DE3732791A1 - Kopfradanordnung fuer einen recorder - Google Patents

Description

Bei einer sogenannten matrixartigen Aufzeichnung gemäß der DE-OS 35 09 584 werden auf dem Magnetband aufeinanderfolgen­ de Blöcke mit etwa parallel zur Bandkante verlaufenden Spu­ ren geschrieben. Das Kopfrad führt dabei zusätzlich zu sei­ ner Rotation eine Hubbewegung in Richtung seiner Achse aus. Die Hubbewegung dient dazu, nacheinander die parallel zur Bandkante verlaufenden Spuren mit gegenüber der Bandlänge kurzen Länge zu schreiben, oder auch dazu, das Kopfrad in ei­ nen anderen Bereich des Magnetbandes zu verschieben, wenn z.B. auf dem Band zwei oder mehrere Spurbahnen mit unter­ schiedlichen Signalen aufgezeichnet sind.

Es ist bekannt, die Hubbewegung mit einer in Axialrichtung auf die Kopftrommel einwirkenden Kurvenscheibe oder mit ei­ nem Magnetsystem durch einen sogenannten Aktuator nach dem Prinzip einer Tauchkernspule durchzuführen.

Es ist auch bekannt (DE-OS 35 42 064), das rotierende Kopf­ rad auf einer in gleicher Richtung rotierenden Gewindespin­ del zu lagern, deren Rotationsgeschwindigkeit zur Erzeugung der Hubbewegung durch eine Steuerspannung veränderbar ist. Diese Lösung benötigt eine zusätzliche Elektronik zur Einhal­ tung des Synchronlaufes zwischen Kopfrad und Spindel sowohl beim Hochlauf als auch beim Normalbetrieb, da sonst das Kopf­ rad auf der Spindel gegen einen Anschlag laufen würde und der Antrieb beschädigt werden könnte. Außerdem erfordert ei­ ne derartige Kopfradanordnung eine relativ lange Zeit von etwa 20 ms für die Hubumkehr.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen konstruktiv einfachen Antrieb für die Hubbewegung zu schaffen, der keine spezielle Elektronik benötigt und eine besonders schnelle Umkehr der Hubbewegung ermöglicht.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 beschriebene Er­ findung gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Die erfindungsgemäße Lösung hat folgende Vorteile.

• 1. Alle für den Antrieb wesentlichen Teile, insbesondere die gegensinnig rotierenden Antriebsräder laufen stän­ dig in der gleichen Richtung und mit konstanter Ge­ schwindigkeit, müssen also nicht umgesteuert werden. Dadurch werden Störgeräusche durch Änderung der Dreh­ zahl und damit der Tonhöhe eines Motors im Sekunden­ rhythmus der Hubbewegung vermieden.
• 2. Wenn die Trommel z.B. durch ein klebendes Band plötz­ lich gebremst wird, besteht im Gegensatz zu einer rotie­ renden Spindel nicht die Gefahr, daß die Trommel gegen einen Anschlag läuft und die Kopftrommeleinheit beschä­ digt.
• 3. Es wird eine sehr schnelle Umkehr der Hubrichtung er­ reicht. Das bedeutet, daß die Zeit zwischen dem Ende des Schreibvorgangs eines Blockes und dem Beginn des Schreibvorganges des nächsten Blockes, die durch die Notwendigkeit der Hubumkehr bislang einen Wert von etwa 20 ms hatte, auf einen wesentlich geringeren Wert ver­ ringert wird.

