DE3816975A1 - Plattenlaufwerk einer datenspeichereinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Plattenlaufwerk einer Da­ tenspeichereinrichtung mit mehreren Magnetspeicherplatten, die starr um eine mit einem Antrieb verbundene gemeinsame zentrale Nabe längs der Nabenachse hintereinanderliegend angeordnet sind, wobei die Platten eine gegenüber dem Durchmesser der Nabe größere zentrale Bohrung aufweisen und ringförmige Abstands­ elemente zur gegenseitigen Beabstandung der Platten sowie eine die Platten in Richtung der Nabenachse verspannende Einspann­ vorrichtung vorgesehen sind. Entsprechende Plattenlaufwerke sind bekannt und z.B. in der Veröffentlichung "Siemens-Magazin COM", 1985, No. 4, Seiten 48 und 49 angedeutet.

Das bekannte Festplatten-Laufwerk für einen Massenspeicher ent­ hält eine zentrale Nabe mit integrierter Antriebseinheit. Auf diese Nabe werden hintereinander fünf bis sieben Magnetspei­ cherplatten mit entsprechender zentraler Bohrung geschoben, wo­ bei zwischen den einzelnen Platten Abstandselemente vorgesehen werden. Dabei wird die Lage der einzelnen Magnetspeicherplatten durch eine Spielpassung zwischen Nabe und Plattenbohrung be­ stimmt. Dieser stapelförmige Aufbau wird anschließend ver­ schraubt, wobei axiale Spannkräfte erzeugt werden. Diese Spann­ kräfte halten die einzelnen Magnetspeicherplatten reibschlüssig in ihrer Lage fest. Ein solcher Aufbau ermöglicht eine auto­ matische Montage und ist jederzeit wieder demontierbar.

Aufgrund der vorhandenen Spielpassung und eines nicht immer ausreichenden Reibschlusses kann es durch thermische und/oder mechanische Einwirkungen zu einer relativen Verschiebung der einzelnen Magnetspeicherplatten untereinander kommen. Dies hat zur Folge, daß bei größeren Verschiebungen der Schreib-/Lese­ kopf der Datenspeichereinrichtung die adressierten Daten auf einer verschobenen Platte nicht mehr auffinden kann. Diese Gefahr ist besonders groß bei Datenspeichereinrichtungen mit hoher Speicherdichte. Bei solchen Datenspeichereinrichtungen ist nämlich der Abstand zwischen den einzelnen Datenspuren äußerst gering und liegt beispielsweise unter 20 µm. Bei dieser Größenordnung kann eine gegenseitige Verschiebung der Platten von mehr als 1,5 µm nicht mehr toleriert werden.

Auch eine Vergrößerung der Axialkraft durch ein höheres Anzugs­ moment der Verschraubung ist nicht ohne weiteres möglich, da sonst die Gefahr einer Verformung der einzelnen Magnetspeicher­ platten oder sogar deren Beschädigung zu befürchten ist. Ins­ besondere wären Beschädigungen zu befürchten, falls Magnet­ speicherplatten verwendet werden sollen, deren Trägerkörper für die Magnetschichten jeweils aus einer Glasscheibe besteht (vgl. z.B. die EP-A-02 56 278).

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, die Daten­ speichereinrichtung der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, daß die Gefahr von Relativverschiebungen der ein­ zelnen Magnetspeicherplatten untereinander zumindest verringert ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß jeder Magnetspeicherplatte ein kreisringförmiges Zentrierelement zugeordnet ist, das zumindest im eingespannten Zustand der Platten einen Formschluß zwischen Platte und Nabe mit auf die Platte wirkenden, radial nach außen gerichteten Kraftkompo­ nenten hervorruft.

