinder 301 nach oben von der Drehkopf-Zylinderanordnung abgenommen werden kann. Mittels eines Schraubbolzens 324 ist eine obere Abdeckung 309 an dem oberen Ende der Laufbuchse 308 über eine Öldichtung 310 gehaltert, um ein Austreten von Schmieröl zu verhindern. Ferner sind ein Stator 311, ein Rotormagnet 312 und ein Magnetgehäuse 313 eines unmittelbar antreibenden Motors vorgesehen, durch den das rotierende Teil derDrehkopf-ZyIinderanordnung gemäß der Erfindung gedreht wird.

Der obere Zylinder 301, die rotierende Laufbuchse 308, der Dynamotor 305, das Magnetgehäuse 313 und der Rotormagnet

313 bilden ein Hauptdrehteil. Eine Mittenwelle 314, welche

in dem unteren Gehäuse 304 gehaltert ist, ist mit Spiralnuten 315 und 316 versehen, welche eine Art nicht-richtig-kreisförmiger Lager sind und entsprechend angeordnet sind, um einen Ölwirbel zu vermeiden, zu dem es bei den Axiallagern kommt.

Ein Flansch 317 ist an dem freien Ende der Mittelwelle 314 ausgebildet, und ein Mikronut-Lager 318 ist ein erstes Druckoder Axiallager und ist an der oberen Fläche des Flansches 317 koaxial zu diesem ausgebildet. Der Flansch 317 ist aus einem Stahl(SK4) hergestellt. Das Mikronut-Lager 318 sowie die gegenüberliegende Lagerfläche sind gehärtet.

Ein magnetisches Fluid 317, welches ein Schmiermittel ist, ist vollständig in den Zwischenraum zwischen der Mittenwelle

314 und der rotierenden Laufbuchse 308 eingefüllt. Eine mag-

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netische Dichtung ist an dem unteren offenen Ende der Laufbuchse 308 angebracht, um ein Lecken und Austreten des magnetischen Fluids 319 zu verhindern. Dies bedeutet, ein Dauermagnet 320 ist von einem Gehäuse 321 umgeben, das wiederum an der Laufbuchse 308 befestigt ist. Eine Öldichtung 322 ist auch an dem unteren offenen Ende der magnetischen Dichtung angebracht.

Die rotierende Laufbuchse 308 ist über der Mittenwelle 314 angebracht, von welcher ein Ende in dem unteren Gehäuse 304 befestigt ist; der Film aus dem Schmieröl oder dem magnetischen Fluid ist zwischen der Laufbuchse 308 und der Mittenwelle 314 ausgebildet. Die Laufbuchse wird durch einen Motor mit direktem Antrieb angetrieben. Folglich kann mit Hilfe der Eigenheiten der axialen Schmierung mit der Erfindung eine Drehbewegung mit einem höheren Genauigkeitsgrad erhalten werden.

Ein axiales Lager ist zwischen der Mittenwelle 314 und der Laufbuchse 308 und radial nach innen von den oberen und unteren Zylindern 301 sowie dem Rotor 312 und dem Stator 311 des Motors mit direktem Antrieb vorgesehen. Dieses axiale Lager kann den Druck erzeugen, der ausreicht, um die radiale Belastung zu tragen. Bei dem axialen Lager kann der tote Raum zwischen den Kugellagern 304 und 305 (siehe Fig.14) beseitigt werden, so daß die Drehkopf-Zylinderanordnung in der Größe sehr kompakt ausgebildet werden kann.

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Die wichtigen Merkmale der vierten Ausführungsform sind folgende :

'(D Das Axiallager ist in der inneren Wandungsfläche der rotierenden Laufbuchse 308 gebildet. Das obere Ende der zylindrischen Bohrung der Laufbuchse 308, in welche die Mittenwelle 314 eingesetzt ist, ist, wie oben beschrieben, abgedichtet.

(2) Das Mikronut-Lager 318 ist auf der Oberseite des Flansches 317 vorgesehen, der von dem freien oder oberen Ende der Mittenwelle 314 vorsteht. Mit Hilfe dieses Mikronut-Lager s 318 wird die axiale Lager oder Höhe des an dem oberen Zylinder 301 angebrachten Kopfes 302 gesteuert.

(3) Der obere Zylinder 301 ist an der rotierenden Laufbuchse 308 gehaltert.