Die Kopftrommel bewegt sich im Sinne der Hubbewegung in axia­ ler Richtung mit einer Geschwindigkeit von etwa 4 mm/s. Wenn die gesamte in Hubrichtung bewegte Masse der rotierenden Kopftrommel 70 g beträgt, beträgt bei vertikaler Achsrich­ tung die Leistungsdifferenz zwischen den beiden Hubrichtun­ gen nur ± 3 mW. Bei der Hubgeschwindigkeit von 4 mm/s ertei­ len also 3 mW der axial bewegten Masse eine Beschleunigung von 9,81 m/s². Wird die Hubumkehr mit diesem Beschleunigungs­ wert durchgeführt, erfolgt die erforderliche Geschwindig­ keitsänderung von V=8 mm/s innerhalb von 0,8 ms oder 30% der Dauer je­ weils einer Spur eines Blockes bei der beschriebenen matrix­ artigen Aufzeichnung. Diese äußerst geringen für die Überwin­ dung der Massenkräfte erforderlichen Leistungen ermöglichen es, den Hubantrieb so aufzubauen, daß fast die gesamte für die Erzeugung der Hubbewegung erforderliche Leistung für die Überwindung von Reibung erforderlich ist, d.h. daß die Mas­ senkräfte gegenüber den Reibungskräften vernachlässigbar sind. Sofern die Reibungskräfte einigermaßen konstant sind, ist auch die Erzeugung einer konstanten Hubgeschwindigkeit mit scharfen Umkehrpunkten möglich. Der hohe Reibungsanteil bei den wirkenden Kräften verhindert außerdem ein Überschwin­ gen infolge elastischer Verformungen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung erläu­ tert. Darin zeigen

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgmäßen Kopfradanordnung,

Fig. 2 den Flußverlauf für zwei Elektromagnete zur Ankopplung an die beiden Antriebsräder,

Fig. 3 Kurven zur Erläuterung der Stromeinspeisung der Elektromagnete und

Fig. 4 eine Weiterbildung der Elektromagnete für die Ankupplung an die beiden Antriebsräder.

Fig. 1 zeigt das die Köpfe tragende rotierende Teil 1 einer Kopftrommelanordnung für eine matrixartige Aufzeichnung. In dem zylinderförmigen, nichtrotierenden, in Richtung der Achse A-A bewegbaren Unterteil 2 befinden sich der Antriebs­ motor für das Teil 1 und der rotierende Übertrager zur Zufüh­ rung und Entnahme der Signalspannungen. Das Unterteil 2 ist fest mit der Spindel 4 verbunden. Die Kopftrommeleinheit mit den Teilen 1, 2 ist in Richtung der Achse A verschiebbar in der Grundplatte 3 des Laufwerks gelagert. Eine Sicherung ge­ gen Verdrehung des Teils 2 erfolgt durch den Stift 16 in der Grundplatte 3, der bei der Hubbewegung in der in Axialrich­ tung verlaufenden Nut 17 an dem Unterteil 2 entlanggleitet. Mit dem Gewinde der Spindel 4 ist die Mutter 5 im Eingriff, die durch das Lager 6 ohne Axialspiel in der Grundplatte 3 gelagert ist. Mit der Mutter 5, die z.B. aus Lagerbronze be­ steht, ist die Mitnehmerscheibe 7, die aus ferromagnetischem Material besteht, fest verbunden. Die Scheibe 7 ist mit ei­ nem nichtmagnetischen Material plattiert. Zu beiden Seiten der Mitnehmerscheibe 7 sind zwei gleiche Kegelräder 8, 9 ohne Axialspiel auf der Mutter 5 drehbar gelagert. Die Naben der Kegelräder 8, 9 werden durch Schalenkerne 10, 11 aus ferromag­ netischem Material gebildet, in die Wicklungen 12 a, 12 b einge­ bettet sind. Die Zahnkränze der Kegelräder 8, 9 bestehen aus verschleißfestem Kunststoff. Sie tragen Schleifringe 13, über die den Wicklungen 12 a, 12 b Strom zugeführt wird. Der Hubmotor 14 besitzt ein Ritzel 15, das mit den Zähnen der beiden Kegelräder 8, 9 im Eingriff ist. Das Ritzel 15 besteht als höchstbeanspruchtes Antriebsteil aus Stahl. Durch die Kunststoffräder 8, 9 ist das Zahnradgetriebe besonders ge­ räuscharm ausgebildet. Die Drehzahl des Motors 14 wird elek­ tronisch auf einem konstanten Wert gehalten. Dadurch drehen sich auch die beiden Kegelräder 8, 9 ständig mit konstanter Drehzahl in entgegengesetzten Richtungen. Solange die aus der Mitnehmerscheibe 7 und den Schalenkernen 10, 11 gebilde­ ten magnetischen Kupplungen stromlos sind, befindet sich die Mutter 5 im Ruhezustand, wird also nicht gedreht.