Das zusätzliche Zentrierelement, das eine gewisse Elastizität aufweisen muß, benötigt einen Einbauraum in Form eines konzen­ trischen Ringspaltes. Durch die spezielle Formgebung und durch die Werkstoffwahl des Zentrierelementes kann dabei vorteilhaft jede Magnetspeicherplatte praktisch spielfrei auf der Nabe zentriert werden. Hierbei sind vorteilhaft axiale Spannkräfte erforderlich, die deutlich unter denen der bekannten Einrich­ tung liegen. Die Fertigungstoleranzen der einzelnen Bauteilen entsprechen dabei den in der Feinwerktechnik üblichen Größen. Auch ist eine problemlose Demontage jederzeit möglich.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Plattenlaufwerkes einer Datenspeichereinrichtung nach der Erfindung gehen aus den übrigen Unteransprüchen hervor.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird nachfolgend auf die schematische Zeichnung Bezug genommen, deren Fig. 1 bis 4 einen Aufbau eines Plattenlaufwerkes nach der Erfindung zeigen. In den Fig. 5 bis 12 sind verschiedene Ausführungsformen von Zentrierelementen für das Plattenlaufwerk dargestellt. In den Figuren sind sich entsprechende Teile mit denselben Bezugszei­ chen versehen.

In Fig. 1 ist schematisch in Schrägansicht ein Plattenlauf­ werk 2 einer Datenspeichereinrichtung teilweise aufgeschnitten veranschaulicht. Das Plattenwerk ist dabei im teilweise mon­ tierten Zustand wiedergegeben. Es enthält eine zentrale Nabe 3 mit einer Nabenschulter 4. Auf diese Nabenschulter sind nach­ einander beispielsweise sechs Magnetspeicherplatten 5 a bis 5 f mit einer Plattenstärke s aufgelegt. Zwischen jeweils benach­ barten Platten ist ein ring- oder rohrförmiges Abstandselement 7 mit einer axialen Höhe H eingefügt. Im allgemeinen haben die Platten Trägerkörper aus einer Al-Legierung oder aus Glas, während die Abstandselemente aus Al bestehen können. Die Platten und die Abstandselemente sollen jeweils mit einer zen­ tralen Bohrung 8 bzw. 8 a versehen sein. Gemäß dem Ausführungs­ beispiel der Fig. 1 sind die Bohrungen 8 der Platten gering­ fügig kleiner als die Bohrungen 8 a der Abstandselemente. Sie sind gegenüber dem Durchmesser D der Nabe 3 so groß bemessen, daß ein Ringspalt 9 mit einer Weite w von ca. 1 bis 2 mm aus­ gebildet ist. In diesen Spalt werden bei der Montage erfin­ dungsgemäß besondere Zentrierelemente eingelegt, die z.B. als Wellringe 10 ausgebildet sein können. Hierbei handelt es sich um Kunststoffteile mit einer in Umfangsrichtung verlaufenden Wellung. Sie sind bei der Montage der Platten konzentrisch etwas zusammenzudrücken und kompensieren somit im montierten Zustand das Spiel zwischen Platte und Nabe. Hierbei werden radial nach außen wirkende Kraftkomponenten zumindest weit­ gehend gleichmäßig auf den Rand der Bohrung 8 der Platten ausgeübt, die eine zentrische Lage der Platten bzgl. der Nabenachse A gewährleisten. Da die Bohrungen 8 a etwas größer als die Bohrungen 8 sein können, wird die Vorspannung der Wellringe 10 nur auf die jeweilige Platte, nicht aber auf das jeweilige Abstandselement übertragen. Für jede Platte ist ein einzelner Wellring erforderlich, der als Massenteil hergestellt werden kann. Er läßt vorteilhaft große Toleranzfelder von Platte und Nabe zu.

