DE4020876A1 - Positioniereinrichtung fuer das plattenlaufwerk eines plattenspeichers - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Positioniereinrichtung für das Plattenlaufwerk eines Plattenspeichers, insbesondere eines magnetischen oder optischen Plattenspeichers, mit einem bezüglich des Plattenstapels beweglich angeordneten Grund­ körper und mit einer Mehrzahl von am Grundkörper ausgebil­ deten Positionierarmen, welche über Kopfaufhängungen die Lese-/Schreibköpfe tragen.

Nachdem bei Plattenspeichern die technische Entwicklung ständig zu höheren Speicherkapazitäten geht, muß auch der mechanische Aufbau des Positioniersystems dieser ständigen Weiterentwicklung angepaßt werden, wobei eine hohe Spei­ cherkapazität einen kompakten Aufbau des Plattenspeichers mit sehr kleinen Plattenabständen voraussetzt. Eine schnel­ le Zugriffszeit erfordert trägheitsarme Positioniersysteme und eine kurze Einschwingzeit nach dem Positionieren. Hohe Resonanzfrequenzen des Positionierers sind eine Voraus­ setzung für die Konstruktion eines schnellen Servo-Systems mit guten Spurfolgeeigenschaften und einer kurzen Ansprech­ zeit.

Es sind zwei verschiedene Arten von Positioniereinrichtun­ gen bekannt, nämlich die Linearpositionierer und die Dreh­ positionierer. Linearpositionierer besitzen einen die Mag­ netkopfpositionierarme tragenden Positionierwagen, der bei­ spielsweise mittels eines Tauchspulsystems bei der Spuraus­ wahl radial zum Magnetplattenstapel bewegt wird. Drehposi­ tionierer besitzen einen Schwenkkörper, der auf einer pa­ rallel zur Achse des Plattenstapels angeordneten Positio­ nierachse drehbeweglich gelagert ist. Dieser Schwenkkörper weist einerseits die die Magnetköpfe tragenden Positionier­ arme und andererseits ein Paar Tragarme auf, die den Schwenkarmen bezüglich der Positionierachse gegenüberlie­ gen. Die Tragarme tragen entweder eine Spule, die gegenüber einem feststehenden Magneten ausgelenkt wird, oder einen Magneten, wobei in diesem Fall die erregte Spule festste­ hend ist.

Bei neueren Konstruktionen wird als Schwenkkörper ein mono­ lithischer Körper mit integrierten Positionierarmen und integrierten Tragarmen verwendet, der auch als "E-Block" bezeichnet wird. Ein solcher E-Block hat den Vorteil, daß geringere innere Spannungen auftreten und die Zahl der Verbindungen minimiert wird, wodurch die Einschwingzeit des Schwenkkörpers sehr gering gehalten werden kann.

Die Bearbeitung eines monolithischen E-Blocks ist bei zu­ nehmender Miniaturisierung des Plattenspeichers bzw. der Positioniereinrichtung jedoch äußerst schwierig, aufwendig und daher teuer.

Der Erfindung liegt daher in erster Linie die Aufgabe zugrunde, eine Positioniereinrichtung der eingangs ge­ nannten Gattung zu schaffen, bei der die Vorteile des monolithischen E-Blocks im wesentlichen beibehalten werden können, bei dem jedoch die erforderliche hohe Präzision der komplexen Struktur auf einfachere und daher kostengünsti­ gere Weise erzielt werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß im wesentlichen dadurch gelöst, daß der Grundkörper aus flachen Bauteilen zusammen­ gesetzt ist, die parallel zueinander angeordnet sind, wobei benachbarte Bauteile miteinander verbunden sind, und daß die flachen Bauteile erste Bauteile umfassen, die die Posi­ tionierarme bilden und zweite Bauteile, die zwischen den einzelnen Positionierarmen angeordnete Distanzscheiben bil­ den. Vorzugsweise umfassen im Falle der Ausbildung der Positioniereinrichtung als Drehpositionierer die flachen Bauteile weiterhin dritte Bauteile, welche die Tragarme für die Magneteinrichtung bilden.