Die Reibung zwischen der Spindel 4 und der Mutter 5 über­ wiegt, so daß beide Kegelräder 8, 9 auf der Mutter 5 rotie­ ren. Beim Einschalten des Stromes in einer der Wicklungen 12 a, 12 b entsteht Haftreibung zwischen dem betref­ fenden Schalenkern und dem Mitnehmer 7. Die Spindel 4 und damit die Kopftrommeleinheit 1, 2 wird dann durch die rotie­ rende Mutter 5 mit konstanter Geschwindigkeit in axialer Richtung A bewegt. Das Einkuppeln erfolgt geräuschlos, weil die Schalenkerne ohne Axialspiel auf der Mutter 5 angeordnet sind. Die Hubrichtungsumkehr erfolgt durch Abschalten des einen Kupplungsmagneten und Einschalten des anderen Kupp­ lungsmagneten. Dieser Umschaltvorgang bestimmt den Verlauf der Hubumkehr. Es ist zweckmäßig, zum Einschalten einer Kupp­ lung einen hohen Strom zu verwenden, der dann bis zum Ab­ schaltaugenblick so weit verringert wird, daß gerade die not­ wendige Haftreibung erhalten bleibt. Dieses kann bei genü­ gend hoher Remanenz auch bei einem Strom in der Größenord­ nung von null der Fall sein. Bei geeigneter Polung der Wick­ lungen kann dann das durch den hohen Einschaltstrom der ande­ ren Wicklung verursachte Streufeld die Remanenz aufheben, so daß die Haftreibung in dem Moment in Gleitreibung übergeht, in dem bei der anderen Kupplung der entgegengesetzte Vorgang eintritt (Fig. 2).

Die Qualität des Umschaltvorganges der Hubbewegung kann durch Beobachtung der Drehzahl oder der Stromaufnahme des Motors 14 überwacht werden. Eine kurzzeitige Überlappung grö­ ßerer Reibungskräfte an beiden Kupplungshälften führt zu ei­ nem stoßartigen Drehzahlabfall bzw. Stromanstieg gemäß Fig. 3a. Eine Lücke zwischen den beiden Mitnahmezuständen hat die entgegengesetzte Wirkung gemäß Fig. 3b. Hier bietet sich die Möglichkeit, die Umschaltstromverläufe automatisch zu optimieren (Fig. 3c).

Durch Regelung der Kupplungsstromverläufe kann auch die Hub­ umkehr in der Weise beeinflußt werden, daß die Abtastköpfe auf dem rotierenden Teil 1 unmittelbar nach der Hubumkehr eine bestimmte Spurlage einnehmen. Um die Köpfe danach in der Spur zu halten, wird lediglich die Drehzahl des Motors 14 geregelt.

Ein Vorteil des in Fig. 1 dargestellten Antriebs besteht dar­ in, daß der Hubmotor 14 und die beiden Kegelräder 8, 9 stän­ dig mit konstanter Drehzahl rotieren. Wie bereits erläutert, ist in der translatorischen Bewegung der Kopftrommeleinheit nur eine geringfügige Bewegungsenergie gespeichert. Das gilt auch für die Mutter 5 mit der Scheibe 7, die eine verhältnis­ mäßg geringe Drehzahl aufweisen. Damit ist auch die für die Umkehrung der Bewegungsrichtung erforderliche Energie nur gering. Für die Überwindung von Haftreibungsmomenten erfor­ derliche Leistungsspitzen während der Hubumkehr bewirken einen nur geringen Verlust an kinetischer Energie bzw. Win­ kelgeschwindigkeit, wenn sie nur für eine äußerst kurze Zeit auftreten.