In den Fig. 2 bis 4 sind weitere Einzelteile veranschau­ licht, die auf die in Fig. 1 gezeigte Stapelanordnung nach­ einander längs der Nabenachse A aufzubringen sind. So ist auf die in Fig. 1 gezeigte obere Magnetspeicherplatte 5 f das in Fig. 2 gezeigte ringförmige Abstandselement 7 mit einem Innen­ durchmesser d′ aufzubringen, für den gilt: d′ = D + 2 × w + δ × δ ist dabei die Durchmesserdifferenz der Bohrungen 8 und 8 a und beträgt z.B. etwa 0,1 mm. Die Bohrung 8 der in Fig. 4 ge­ zeigten Platte 5g hat also für das dargestellte Ausführungs­ beispiel einen Durchmesser d, der kleiner oder höchstens gleich dem Durchmesser d′ des Abstandselementes 7 ist. In den zwischen diesem Abstandselement 7 und der Nabe verbleibenden Ringspalt wird vorher der in Fig. 3 gezeigte Wellring 10 eingefügt. Auch eine Montage in umgekehrter Reihenfolge von Abstandselement und Wellring ist möglich. Der Wellring 10 hat dabei eine axiale Höhe h, die so bemessen ist, daß er nur eine ihm zugeordnete Platte spannt. Bei einem Stapel mit sieben Platten 5 a bis 5g gilt für h z.B.:

Der in den Fig. 1 bis 4 angedeutete Aufbau wird anschließend in bekannter Weise mittels einer nicht dargestellten Vorrich­ tung so axial eingespannt, daß eine längs der Nabenachse A wir­ kende, axiale Einspannkraft hinreichender Größe erzeugt wird. Hierzu kann z.B. eine ringscheibenförmige Platte, ein soge­ nannter Spannteller, dienen, der an die Nabe angeschraubt wird.

Gegebenenfalls können die für den Aufbau nach den Fig. 1 bis 4 gezeigten, als Zentrierelemente dienenden Wellringe 10 auch zu einem gemeinsamen Wellrohr mit entsprechender Wellung zu­ sammengefaßt sein. Eine weitere Ausführungsform eines Wellroh­ res geht aus dem in Fig. 5 gezeigten Ausschnitt hervor, wobei für diese Figur ein Längsschnitt gewählt wurde. Das die erfin­ dungsgemäßen Zentrierelemente ausbildende, mit 12 bezeichnete Wellrohr hat im Gegensatz zu dem Wellring 10 nach Fig. 3 einen axialen Verlauf der Wellen; d.h. im Bereich der Magnetspeicher­ platten 5 ist eine an der jeweiligen Magnetspeicherplatte an­ liegende, radial nach außen weisende Ausbuchtung 13 des Well­ rohres 12 vorgesehen. Auch bei dieser Ausführungsform ist vor­ teilhaft der Innendurchmesser d′ der Bohrung 8 a der Abstands­ elemente 7 etwas größer gewählt als der Innendurchmesser d der Bohrung 8 der jeweiligen Magnetspeicherplatte 5. Ferner wird vorteilhaft die axiale Ausdehnung des Wellrohres 12 im unmon­ tierten Zustand etwas größer gewählt als die tatsächliche Höhe des Stapels aus den Magnetspeicherplatten 5 und den Abstands­ elementen 7. Dann wird nämlich das Wellrohr 12 beim Einspannen des Stapels in axialer Richtung gestaucht, wobei sich zusätz­ liche, radial allseitig nach außen wirkende, zumindest weit­ gehend gleichgroße Kraftkomponenten K auf den Innenrand der Bohrungen 8 der Platten 5 ergeben. Auf diese Weise ist eine gute Zentrierung der Magnetspeicherplatten bezüglich der Nabenachse zu gewährleisten.