Der erfindungsgemäße Aufbau des E-Blocks weist den Vorteil auf, daß die einzelnen flachen Bauteile vergleichsweise einfach und kostengünstig mit hoher Präzision bearbeitet werden können und auf engste Toleranzen geschliffen bzw. geläppt werden können.

Nach der Bearbeitung der einzelnen flachen Bauteile wie Positionierarme, Tragarme und Distanzscheiben werden die einzelnen Bauteile in geeigneter Weise zu einem Stapel zusammengefügt und miteinander verbunden, wobei als Ver­ bindungstechnik je nach verwendetem Material ein Verkleben, Löten oder Hartlöten in Frage kommt. Falls als Verbindung eine Klebverbindung gewählt wird, kommen Cyanoacrylate, Epoxidharze oder Polyurethane zum Einsatz.

Als Materialien für die flachen Bauteile kommen Metalle, faserverstärkte Kunststoffe und insbesondere auch Keramik in Frage. Die einzelnen flachen Elemente wie Positionierar­ me, Tragarme und Distanzscheiben können im Falle von Metall durch Pressen, Gießen, Schmieden oder Stanzen hergestellt werden und im Falle von Keramik oder Kunststoff durch Spritzgießen, wobei im Falle von keramischen Bauteilen zusätzlich noch das isostatische Pressen in Frage kommt. Weiterhin kann für Keramik und Metall das Herausschneiden der Bauteile aus Platten mittels Laser ein zweckmäßiges Herstellungsverfahren sein. In allen genannten Fällen wer­ den die rohen Bauteile zusätzlich auf die endgültige Dicke geschliffen und/oder geläppt.

Als besonders bevorzugtes Material für den E-Block der erfindungsgemäßen Positioniereinrichtung wird Keramik an­ gesehen. Keramik ist ein Material mit sehr hoher Steifheit und vergleichsweiser niedriger Dichte, woraus sich für die Positioniereinrichtung des Plattenspeichers entscheidende Vorteile ergeben: Aufgrund des leichteren Gewichts des E- Blocks und der entsprechend geringeren Trägheit können Systeme mit verbesserter Positionierzeit realisiert werden. Aus der höheren Steifheit des Materials ergibt sich auch eine geringere Einschwingzeit nach dem Positionieren. Zum anderen lassen sich mit einem E-Block aus Keramik auch Systeme mit einer erhöhten Spurdichte realisieren, nachdem höhere Resonanzen eine höhere Servo-Durchtrittsfrequenz ermöglichen, wodurch eine schnellere Reaktion auf Posi­ tionsabweichungen möglich ist. Ein schnelleres Einschwingen auf die Spur bedeutet auch einen geringeren erforderlichen Spurrand. Schließlich kann der Vorteil des keramischen Materials auch dahingehend genutzt werden, daß eine Stuktur mit dünneren Armen entwickelt wird, wobei einerseits zwar die gleichen Resonanzen wie im Falle von Metall akzeptiert werden, andererseits jedoch bei gleichem Raumbedarf zu­ sätzliche Arme vorgesehen sein können, wodurch letztlich die Speicherdichte des Systems gesteigert werden kann. Als geeignete Keramikmaterialien kommen insbesondere SiN, SiC, BC, Al₂O₃, ZrO sowie Mischkeramiken hieraus in Frage.

Im Falle der vorliegenden Erfindung wird somit der mono­ lithische E-Block gemäß dem Stand der Technik, der üb­ licherweise aus Aluminium oder Magnesium besteht, durch eine Struktur aus parallelen, plattenartigen gestapelten Elementen insbesondere aus einem keramischen Werkstoff ersetzt, wobei durch geeignete Bearbeitung der einzelnen plattenförmigen Elemente auf vergleichweise einfache und kostengünstige Weise eine komplexe Struktur mit hoher Präzision geschaffen werden kann. Die Vorteile einer monolithischen Struktur des E-Blocks gemäß dem Stand der Technik bleiben im wesentlichen erhalten, insbesondere auch die strukturellen Moden. Das leichtere Gewicht und die höhere Steifheit des keramischen Materials geben zusätz­ liche Vorteile gegenüber den bekannten Aufbauten hin­ sichtlich der Resonanzen, der Trägheitskräfte und der Ein­ schwingzeit. Ein zustätzlicher Vorteil ergibt sich dadurch, daß mit einigen wenigen Arten von Bauteilen, nämlich Posi­ tionierarmen, Tragarmen und Distanzringen die unterschied­ lichsten Strukturen aufgebaut werden können.