(4) Das untere Ende der rotierenden Laufbuchse 308 ist antriebsmäßig mit einem Motor mit direktem Antrieb verbunden, welcher die Antriebseinrichtung darstellt.

Wegen des Punktes (1) kann eine vollständige Abdichtung oder ein Zurückhalten des Schmiermittels oder eines magnetischen Fluids 318 erreicht werden. Wegen des Punktes (3) kann der obere Zylinder 301 in sehr einfacher Weise nach oben von der Anordnung abgenommen werden, so daß ein verbrauchter Kopf 302 gegen einen neuen ausgetauscht werden kann. Der Kopf ist während einer langen Betriebsdauer einer gewissen Abnutzung ausgesetzt. Die vorstehend angeführten Merkmale (1) bis (4) müssen als die Grundforderungen bei dem zukünftigen

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Ausführen von Drehkopf-Zylinderanordnungen für Video-Bandgeräte in Betracht gezogen werden. Bei der in Fig.15 dargestellten Drehkopf-Zylinderanordnung sind das Mikronut-Lager 6 und das Spiralnut-Lager 13 verwendet, die im einzelnen anhand von Fig.7 beschrieben worden sind.

Anhand von Fig.16 wird nunmehr der Gleichgewichtszustand des oberen Zylinders 301 beschrieben, wenn sich das Video-Bandgerät entweder in einer horizontalen oder einer vertikalen Lage befindet. Die Kurve A, bei welcher der Druck über dem Abstand aufgetragen ist, entspricht dem Mikronut-Lager, dessen Daten in der eingangs wiedergegebenen Aufstellung angegeben sind, während das Gewicht des rotierenden Teils 200g und nicht 250g beträgt. Die Kurve B gibt die Axialkraft wieder, welche im Gleichwicht mit dem Druck ist, der durch das Mikronut-Lager 318 erzeugt worden ist, wenn sich das Video-Bandgerät in der horizontalen Lage befindet. Die axiale Kraft ändert sich in Abhängigkeit von dem Abstand des Spiralnut-Lagers 325. Die Neigung der Kurve B ist der der Kurve A entgegengesetzt, da je kleiner der Abstand ((T₁) ist, umso größer der Abstand (^₂) wird, und umgekehrt. Bei Versuchen wurde das Spiralnut-Lager 325 so ausgelegt, daß, wenn der Abstand [(P₂^ ^O Mikron ist, die Belastung f~ 280g wird. Folglich ist in der horizontalen Lage der Gleichgewichtspunkt der Punkt, bei welchem sich die Kurven A und B schneiden. An dieser Stelle ist der Abstand (J\ ) 1,4 Mikron.

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Die Kurve C zeigt die Kraft oder Belastung, welche im Gleichgewicht mit dem Druck ist, der durch das Mikronut-Lager 318 erzeugt wird, d.h. f~ (der Druck, der durch das Spiralnut-Lager 325 erzeugt wird) plus dem Gewicht (200g) des rotierenden Teils, das aus dem oberen Zylinder 301, der Laufbuchse 308 usw. besteht. Wenn sich das Video-Bandgerät in der vertikalen Lage befindet, befindet sich das rotierende Teil im Gleichgewichtszustand, wobei ein Abstand (δ) von 1,1 Mikron vorliegt.

Somit liegt bei der erfindungsgemäßen Drehkopf-Zylinderanordnung für Video-Bandgeräte der Lagefehler zwischen der horizontalen und der vertikalen Lage bei

A₅ = 1,4 - 1,1 = 0,3 Mikron,

und damit innerhalb der Fehlergrenze ,die für privat genutzte Video-Bandgeräte gilt, welche nicht transportabel sind, die sich aber auch für eine lange Aufzeichnung eignen, wie bereits mehrfach ausgeführt ist. Im allgemeinen wird das tragbare Video-Bandgerät in einer Lage zwischen der horizontalen und der vertikalen Lage betrieben. Wenn die Erfindung bei der Drehkopf-Zylinderanordnung für transportable Video-Bandgeräte angewendet wird, ist der Lagefehler des Kopfes ,wie oben ausgeführt, sehr klein, so daß unabhängig von'dessen Lage ein zuverlässiger Betrieb des transportablen Video-Bandgeräts gewährleistet werden kann.