Eine entsprechende radiale Zentrier- und Spannkraft läßt sich auch mit den in den Fig. 6 und 7 veranschaulichten rohr­ förmigen Elementen erreichen. Dabei sollen in den Längsschnit­ ten der Fig. 6 und 7 der noch nicht eingespannte Zustand der Magnetspeicherplatten eines Plattenlaufwerkes bzw. der einge­ spannte Zustand wiedergegeben sein. Gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist an der Innenseite der zentralen Bohrung 8 a mit Durchmesser d′ jedes Abstandselementes 7 ein den rohr­ förmigen Spalt 9 a in diesem Bereich praktisch ausfüllendes Zentrierelement 15 aus einem elastischen Material wie z.B. aus Kautschuk angebracht, beispielsweise angeklebt oder anvulkani­ siert. Dieses Zentrierelement ragt so weit in den Bereich der Bohrungen 8 der benachbarten Magnetspeicherplatten 5, daß seine gegenüberliegenden Stirnseiten auch im nicht-gespannten Zustand des Stapels aus Magnetspeicherplatten 5 und Abstandselementen 7 die Stirnseiten von dazu benachbarten Zentrierelementen berüh­ ren. Dabei verbleibt zwischen den Flachseiten der Magnetspei­ cherplatten 5 und der dazu benachbarten Abstandselemente 7 je­ weils ein geringer Abstand a (vgl. Fig. 6). Bei dieser Ausfüh­ rungsform ist zweckmäßig der Durchmesser d der Bohrung 8 jeder Magnetspeicherplatte geringfügig größer als der der Abstands­ elemente 7. Wird nun der Stapel aus Magnetspeicherplatten 5 und Abstandselementen 7 axial gespannt (vgl. Fig. 7), so werden die Zentrierelemente 15 im Bereich der Bohrungen 8 der Platten von ihren Stirnseiten her so zusammengepreßt, daß sie den Spalt 9 vollständig ausfüllen. Hierbei werden auf die Innenseite jeder Plattenbohrung radial allseitig wirkende, die zentrische Lage der Platte sichernde Kraftkomponenten K hervorgerufen.

Aus den Fig. 8 und 9, für die eine den Fig. 6 und 7 ent­ sprechende Darstellung gewählt ist, gehen rohrförmige Zentrier­ elemente 17 hervor, die ebenfalls aus einem elastischen Mate­ rial wie z.B. Kautschuk bestehen können und an den Innenseiten jedes Abstandselementes 7 angebracht sind. Im Gegensatz zu der Ausführungsform nach den Fig. 6 und 7 sind diese Zwischen­ elemente 17 an ihren den benachbarten Magnetspeicherplatten 5′ zugewandten Stirnseiten 18 zu ringförmigen Kegelmantelflächen ausgestaltet. Die Magnetspeicherplatten ihrerseits weisen im Bereich dieser Stirnseiten 18 eine entsprechende Anfasung 19 auf. Dabei ist hier der Innendurchmesser d der Bohrung 8 der Magnetspeicherplatten 5′ wesentlich geringer als der der Ab­ standselemente 7 gewählt. Aufgrund der Anfasung 19 der Magnet­ speicherplatten und der entsprechenden Anschrägung der Stirn­ seiten 18 der Zwischenelemente 17 ergeben sich beim Einspannen der Platten (vgl. Fig. 9) die Platten zentrierende Kraftkompo­ nenten K.

Eine weitere Möglichkeit einer Einspannung und Zentrierung der Magnetspeicherplatten ist in den Fig. 10 und 11 angedeutet, wobei ebenfalls eine den Fig. 6 und 7 entsprechende Dar­ stellung für den ungespannten bzw. gespannten Montagezustand gewählt ist. Bei der gezeigten Ausführungsform sind Abstands­ elemente 7′ vorgesehen, die nur ein geringes Spiel auf der Nabe 3 aufweisen. Diese Abstandselemente sind dabei so geformt, daß sie an den Flachseiten 20, 21 der Magnetspeicherplatten 5 an­ liegen können und gegebenenfalls teilweise auch in den Raum der Bohrungen 8 hineinragen. Es verbleibt so zwischen den Teilen 3, 5 und 7′ jeweils ein ringförmiger Restspalt 23 mit z.B. etwa rechteckigem oder quadratischem Querschnitt. In diesen Spalt 23 wird gemäß Fig. 10 im ungespannten Montagezustand ein elasti­ sches Zentrierelement 24, beispielsweise ein O-Ring oder ein Ring mit quadratischem Querschnitt eingebracht. Wird dann gemäß Fig. 11 die Stapelanordnung gespannt, so wird dieses Zentrier­ element 24 entsprechend zusammengedrückt, wobei auch radiale Kraftkomponenten K auf die jeweilige Platte 5 erzeugt werden.