Die Kopfaufhängungen werden an den Enden der Positionierar­ me üblicherweise angeklebt oder kugelverrastet. Das Ankle­ ben der Kopfaufhängungen auf den Positionierarmen bringt den Nachteil mit sich, daß hier ein Nacharbeiten nicht möglich ist. Eine Kugelverrastung ist bei einem Positio­ nierarm aus Keramik aufgrund der hohen Steifheit und der niedrigen Zugfestigkeit ebenfalls problematisch. In beson­ ders bevorzugter Weiterbildung der Erfindung ist daher vorgesehen, daß die Kopfaufhängungen für die Lese-/Schreib­ köpfe an den jeweiligen Positionierarmen mittels Bolzen aus Memory-Metall befestigt sind, welche die Kopfaufhängungen nur bei lokaler Abkühlung der Bolzen freigeben.

Weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den übrigen Unteransprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung, in der ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert wird. In der Zeichnung zeigen in halbschematischer Darstellung:

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung des Schwenk­ körpers (E-Block) der erfindungsgemäßen Positio­ niereinrichtung,

Fig. 2 einen vertikalen Schnitt durch den Schwenkkörper gemäß Fig. 1,

Fig. 3 einen Schnitt durch das Ende eines eine Kopfauf­ hängung samt Magnetkopf tragenden Positionierarms des Schwenkkörpers gemäß Fig. 1, und

Fig. 4 eine Draufsicht auf die Kopfaufhängung samt Mag­ netkopf gemäß Fig. 3.

In einem nicht dargestellten Gehäuse eines Magnetplatten­ speichers ansich bekannter Bauart ist ein insgesamt mit der Bezugsziffer 10 bezeichneter Schwenkkörper, ein sogenannter E-Block, um eine Achse 12 schwenkbar gelagert. Der E-Block 10 umfaßt parallele, untereinander beabstandete Positio­ nierarme 14, Distanzscheiben 16 sowie äußere Tragarme 18. Wie aus Fig. 1 und 2 ersichtlich ist, bilden die Positio­ nierarme, die Distanzscheiben und die Tragarme einen Stapel paralleler Bauelemente, die im Falle des beschriebenen Ausführungsbeispiels aus Keramik bestehen und untereinander mittels Löten befestigt sind. Die Positionierarme 14 und die Distanzscheiben 16 sind abwechselnd angeordnet und die beiden äußeren Tragarme 18, welche die nicht dargestellte Magnetspule tragen, sind bezüglich der Achse 12 den Posi­ tionierarmen 14 diametral entgegengesetzt ausgerichtet.

Sämtliche Bauteile 14, 16, 18 weisen einen achsnahen Ab­ schnitt auf, der ein zentrales, kreisrundes Durchgangsloch 14a, 16a bzw. 18a aufweist. Sämtliche Durchgangslöcher 14a, 16a und 18a sind konzentrisch zur Achse 12 angeordnet. Die Durchgangslöcher 14a, 16a in den Positionierarmen 14 bzw. den Distanzscheiben 16 weisen jeweils gleichen Durchmesser auf, während der Durchmesser der Durchgangslöcher 18a in den Tragarmen 18 etwas größer ist. Die Durchgangslöcher 18a in den Tragarmen 18 dienen zur Aufnahme jeweils eines Lagers, über das der E-Block 10 um die Achse 12 schwenkbar am nicht dargestellten Gerätegehäuse gelagert ist.

Die Stärke der einzelnen Bauelemente 14, 16, 18 kann je nach den Erfordernissen variieren; wie sich bespielsweise aus den Fig. 1 und 2 ergibt, ist im dargestellten Ausfüh­ rungsbeispiel die Dicke des mittleren Servo-Positionierarms l4′größer als die Dicke der übrigen Positionierarme.