Der Durchmesser (d) des Mikronut-Lagers 318 ist im wesentlichen gleich dem des Ansatzes 326, so daß, wenn die Drehkopf-

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Zylinderanordnung in der vertikalen Lage stillsteht, die Fläche und der Durchmesser der Grenzfläche zwischen dem Mikronut-Lager 318 und der gegenüberliegenden Lagerfläche, d.h. der Unterseite der Abdeckung 30 9 klein sind, so daß nur ein niedriges Anlaufmoment erforderlich ist, um das rotierende Teil ingangzusetzen. Außerdem ist die Höhe (δ.,) (siehe Fig.4) des Ansatzes 326 so hoch, daß ein niedriges Antriebsdrehmoment zum Antreiben des rotierenden Teils erforderlich ist. Folglich kann die Drehkopf-Zylinderanordnung gemäß der Erfindung insbesondere bei tragbaren Video-Bandgeräten verwendet werden, bei welchen ein kleiner Motor mit direktem Antrieb verwendet werden muß.

Wie oben beschrieben, kann der Abstand zwischen dem Mikronut-Lager 318 und der gegenüberliegenden Lagerfläche bei einem sehr kleinen Wert von 1,1 bis 1,4 Mikron aufrechterhalten werden, so daß der Kopf 302 in einer vorbestimmten Lage bezüglich der Bezugsfläche S genau in einer sehr einfachen Weise bei der Montage festgelegt werden kann, und zwar aus den folgenden Gründen.

(I) Da ein Ende der Mittenwelle 314 an der Unterlage oder dem unteren Gehäuse 304 festgeklemmt ist, bleibt die relative Lage der Welle 314 bezüglich der Bezugsfläche S (siehe auch Fig.17) selbst nach der Montage unverändert.

(II) Bei einer Drehung des rotierenden Teils wird durch den Druck, der durch das Mikronut-Lager 318 am oberen Ende oder am Flansch der Mittenwelle 314 erzeugt wird, das rotierende

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BAD ORlGlMAL

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Teil zum "Schwimmen" gebracht; jedoch ist das Anheben über dem Mikronut-Lager 318 sehr gering, wie oben beschrieben; die axiale Lage oder Höhe des Kopfes 302 kann während des Betriebs mit einem höheren Genauigkeitsgrad eingehalten werden, wenn der Abstand oder die Höhe des oberen Endes oder Flansches der Mittenwelle von der Bezugsfläche S genau festgelegt und bei der Montage beibehalten wird.

Als nächstes werden die Schritte beim Zusammenbau der vorstehend beschriebenen Drehkopf-ZyIinderanordnung für ein Video-Bandgerät beschrieben. Wie in Fig.17 dargestellt, ist die Mittenwelle 314 durch einen SchrumpfVorgang in das untere Gehäuse 304 eingesetzt. Danach werden beide Enden der Welle 314 so festgeklemmt, daß die Bezugsfläche S in der Weise maschinell bearbeitet werden kann, daß der geforderte Grad an Winkelhaltigkeit zwischen der Mittenwelle 314 und der Bezugsfläche S und eine geforderte Höhe h... des oberen Endes der Mittenwelle 314 bezüglich der Bezugsfläche S erhalten wird.

Die anhand von Fig.15 im einzelnen beschriebene Drehkopf-Zylinderanordnung wird bei dem tragbaren Video-Bandgerät verwendet, wie oben beschrieben ist, so daß alle Teile maschinell bearbeitet und mit einem höheren Genauigkeitsgrad zusammengebaut werden müssen. Beispielsweise muß der Fehler bei der Winkelhaltigkeit zwischen der Mittenwelle 314 und der Bezugsfläche S kleiner als 2 Mikron sein, und der Fehler bei der Höhe h muß kleiner als 5 Mikron sein. Wenn die Mittenwelle

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X- (J7 300 I A

314 unter einem Winkel bezüglich der Bezugsfläche S geneigt ist, kann ein (nicht dargestelltes) Band nicht unter einem vorbestimmten Aziinuthwinkel bezüglich des Kopfes 302 gehalten werden und weicht von der vorbestimmten Spur ab, welche in der Breite im Vergleich zu herkömmlichen Video-Bandgeräten erheblich verkleinert werden kann, so daß dadurch eine lange Aufzeichnungszeit erhalten wird.