Die Haftreibung muß besonders an der Mitnehmerscheibe 7 über­ wunden werden beim Übergang der Mitnahme von einem auf den anderen Schalenkern. Aber auch zwischen Mutter 5 und Spindel 4 sowie an den Führungsflächen für die Kopftrommel­ einheit gibt es bei der Umkehrung der Bewegungsrichtung ei­ nen Moment des Stillstandes, in dem Haftreibung auftreten kann. Um Auswirkungen der Haftreibung weitgehend zu vermei­ den, ist das gesamte Antriebssystem vorzugsweise äußerst steif ausgeführt. Durch elastische Verformungen kann der Zu­ stand der Haftreibung verlängert bzw. überhaupt erst ermög­ licht werden.

Ein wenig verformbares mechanisches System ermöglicht es, die Bewegungsumkehrvorgänge in einer äußerst kurzen Zeit und damit energiesparend und mit hoher Genauigkeit reproduzier­ bar durchzuführen. Diese Reproduzierbarkeit der Hubumkehrvor­ gänge ist wichtig für die genaue Einhaltung einer bestimmten Spurlage bei aufeinanderfolgenden Aufzeichnungsblöcken. Die Spurlage kann dann allein durch Wahl des Zeitpunktes für die Kupplungsumschaltung eingestellt werden.

Das Spurmuster bei der Aufzeichnung wird am sichersten durch einen mit der Kopftrommeleinheit verbundenen Wegsensor über­ wacht. Dadurch sind nur geringe Toleranzanforderungen für die Gewindesteigung der Spindel 4 notwendig. Durch eine ver­ hältnismäßig lange Mutter 5 werden Ungleichmäßigkeiten der Steigung ausgemittelt.

Der Wegsensor besteht aus einer trapezförmigen Fahne 18, die den Lichtweg in einem Optokoppler 19 unterbricht. Die Fahne bewegt sich mit der Kopftrommeleinheit 1, 2. Der Optokoppler ist durch zwei Feintriebe 20, 21 verstellbar. Mit dem Feintrieb 20 kann die Hubamplitude und mit dem Feintrieb 21 die Lage des Hubbereiches eingestellt werden. Beim Abspielen einer Aufzeichnung wird der Hubbereich dem Aufzeichnungsmu­ ster angepaßt. Dieses geschieht mit Hilfe von Spurnummern.

Es wäre denkbar, daß das Zahnradgetriebe Ungleichmäßigkeiten der Hubbewegung verursacht, deren Periodendauer dem Abrollen eines Zahnes entspricht. Diese Ungleichmäßigkeiten wirken sich auf den Spurabstand nicht aus, wenn Spurzahl und Zahn­ zahl je Zeiteinheit übereinstimmen. Werden z.B. 360 Spuren je s geschrieben und hat das Ritzel 15 acht Zähne, dann muß der gesamte Antrieb so ausgelegt sein, daß im Normalbetrieb der Motor 14 mit 60*360/8=2700 U/min läuft.

Die Anordnung von Spindel 4 und Mutter 5 ist auch vertausch­ bar. Das bedeutet, daß die Kegelräder 8, 9 auch auf die Unterteil 2 verbunden ist.

Die magnetische Kupplung kann so ausgeführt sein, daß für die Stromzuführung zu den Magneten keine Schleifringe erfor­ derlich sind. Eine derartige Lösung ohne Schleifringe ist in Fig. 4 dargestellt. Die Wicklungen 12 a, 12 b sind in Schalen­ kernen 23, 24, 25 aus ferromagnetischen Material angeordnet, die durch den stationären Teil 22 konzentrisch zur Achse A gehalten werden. Der durch sie erzeugte magnetische Fluß fließt entweder über die ferromagnetische Nabe 26 des Kegelrades 8 und die ferromagnetische Mitnehmerscheibe 7 und bewirkt dadurch den Antrieb durch Haftreibung oder über die ferromagnetische Nabe 27 des Kegelrades 9 und die Mitnehmerscheibe 7. Eine schleifringfreie Lösung ist auch bei Verwendung von Magnetpulverkupplungen möglich.