Die Größe der Durchgangslöcher 14a und 16a ist so gewählt, daß die Anlageflächen benachbartet Bauteile ausreichend groß sind, um bei der gewünschten präzisen Ausrichtung der Bauteile eine sichere Verbindung benachbarter Bauteile zu gewährleisten; andererseits sollten die Durchgangslöcher möglichst groß ausgebildet werden, um die Masse des Blocks 10 soweit wie möglich zu reduzieren. Dieser Massenreduzie­ rung dienen auch die Durchbrüche 14b bzw. 18b in den Posi­ tionierarmen 14 bzw. den Tragarmen 18.

Die einzelnen Bauteile 14, 16, 18 können im Spritzgußver­ fahren hergestellt und anschließend nachbearbeitet werden, insbesondere durch Läppen, um auf diese Weise Bauteile mit äußerst geringen Toleranzen zu erhalten. Die einzelnen Bauteile werden dann in der erforderlichen Reihenfolge gestapelt und gleichzeitig zentriert, wobei sich aufgrund ihrer geläppten Oberflächen die bezüglich der Achse 12 radiale Position von selbst einstellt. Die exakte Winkel­ position der Positionierarme 14 bzw. Tragarme 18 kann über Bezugsflächen eingestellt werden, beispielsweise über die der Achse 12 abgewandte Endfläche eines jeden Positionier­ arms 14 oder über eine bestimmte Seitenkante der Positio­ nierarme. In der so eingestellten Konfiguration werden die einzelnen Bauteile 14, 16 und 18 sodann untereinander ver­ bunden, beispielsweise mittels Löten.

Zum Befestigen der die Magnetköpfe 20 tragenden Kopfaufhän­ gungen 22 (vergleiche Fig. 3 und 4) an den Enden der Posi­ tionierarme 14 sind Bolzen 24 aus Memory-Metall vorgesehen, welche in entsprechende Bohrungen 26 im Endbereich der Positionierarme 14 eingesetzt sind und an jedem Ende einen vergrößerten Bolzenkopf 28 aufweisen. Die insgesamt arm­ förmige Kopfaufhängung 22, die an ihrem einen, freien Ende den Magnetkopf 20 trägt, ist an ihrem anderen Ende gegabelt ausgebildet derart, daß ein Einschnitt 30 entsteht, dessen Breite etwas größer ist als der Durchmesser des Bolzens 24, so daß das gegabelte Ende der Kopfaufhängung 22 zwischen den Bolzenkopf 28 und die gegenüberliegende Fläche des Positionierarms 14, den Bolzen 24 seitlich umgreifend, eingeschoben werden kann und zwischen Bolzenkopf 28 und Positionierarm 14 geklemmt wird.

Der Bolzen 24 besteht aus Memory-Metall wie beispielsweise aus den Legierungen CuZnAl, CuAlNi oder NiTi. Bei den üblichen Betriebstemperaturen des Systems klemmt der Bolzen 24 die Kopfaufhängung 22 zwischen Bolzenkopf 28 und Posi­ tionierarm 14 fest. Nach lokalem Abkühlen des Bolzens 24 nimmt die Länge des Bolzens 24 zu und die Kopfaufhängung 22 kann somit entfernt, ausgetauscht oder neu justiert werden.

Ein solcher ursprünglich nur in der Austenit-Phase befind­ licher Bolzen verlängert sich bei tiefen Temperaturen un­ terhalb der Umwandlungstemperatur Ms unter Bildung einer Martensit-Phase. Die Umwandlungstemperatur Ms muß unterhalb der tiefsten Betriebs- bzw. Lagertemperatur des Platten­ speichers liegen. Der Bolzen muß zunächst beispielsweise elektrisch auf die Konversionstemperatur Af erhitzt werden, wobei der Memory-Effekt durch einen Phasenübergang in die Austenit-Phase iniziiert wird. Der Bolzen trachtet nun danach, sich wieder auf seine ursprüngliche Form zusammen­ zuziehen und überträgt hierbei die Haltekraft auf die Kopf­ aufhängung. Zum Lösen der Befestigung wird der Bolzen lokal abgekühlt, wodurch er sich wieder ausdehnt.

Obwohl die vorliegende Erfindung im Zusammenhang mit einem Drehpositionierer beschrieben worden ist, versteht es sich, daß sie auch im Falle eines Linearpositonierers anwendbar ist. Des weiteren kann die erfindungsgemäße Positionierein­ richtung selbstverständlich auch im Zusammenhang mit einem optischen Plattenspeicher mit Vorteil eingesetzt werden.