Als nächstes werden der Dynamotor 305 und das Magnetgehäuse 313 an der Laufbuchse 308 angebracht, welche ihrerseits von oben über der Mittenwelle 314 in der Weise angebracht wird, daß der Dynamotor 306 zwischen dem Dynamotor 305 und der Laufbuchse 308 angeordnet ist. Danach wird der Dynamotor 306 mittels des Schraubbolzens 323 fest mit dem unteren Zylinder verbunden. Danach wird der Flansch 317 mit dem oberen oder freien Ende der Mittenwelle 314 fest verbunden, wie in Fig.18 dargestellt ist.

Als nächstes wird der Abstand h„ zwischen der Bezugsoberfläche S und der oberen Fläche des Mikronut-Lagers 318 gemessen, um zu prüfen, ob der Abstand innerhalb der zulässigen Toleranzen liegt. Die Oberfläche des Mikronut-Lagers 318 wird dann als Axialsteuerfläche 327 verwendet, wodurch die relative Verschiebung (beispielsweise der in Fig.15 dargestellte Wert H) in der axialen Richtung zwischen dem rotierenden Teil, das aus dem oberen Zylinder 301,der Laufbuchse 308, dem Dynamotor 305, dem Rotormagneten 312, dem Magnetgehäuse 313 besteht, und dem

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feststehenden Teil während der Drehung des rotierenden Teils festgelegt wird.

Anhand von Fig.19 wird nunmehr der Schritt des Einfüllens und Abdichtens der magnetischen Flüssigkeit bzw. des magnetischen Fluids 319 beschrieben, die bzw. das ein Schmiermittel ist. Das obere Ende der Laufbuchse 308 wird flüssigkeitsdicht mit einer abdichtenden Abdeckung oder einem Block 330 abgedichtet, welcher über eine Kupplung 329 mit einer Rohrleitung 328 in . Verbindung steht, welche wiederum mit einer nicht dargestellten Quelle für das magnetische Fluid 319 in Verbindung steht. Die Laufbuchse 308 wird so weit abgesenkt, daß das untere Ende des Dauermagnetgehäuses 321 am unteren Ende der Laufbuchse 308 satt auf der Schmiermittelabdichtung 322 aufsitzt. Danach wird die Luft aus dem abzudichtenden Raum zwischen dem Drehzylinder 308 und der Mittenwelle 314 abgesaugt, worauf die magnetische Flüssigkeit 319 in den Raum gefüllt wird. Nachdem der Raum vollständig mit der magnetischen Flüssigkeit 319 gefüllt ist, wird die Abdeckung 309 angebracht, um die magnetische Flüssigkeit 319 abzudichten.

Wie bereits mehrfach beschrieben, kann., wenn Kugellager verwendet werden, der Kopf 302 wegen des axialen Spiels der Kugellager ,das nicht definierbar ist, nicht genau in einer vorbestimmten Lage gehalten werden, selbst wenn die übrigen Teile mit den geforderten Genauigkeitsgeraden maschinell bearbeitet werden. Infolgedessen müssen, wie oben beschrieben,

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einige Unteranordnungen maschinell bearbeitet oder auch auf andere Weise fertig bearbeitet werden, um die geforderten Dimensionsgenauigkeiten zu erhalten.

Wenn jedoch gemäß der Erfindung die Teile mit den geforderten Dimensionsgenauigkeiten bearbeitet sind, kann der Kopf in einer vorbestimmten axialen Lage innerhalb eines vorbestimmten Fehlerbereichs während der Drehbewegung des rotierenden Teils gehalten werden. Beispielsweise muß die in Fig.15 dargestellte Drehkopf-Zylinderanordnung für ein Video-Bandgerät den in der nachfolgenden Aufstellung Maßtoleranzen oder Genauigkeiten genügen, um den Kopf 302 genau in einer vorbestimmten Lage zu halten.