Da bei der Ausführungsform nach den Fig. 10 und 11 das Spiel zwischen den Abstandselementen 7′ und der Nabe 3 nicht ver­ größert zu werden braucht, kann man zur Einspannung der Platten 5 gegebenenfalls die Nabe auch mit einem Außengewinde und die Abstandselemente mit einem entsprechenden Innengewinde ver­ sehen. Die Abstandselemente 7′ lassen sich dann zur Einspannung der einzelnen Platten auf die Nabe aufschrauben.

Bei den aus den Fig. 1, 3 und 5 bis 11 ersichtlichen Ausfüh­ rungsformen von Zentrierelementen wurden davon ausgegangen, daß mit diesen Elementen radial unmittelbar auf den Innenrand der Bohrung jeder Magnetspeicherplatte in Umfangsrichtung gesehen zumindest weitgehend gleichmäßig einwirkende Kraftkomponenten erzeugt werden, die eine sichere zentrische Lage der jeweiligen Magnetspeicherplatte gewährleisten. Ebensogut ist jedoch auch eine mittelbare Abstützung der Platten an der Nabe möglich. Hierzu muß an jeder Magnetspeicherplatte ein Abstandselement starr befestigt sein und das jeweils zugeordnete Zentrier­ element zwischen diesem Abstandselement und der Nabe vorgesehen werden. Gegebenenfalls kann man sogar das Abstandselement und das zugeordnete Zentrierelement zu einem einzigen Bauteil ver­ einigen. Ein Ausführungsbeispiel eines entsprechenden Bauteiles ist in Fig. 12 als Längsschnitt schematisch veranschaulicht. Dieses mit 26 bezeichnete Bauteil sollte vorzugsweise aus einem Werkstoff bestehen, dessen Ausdehnungskoeffizient zumindest an­ nähernd gleich dem der Magnetspeicherplatte ist. Das Bauteil 26 wird durch eine nicht-lösbare Verbindung auf der zugeordneten Magnetspeicherplatte aufgebracht, z.B. aufgeklebt. Es weist eine tiefe Ringnut 27 auf, die sich in axialer Richtung er­ streckt. Auf diese Weise ergibt sich ein der Nabe 3 zugewandtes Randstück 26 a, das eine gewisse Elastizität in radialer Rich­ tung aufweist. Durch die Ringnut 27 und eine imaginäre, gestri­ chelt angedeutete Trennlinie 28 kann man sich somit das Bauteil 26 in zwei Teile, nämlich das der Nabe zugewandte Randstück 26 a und ein weiter außenliegendes, vergleichsweise massiveres Teil­ stück 26 b unterteilt denken. Das Randstück 26 a stellt dabei von seiner Funktion her ein Zentrierelement dar, während über das starre Teilstück 26 b die eigentliche Beabstandung der Magnet­ speicherplatten 5 untereinander erfolgt. Um eine Montage zu erleichtern, kann das Randstück 26 a auf seiner der Nabe 3 zu­ gewandten Seite mit einer Ausbuchtung 29 versehen sein, die eine Abstützungslinie 30 an der Nabe festlegt. Die Montage des Randstückes 26 a wird vorteilhaft in einer der bekannten Schrumpfungstechniken ausgeführt. Da diese Schrumpfungstechnik nur an dem Bauteil 26 vorzunehmen ist, können dabei vorteilhaft Beschädigungen der Magnetspeicherplatten 5 vermieden werden.

Claims (13)

1. Plattenlaufwerk einer Datenspeichereinrichtung mit mehreren Magnetspeicherplatten, die starr um eine mit einem Antrieb ver­ bundene gemeinsame zentrale Nabe längs der Nabenachse hinter­ einanderliegend angeordnet sind, wobei die Platten eine gegen­ über dem Durchmesser der Nabe größere zentrale Bohrung auf­ weisen und ringförmige Abstandselemente zur gegenseitigen Be­ abstandung der Platten sowie eine die Platten in Richtung der Nabenachse verspannende Einspannvorrichtung vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Ma­ gnetspeicherplatte (5, 5 a bis 5 g, 5′) ein kreisringförmiges Zentrierelement (10, 12, 13, 15, 17, 24, 26 a) zugeordnet ist, das zumindest im eingespannten Zustand der Platten einen Formschluß zwischen der Magnetspeicherplatte und der Nabe (3) mit auf die Platte wirkenden, radial nach außen gerichteten Kraftkomponenten (K) hervorruft.