Claims (16)

1. Positioniereinrichtung für das Plattenlaufwerk eines Plattenspeichers, mit einem bezüglich des Plattensta­ pels angeordneten Grundkörper (10) und mit einer Mehrzahl von am Grundkörper ausgebildeten Positionierarmen (14), welche über Kopfaufhängungen (22) die Lese-/Schreibköpfe (20) tragen, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper (10) aus flachen Bauteilen (14 bis 18) zusammengesetzt ist, die parallel zueinander angeordnet sind, wobei benachbarte Bauteile miteinander verbunden sind, und daß die flachen Bauteile erste Bauteile (14) umfassen, die die Positionier­ arme bilden und zweite Bauteile (16), die zwischen den einzelnen Positionierarmen (14) angeordnete Distanzscheiben (16) bilden.

2. Positioniereinrichtung nach Art eines Drehpositio­ nierers nach Anspruch 1, wobei der Grundkörper als ein auf einer Positionierachse (12) drehbeweglich gelagerter Schwenkkörper (10) ausgebildet ist, mit am Schwenkkörper ausgebildeten Tragarmen (18) zum Tragen einer den Antrieb des Schwenkkörpers dienenden Magneteinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die flachen Bauteile (14 bis 18) dritte Bauteile umfassen, die die Tragarme (18) bilden.

3. Positioniereinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Tragarme, in Richtung der Positio­ nierachse (12) gesehen, an den beiden Enden des Schwenk­ körpers (10) angeordnet sind.

4. Positioniereinrichtung nach einem der vorherge­ henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die flachen Bauteile (14 bis 18) mit zur Positionierachse (12) konzen­ trischen Durchgangslöchern (14a, 16a, 18a) versehen sind.

5. Positioniereinrichtung nach Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrungen (14a, 16a) in den Positionierarmen (14) und Distanzscheiben (16) untereinan­ der jeweils gleich groß sind.

6. Positioniereinrichtung nach Ansprüchen 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchgangslöcher (18a) in den endseitigen Tragarmen (18) größer sind als die Durch­ gangslöcher (14a, 16a) in den Positionierarmen (14) und Distanzscheiben (16).

7. Positioniereinrichtung nach einem der vorherge­ henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die flachen Bauteile (14, 16, 18) aus Keramik bestehen.

8. Positioniereinrichtung nach einem der vorherge­ henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die flachen Bauteile (14, 16, 18) auf ihre endgültigen Abmessungen geschliffen und/oder geläppt sind.

9. Positioniereinrichtung nach einem der vorherge­ henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß benachbarte Bauteile (14, 16, 18) miteinander verklebt sind.

10. Positioniereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß benachbarte Bauteile (14, 16, 18) durch ein Löt- oder Hartlötverfahren miteinan­ der verbunden sind.

11. Positioniereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die flachen Bauteile (14, 16, 18) aus faserverstärktem Kunststoff bestehen.

12. Positioniereinrichtung nach einem der vorherge­ henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopfauf­ hängungen (22) für die Lese-/Schreibköpfe (20) an den je­ weiligen Positionierarmen (14) mittels Bolzen (24) aus Memory-Metall befestigt sind, welche die Kopfaufhängungen (22) nur bei lokaler Abkühlung der Bolzen (24) freigeben.

13. Positioniereinrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein jeder Positionierarm (14) im Be­ reich seines freien Endes eine Ausnehmung (26) aufweist, in der der Bolzen (24) angeordnet ist, wobei das Ende der Kopfaufhängung (22) zwischen dem Positionierarm (14) und einem Bolzenkopf (28) geklemmt ist.

14. Positioniereinrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das geklemmte Ende der Kopfaufhängung (22) gabelförmig ausgebildet ist und den Bolzen (24) seit­ lich umgreift.

15. Plattenlaufwerk eines Plattenspeichers, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Positioniereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14 aufweist.

16. Plattenspeicher mit einem Plattenlaufwerk, da­ durch gekennzeichnet, daß er eine Positioniereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14 aufweist.