Aufstellung 2

Abstand h„ zwischen der Bezugsfläche S und der Oberfläche des Mikronut-Lagers 318

kleiner als 2,0 Mikron

DickenänderungAö. des Ölfilms, der durch das Mikronut-Lager 318 erzeugt wird

kleiner als 0,5 Mikron

Abstand h., zwischen der Oberfläche A (siehe Fig.18) der rotierenden Laufbuchse 308, an welcher die Abdeckung 309 angebracht ist, und deren Oberflächen T, an welcher der obere Zylinder 301 gehaltert ist

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kleiner als 1,5 Mikron

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Abstand h₄ zwischen der Oberfläche T kleiner als

und dem Kopf 302 2,0 Mikron

Die Drehkopf-Zylinderanordnung gemäß der Erfindung für ein Video-Bandgerät, welche für Versuchszwecke hergestellt worden ist, hat allen vorstehend angeführten Toleranzen genügt. Bei der Montage kann der Abstand h zwischen der Oberfläche des Mikronut-Lagers 318 und der Bezugsfläche S sehr einfach gemessen werden, wenn die Bezugsfläche S durch Aufspannvorrichtungen in derselben Weise festgeklemmt wird, wie beim Einsetzen in das Video-Bandgerät.

Da das Mikronut-Lager 318 eine sehr kleine Oberfläche aufweist und koaxial bezüglich der Mittenwelle 314 ausgebildet ist, ist die Steuerung des Abstands h₂ bezüglich der Bezugsfläche S sehr einfach. Selbst wenn der Ansatz 326 oder das Mikronut-Lager 318 von der Unterseite der Abdeckung 309 vorstehen, während der Flansch 317 eine ebene obere Fläche aufweist, wie nachstehend noch beschrieben wird, reicht es aus, als Abstand h_ den Abstand zwischen dem oberen Ende oder der oberen Fläche des Flansches 317 der Mittenwelle 314 und der Bezugsfläche S zu messen, da der Druck nur an der Fläche aufgebaut wird, wo das Mikronut-Muster ausgebildet ist. Selbst wenn auf der zylindrischen Umfangsflache des Flansches 317 Welligkeiten zurückgeblieben sind, haben sie bei der Erfindung keinen Einfluß auf den Abstand 6- oder die Höhe h„.

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Selbst wenn sich die Viskosität der magnetischen Flüssigkeit 319, welche ein Schmiermittel ist, infolge von Umgebungstemperaturänderungen ändert, kann die Dickenänderung des Ölfilms, der durch das Mikronut-Lager 318 erzeugt wird, innerhalb des Toleranzbereichs ^δ- (siehe Aufstellung 2) gehalten werden, da der Ölfilm äußerst dünn ist.

Die beiden zusammenpassenden Flächen A und T (siehe Fig.18) der rotierenden Laufbuchse 308 werden in derselben Richtung ausgerichtet, so daß der Abstand h., zwischen ihnen beispielsweise mit Hilfe einer Bezugslehre während der maschinellen Herstellung gemessen werden kann. Folglich wird es sehr einfach, diese Flächen mit den geforderten Maßgenauigkeiten maschinell herzustellen. Wie oben beschrieben, kann, statt das Mikronut-Lager 318 an dem oberen Ende der Mittenwelle 314 oder genauer an der oberen Fläche des an ihr angebrachten Flansches 317 vorzusehen, dieses auch von der Unterfläche der Abdeckung 309 vorstehen.

Wie vorstehend beschrieben, ist die Axialdruck-Steuerfläche 327 eine sehr wichtige Stelle, um die Axiallage (H in Fig.15) des Kopfes während der Drehung des rotierenden Teils festzulegen. Bei Abwandlungen der Erfindung wie den in Fig.7 bis 11 dargestellten Abwandlungen, kann die Axialdruck-Steuerfläche 327 festgelegt werden.

Beispielsweise ist in dem in Fig.9 dargestellten Axiallager

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die Oberfläche bei der Mittenbohrung 20 die Axialdruck-Steuerfläche 327. Der genaue Abstand oder die Höhe H des Kopfes bezüglich der Bezugsfläche S kann erhalten werden, wenn der Abstand oder die Höhe h„ zwischen der Axialdruck-Steuerfläche 327 und der Bezugsfläche S genau festgelegt und während der Montage beibehalten wird. Bei dem in Fig.10 dargestellten Axiallager ist die Axialdruck-Steuerfläche 327 das obere Ende oder der Scheitelpunkt des kugelförmigen Ansatzes u.a. 28 mit dem Mikronut-Muster 27.