Da ein gleichzeitiges Einschalten beider Kupplungen schlagar­ tig den Stillstand des Hubmotors 14 bewirken würde, kann durch elektronische Verriegelung sichergestellt werden, daß die beiden Kupplungsströme i 1 und i 2 niemals gleichzeitig fließen können.

Durch mit der Kopftrommeleinheit 1, 2 betätigte Unterbre­ chungskontakte kann verhindert werden, daß der Spindelan­ trieb gegen einen Anschlag läuft.

Claims (9)

1. Kopfradanordnung für einen Recorder mit einem um eine Achse (A) rotierenden Kopfrad, das durch eine Hubbewe­ gung in Richtung der Achse verstellbar ist, dadurch ge­ kennzeichnet, daß ein nicht rotierendes, in Axialrich­ tung verstellbares Teil (2) der Kopfradanordnung (1, 2) über einen Axialantrieb mit einer Spindel (4) und einer Mutter (5) angetrieben wird, wobei das nicht in Axial­ richtung verschiebbare Teil (5) des Axialtriebs an je­ weils eins von zwei gegensinnig rotierenden Antriebsrä­ dern (8, 9) ankuppelbar ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine mit der Mutter (5) oder der Spindel (4) verbundene Mitnehmerscheibe (7) zwischen zwei in gegensinniger Richtung rotierenden Antriebsrädern (8, 9) angeordnet ist.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Antriebsräder als Kegelräder (8, 9) ausgebil­ det sind, in deren Zwischenraum ein in beide Kegelräder (8, 9) eingreifendes Ritzel (15) des Antriebsmotors (14) liegt.

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Naben (10, 11, 26, 27) der beiden Kegelräder (8, 9) je eine Kupplungshälfte darstellen, daß die zweite Hälfte beider Kupplungen durch die Mitnehmerscheibe (7) gebil­ det wird, daß die beiden Kegelräder (8, 9) und die Mit­ nehmerscheibe (7) in Axialrichtung (A) ohne Axialspiel aufeinanderliegen und die jeweilige Ankopplung der Mit­ nehmerscheibe (7) an ein Kegelrad (8) durch Haftreibung und die Entkopplung von dem anderen Kegelrad (9) durch Gleitreibung erreicht ist.

5. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ankupplung elektromagnetisch erfolgt.

6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß für die Ankupplung der Spindel (4) oder der Mutter (5) an jeweils ein Antriebsrad (8, 9) stationäre Elektroma­ gnete (12 a, 12 b, 23, 24, 25) vorgesehen sind, deren magneti­ sche Feldlinien jeweils über eine mit dem Axialantrieb verbundene Mitnehmerscheibe (7) und das eine oder ande­ re Antriebsrad (8, 9, 26, 27) verlaufen.

7. Anordnung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeich­ net, daß die die Ankupplung zwischen Spindel (4) oder Mutter (5) und den Antriebsrädern (8, 9) bewirkenden Elektromagnete (12 a, 12 b) mit einer solchen Polarität gespeist sind, daß jeweils das in dem eingeschalteten Elektromagnet (12 a) erzeugte Magnetfeld das in dem aus­ geschalteten Elektromagnet (12 b) durch Remanenz noch wirksame Magnetfeld kompensieren kann (Fig. 2).

8. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die Hubbewegung des Kopfrades (1, 2) ein Sensor (18, 19) vorgesehen ist, dessen Ausgang an einen Steuer­ eingang einer den Motor (14) für die Antriebsräder (9) und/oder die Kupplungen (12 a, 12 b) steuernden Elektronik (E) angelegt ist.

9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor aus einem Optokoppler (19) besteht, dessen Lichtstrecke durch eine trapez- oder dreieckförmige Fah­ ne (18) unterbrochen ist, wobei die Fahne mit der Kopf­ radanordnung (1, 2) verbunden ist und der Optokoppler in Hubrichtung (21) und quer zur Hubrichtung (20) einstell­ bar ist.