2. Plattenlaufwerk nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zumindest jede Magnetspeicher­ platte (5, 5 a bis 5 g) mit einer hinreichend großen zentralen Bohrung (8) versehen ist und daß das Zentrierelement (10, 13, 24) in dem so zwischen Nabe (3) und Bohrungsrand ausgebildeten ringförmigen Spalt (9, 23) angeordnet ist.

3. Plattenlaufwerk nach Anspruch 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Zentrierelement (24) ein den Abmessungen des Spaltes (23) angepaßter Ring ist (vgl. Fig. 10, 11).

4. Plattenlaufwerk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Abstandselement (7) mit einer hinreichend großen zentralen Bohrung (8 a) versehen ist, so daß zwischen Nabe (3) und Bohrungsrand jeweils ein rohrförmiger Spalt (9 a) ausgebildet ist, durch den sich das jeweils zuzuordnende Zentrierelement (10, 12, 13, 15, 17) er­ streckt.

5. Plattenlaufwerk nach Anspruch 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Zentrierelemente (13) aller Magnetspeicherplatten (5) zu einem gemeinsamen rohrförmigen Bauteil (12) ausgebildet sind (vgl. Fig. 5).

6. Plattenlaufwerk nach Anspruch 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das rohrförmige Bauteil (12) in axialer Richtung gewellt ausgebildet ist.

7. Plattenlaufwerk nach Anspruch 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Zentrierelemente (10) in Umfangsrichtung gewellt ausgebildet sind.

8. Plattenlaufwerk nach Anspruch 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß jedes Zentrierelement (15) als rohrförmiges, elastisches Element ausgebildet ist, das an einem Abstandselement (7) befestigt ist und in die Bohrung (8) der jeweils benachbarten Platte (5) hineinragt (vgl. Fig. 6, 7).

9. Plattenlaufwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 8, da­ durch gekennzeichnet, daß die Zentrier­ elemente (12, 13, 15, 17, 24) im eingespannten Zustand der Magnetspeicherplatten (5, 5′) unter Einwirkung einer axialen Spannkraft so gestaucht sind, daß damit eine Vergrößerung der radialen Kraftkomponenten (K) verbunden ist.

10. Plattenlaufwerk nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß jedes Abstandselement (7) mit einer hinreichend großen zentralen Bohrung (8 a) versehen ist, so daß zwischen Nabe (3) und Bohrungsrand jeweils ein rohr­ förmiger Spalt (9 a) ausgebildet ist, in dem ein elastisches, an dem Abstandselement befestigtes Zentrierelement (17) an­ geordnet ist, dessen den benachbarten Magnetspeicherplatten (5′) zugewandten Stirnseiten (18) als kegelringförmige Flächen gestaltet sind, und daß die Magnetspeicherplatten (5) im Be­ reich dieser Stirnseiten (18) mit einer entsprechenden An­ fasung (19) versehen sind (vgl. Fig. 8, 9).

11. Plattenlaufwerk nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß an jeder Magnetspeicherplatte ein Abstandselement starr befestigt ist, dem ein Zentrier­ element zugeordnet ist.

12. Plattenlaufwerk nach Anspruch 11, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Abstandselement (26 b) und das Zentrierelement (26 a) ein gemeinsames Bauteil (26) bilden.

13. Plattenlaufwerk nach Anspruch 12, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Bauteil (26) im wesent­ lichen durch eine axial verlaufende Ringnut (27) in ein als Abstandselement wirkendes Teilstück (26 b) und ein als Zen­ trierelement wirkendes Teilstück (26 a) unterteilt ist und sich über eine ringförmige Ausbuchtung (29) auf seiner der Nabe (3) zugewandten Innenseite von der Nabe abstützt.