Die Axiallager-Ausführungen gemäß der Erfindung sind alle mit einem Axiallager (beispielsweise dem Fischgrat- oder Pfeil-Spiralnut-Lager) versehen, welches den Druck aufbaut, welcher in der Richtung wirkt, die der Richtung des Druckes entgegengesetzt ist, der durch das Mikronut-Lager 318 erzeugt wird. Das Spiralnut-Lager ist bisher so beschrieben worden, daß es an der Unterseite des Flansches ausgebildet ist; selbstverständlich kann das Spiralnut-Lager auch an einem entsprechenden Teil der rotierenden Laufbuchse 308, beispielsweise an einer Zwischenstelle oder an dem unteren offenen Ende ausgebildet werden. Ferner kann das Mikronut-Muster unmittelbar in der oberen Endfläche der Mittenwelle 314 -ausgebildet werden.

Wenn bei der Drehkopf-Zylinderanordnung eines Video-Bandgerätes die Axiallagerausführung gemäß der Erfindung verwendet wird, bei welcher eine Buchse, auf welcher ein oberer Zylinder gehaltert ist, über einer Mittenwelle angebracht ist,

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deren Ende an einer Unterlage festgeklemmt ist, wodurch die Axiallager geschaffen sind, hat eines der Axiallager ,das ein Mikronut-Lager ist, das an der oberen oder freien Endfläche der Mittenwelle in der Weise ausgebildet ist, daß der Druck, der in dem durch das Mikronut-Lager erzeugten Ölfilm aufgebaut worden ist zur Folge, daß ein rotierendes Teil, das aus der rotierenden Laufbuchse ,dem daran angebrachten oberen Zylinder und einem an dem oberen Zylinder gehalterten Kopf besteht, bei seiner Drehbewegung "schwimmt" bzw. angehoben wird, wodurch bei der Drehkopf-Zylinderanordnung des Video-Bandgeräts verschiedene Wirkungen und Vorteile erhalten werden, wie sie nachstehend aufgeführt werden.

(1) Die Drehkopf-Zylinderanordnungen können durch sehr einfache Montageschritte hergestellt werden, ohne daß ein Schritt erforderlich ist, um Unteranordnungen maschinell oder auf andere Weise fertigzubearbeiten. Ferner kann der Kopf während des Betriebs in einer vorbestimmten Lage oder Höhe genau gehalten werden.

(2) Der Lagefehler oder die Abweichung der Lage oder Höhe des Kopfes kann auf ein Minimum herabgesetzt oder vernachlässigbar gemacht werden, und zwar unabhängig von der Lage der Drehkopf-Zylinderanordnung .

(3) Das rotierende Teil kann inganggesetzt und mit niedrigen Drehmomenten angetrieben werden.

(4) Der Lagefehler des Kopfes kann sogar nach einer langen Betriebsdauer noch beseitigt werden.

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Ferner kann die magnetische Flüssigkeit oder ein Schmiermittel, ohne daß es austritt, über eine lange Betriebsdauer dicht untergebracht werden. Außerdem können die Drehkopf-Zylinder anordnungen ineinem solchen Maße sehr kompakt hergestellt werden, wie es bisher nicht möglich war.

Bisher ist die Erfindung in Verbindung mit dem rotierenden oder Drehmechanismus beschrieben worden, bei welchem eine Laufbuchse oder ein Gehäuse über einer feststehenden Welle angebracht ist, damit sie bzw. es sich um die Welle dreht; selbstverständlich kann , obwohl es nicht dargestellt ist, die Erfindung auch genauso gut bei einem Drehmechanismus angewendet werden, bei welchem eine Welle in eine feststehende Buchse eingesetzt wird, und sich dann in dieser dreht. Bisher ist ferner als Schmiermittel ein Schmieröl oder eine magnetische Flüssigkeit bzw. ein magnetisches Fluid verwendet worden. Selbstverständlich können bei der Erfindung genauso gut auch andere Lager verwendet werden, bei welchen Luft als Schmiermittel verwendet wird.

Ende der Beschreibung

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Leerseite

Claims (8)

1. DR. BERG DJPL.-ING STAPF DIPL.-ING. SCHWABE DR. DR. SANDMAlR

   PATENTANWÄLTE 3 O O 1 A 3 2

   Postfach 86 02 45 · 8000 München 86

   Anwaltsakte: 30 658

   Patentansprüche

   1J Dreheinrichtung mit Axiallager, gekennzeichnet durch eine Welle (1; 19) mit mindestens einem freien Ende; durch ein Gehäuse (3), das drehbar über der Welle (1; 19) angebracht ist, wobei dazwischen ein Schmiermittel (5) vorgesehen ist; durch eine erste, die axiale Lage steuernde Einrichtung (6; 20) mit einem ersten Axialdruck-Lager mit einem Ansatz (9; 20), der von dem freien Ende der Welle (1) oder von der gegenüberliegenden Lagerfläche (20) des Gehäuses (3), die dem freien Ende der Welle (19) gegenüberliegt, vorsteht und so wirkt, daß der Abstand zwischen der freien Endfläche des Ansatzes (9; 20) und der gegenüberliegenden Lagerfläche größer werden will, und mit Nuten, die von der radial innen liegenden Seite zu der radial außen liegenden Seite der Fläche des freien Endes der Welle (1; 19) oder der gegenüberliegenden Lagerfläche des Gehäuses (3) ausgebildet sind, und durch eine zweite die axiale Lage steuernde Einrichtung (8), welche so bemessen und ausgelegt ist,

   030029/0899 "² "

   t (089) 988272 Telegramme: Bankkonten: Hypo-Bank Manchen 4410122850

   988273 BERGSTAPFPATENT München (BLZ 70020011) Swift Code: HYPO DE MM

   988274 TELEX: Bayer Vereinsbank Manchen 453100 (BLZ 70020270) 983310 0524560BERGd Postscheck München 65343-808 (BLZ 70010080)

   300H32

   daß eine Kraft erzeugt werden kann, welche den Abstand zwischen dem Ansatz (9; 20) und der gegenüberliegenden Lagerfläche verringern will.
2. 2. Dreheinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Muster der Nuten in der ersten, die axiale Lage steuernden Einrichtung (6; 20) so gewählt ist, daß das Schmiermittel (5) gezwungen werden kann, radial nach innen zu der Achse der Welle (1; 19) hin zu fließen.
3. 3. Dreheinrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η zeichnet, daß durch die Nuten der Druck des Schmiermittels in dem Zwischenraum größer wird, daß die Welle (1) einen Flansch (4) aufweist, und daß die zweite, die axiale Lage steuernde Einrichtung ■ (8) ein zweites Axialdruck-Lager mit Nuten ist, die in einer zweiten Fläche des Flansches (4). die dem freien Ende der Welle (1) abgewandt ist und der ersten Fläche gegenüberliegt, die näher bei dem freien Ende der Welle (1) liegt, oder in der gegenüberliegenden Lagerfläche des Gehäuses (3) ausgebildet sind, die der zweiten Fläche des Flansches (4) der Welle (1) gegenüberliegt.
4. 4. Drelieinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Flansch (4) von dem freien Ende der Welle (1) vorsteht.

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5. 5. Dreheinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Nuten der zweiten, die axiale Lage steuernden Einrichtung (8) so ausgebildet sind, daß jede Nut aus einem radial verlaufenden inneren Nutteil (14) und einem radial verlaufenden äußeren Nutteil (15) besteht, der an den radial verlaufenden inneren Nutteil (14) angrenzt, wobei der radial verlaufende innere Nutteil (15) so ausgerichtet ist, daß das Schmiermittel (5) gezwungen wird, radial nach außen zu fließen, während der radial verlaufende äußere Nutteil (15) so ausgerichtet ist, daß das Schmiermittel gezwungen wird, radial nach innen zu strömen.
6. 6. Dreheinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite, die axiale Lage steuernde Einrichtung einen Magneten oder Magnete aufweist, die an der Welle (1) und/oder an dem Gehäuse

   (3) angebracht s ind.
7. 7. Dreheinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnete der zweiten, die axiale Lage steuernden Einrichtung aus Magneten eines Rotors (312) oder eines Stators (311) eines Motors bestehen, welcher entweder die Welle (1) oder das Gehäuse (3) bezüglich des jeweils anderen Teils antreibt.

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   30QH32
8. 8. Dreheinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Magnetkopf entweder an der Welle (1) oder an dem Gehäuse (3) angebracht ist, wodurch eine Magnetkopfanordnung geschaffen ist, daß ein feststehender Zylinder mit einer zylindrischen Umfangsflache,die koaxial zu derο Welle verläuft, an dem Gehäuse (3) oder der Welle (1) angebracht ist, und daß eine Antriebseinrichtung entweder zum Antrieb der Welle (1) oder des Gehäuses (7) bezüglich des jeweils anderen Teils vorgesehen ist.

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