DE4126185A1 - Drehkopfzylinder und verfahren zu seiner herstellung - Google Patents

Drehkopfzylinder und verfahren zu seiner herstellung

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Description

Die Erfindung betrifft einen Drehkopfzylinder für Ge­ räte zur magnetischen Aufzeichnung und/oder Wiedergabe, wie etwa Videobandrecorder, und insbesondere einen Drehkopf­ zylinder, der das Magnetband führt, welches um einen Abschnitt des Zylindermantels läuft, und der mit einem Magnetkopf zum Aufzeichnen und/oder Wiedergeben von Signalen, wie etwa Vi­ deosignalen auf Magnetbändern eingerichtet ist, sowie ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Drehkopfzylinders.
In jüngster Zeit sind Weiterentwicklungen an Drehkopf­ zylindern (nachstehend als "Zylinder" bezeichnet) vorgenommen worden, um das Gewicht zu reduzieren, wobei gleichzeitig die Entwicklung in Richtung auf einen kleineren und leichteren Körper eines magnetischen Aufzeichnungs- und/oder Wiederga­ begerätes geht. Es ist vorgeschlagen worden, den äußeren Ring eines Zylinders zum Anlegen eines Bandes aus einem Werkstoff mit hoher Widerstandsfähigkeit gegen Reibverschleiß und Kor­ rosion zu gießen, wie etwa einer hochzugfesten Aluminium­ legierung, und den Innenteil aus einem Werkstoff, wie etwa einer Aluminiumlegierung zum Spritz- bzw. Druckgießen oder synthetischem Harz, zu formen.
Ein bekanntes Verfahren zum Herstellen von Zylindern ist nachstehend unter Bezugnahme auf die Fig. 1 und 2 erläutert. Fig. 1 zeigt ein bekanntes Verfahren zum Her­ stellen von Zylindern, Fig. 2 ist eine Schnittansicht eines Zylinders, der nach dem bekannten Verfahren gemäß Fig. 1 hergestellt ist. Eine stationäre Metallform 1 weist einen Hohlraum auf. Eine bewegliche Metallform 2 weist einen Ansatz auf und bewegt sich, um den Hohlraum der stationären Metallform 1 zu schließen. Ein Außenring 3, der eine Kontakt­ fläche für Bänder aufweist und aus hochzugfester Aluminium­ legierung besteht, ist vorher mit geeigneten Abmessungen (Außendurchmesser, Dicke und Weite) ausgebildet worden. Die Bezugszahl 4 bezeichnet Einfüllöffnungen, durch welche ein Werkstoff, wie etwa Spritz- bzw. Druckgußaluminium oder synthetisches Harz den Hohlraum der stationären Metallform 1 füllt.
Ein Zylinder wird mit der obigen Herstellungsvor­ richtung folgendermaßen hergestellt. Der Außenring 3 des Zy­ linders, der vorher aus hochzugfester Aluminiumlegierung mit den gewünschten Abmessungen hergestellt worden ist, wird in den Hohlraum der stationären Metallform 1 gesetzt, und die be­ wegliche Form 2 mit dem Ansatz bewegt sich, um den Hohlraum zu schließen. Auf diese Weise ist der Gußraum gebildet.
Sodann wird ein Werkstoff, wie etwa eine Spritz- bzw. Druckguß-Aluminiumlegierung oder ein synthetisches Harz durch die Einfüllöffnungen 4 eingespritzt. Dann wird nach Abkühlung ein Zylinder gemäß Fig. 2 herausgenommen, dessen Außenring 3 und Innenring 5 integral miteinanander verbunden sind.
Schließlich wird die Mantelfläche des Zylinders ge­ schliffen, und es werden Nuten sowie Kopffenster durch Fräsen o. dgl. ausgebildet, wodurch ein Drehkopfzylinder fertigge­ stellt ist.
Bei dem bekannten Verfahren verbinden sich der Außen­ ring 3 und der Innenring 5 nicht widerstandsfest genug mit­ einander, so daß Außen- und Innenring gegeneinander verschoben werden können und u. U. voneinander getrennt werden. Daher muß die Innenfläche des Außenrings 5 aufgerauht werden, beispiels­ weise mittels Riffelns, um die Verbindung von Außen- und Innenring 3, 5 zu verstärken. Solch eine besondere Behandlung schafft es jedoch noch immer nicht, die Festigkeit der Ver­ bindung auf ein zufriedenstellendes Maß zu verbessern, und er­ fordert mehr Arbeit, wodurch die Arbeitseffizienz sinkt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vor­ stehend erläuterten Probleme zu lösen, indem ein Dreh­ kopfzylinder und ein Verfahren zu seiner Herstellung angegeben werden, bei dem auf einfache Weise eine ausreichend feste Verbindung von Innen- und Außenring geschaffen wird, und zwar ohne irgendwelche besonderen Bearbeitungen des Außenrings.
Dabei soll ein Drehkopfzylinder geschaffen werden, der sich nicht verdreht oder exzentrisch wird, und zwar infolge unterschiedlicher thermischer Ausdehnungskoeffizienten der beiden Ringe.
Außerdem soll sichergestellt sein, daß der Drehkopf­ zylinder nicht zum elektrostatischen Aufladen infolge der Gleitreibung zwischen dem Drehkopfzylinder und einem Magnet­ band neigt, welches von dem Drehkopfzylinder im Betrieb geführt wird, d. h. der Drehkopfzylinder soll gewährleisten, daß bei der Wiedergabe kaum ein Rauschen erzeugt wird.
Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Er­ findung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den beiliegenden Ansprüchen, wobei auf die beiliegende Zeich­ nung Bezug genommen wird, welche einen Teil dieser Be­ schreibung bildet. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen entspre­ chende Elemente in den verschiedenen Ansichten. Es zeigen:
Fig. 1 eine Schnittansicht einer Anordnung für ein bekanntes Verfahren zum Herstellen eines Drehkopfzylinders,
Fig. 2 eine Schnittansicht eines Drehkopfzylinders, der nach demselben bekannten Verfahren hergestellt ist, wie es Fig. 1 zeigt,
Fig. 3A bis 3D Schnittansichten, die jeden Schritt eines Verfahrens zum Herstellen eines Drehkopfzylinders nach der Erfindung erläutern, und
Fig. 4 eine Schnittansicht eines Drehkopfzylinders, der nach dem Verfahren gemäß den Fig. 3A bis 3D hergestellt ist.
Gemäß den Fig. 3A und 3B weist eine stationäre Form 10 einen Hohlraum mit einem Innendurchmesser D2 auf. Eine beweg­ liche Metallform 11 ist mit einem Ansatz versehen und bewegt sich, um den Hohlraum der stationären Metallform 10 zu schließen. Die stationäre und die bewegliche Metallform 10 und 11 tragen Stifte o. dgl. (nicht gezeigt), wodurch beim Gießen Öffnungen, Nuten oder Ansätze, und zwar als Befestigungs­ öffnungen für Kopfbasen bzw. als Fixierstifte ausgebildet wer­ den.
Ein Außenring 12 mit einer Oberfläche zum Kontaktieren von Bändern ist aus hochzugfester Aluminiumlegierung mit hoher Widerstandsfähigkeit gegen Reibverschleiß und Korrosion her­ gestellt. Der Außenring 12 ist vorher mit den gewünschten Abmessungen ausgebildet worden: Außendurchmesser (D1), Dicke und Weite. Als hochzugfestes Aluminium ist Aluminium mit Siliziumdioxid (einige %) am besten geeignet.
Ein Innenring 16 ist aus einem synthetischen Harz her­ gestellt, der ein kleines Gießschrumpfmaß und einen Koef­ fizienten linearer thermischer Ausdehnung aufweist, welcher demjenigen der Aluminiumlegierung gleich ist.
Das synthetische Harz sollte bestimmte Eigenschaften haben: Scherfestigkeit; Hitzebeständigkeit, einen Koeffi­ zienten der linearen thermischen Ausdehnung und Dimensions­ beständigkeit, um Veränderungen der Umgebung zu widerstehen; und chemische Widerstandsfähigkeit, um von Klebstoffen und Vulkanisationsmitteln unbeeinflußt zu bleiben. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel sind Polyetherimide, Flüssigkristall-Poly­ mere und Polycarbonate gemäß der nachstehenden Tabelle vorge­ sehen.
Die obigen synthetischen Harze wurden für die Innen­ ringe 16 vorgesehen, um Werkstoffe mit geeignetem Schrumpfmaß auszuwählen. Wenn ein Werkstoff mit großem Schrumpfmaß ver­ wendet wird, so führt dies zu einer losen Verbindung zwischen dem Innen- und dem Außenring infolge des Schrumpfens. In solch einem Fall eines großen Schrumpfmaßes können die beiden Ringe gegeneinander verschoben und u. U. voneinander getrennt wer­ den. Ein Innenring aus einem Werkstoff mit einem Koeffizienten der linearen thermischen Ausdehnung, der sich stark von dem­ jenigen von Aluminium unterscheidet, wird zu einem verworfenen oder exzentrischen Drehkopfzylinder führen.
Die synthetischen Harze, welche bei dem Ausführungsbei­ spiel Verwendung finden, umfaßten einige Zusätze, wie etwa Kohlenstoff- oder Glasfasern (beispielsweise 10 bis einige 10 µm dick, 70 bis 100 µm lang). Bekanntermaßen erzeugt die Reibung zwischen einem Zylinder und einem Band statische Elek­ trizität. Wenn die statische Elektrizität auf dem Zylinder ein großes Ausmaß annimmt, erzeugt sie Rauschen in den Windungen des Magnetkopfes und verschlechtert damit das Wiedergabebild. Um solcherlei Unzulänglichkeiten zu vermeiden, umfaßte das synthetische Harz 15 (Innenring 16) daher elektrisch leitende Kohlenstoffasern in der Größenordnung von etwa 5 bis einigen 10% (10 bis 20% in dem Ausführungsbeispiel), so daß der Zylinder kaum mit statischer Elektrizität aufgeladen wurde. Um die Festigkeit des Zylinders zu erhöhen, umfaßte das synthe­ tische Harz darüber hinaus Glasfasern mit einem Anteil von 5 bis einigen 10% (10 bis 20% in dem Ausführungsbeispiel).
Das synthetische Harz 15 wurde durch Einfüllöffnungen 13 und dann durch Spritzeingüsse 14 in den Hohlraum der stationären Form 10 eingebracht. Die Spritzeingüsse 14 waren so ausgelegt, daß sie sich schließen, wenn der Druck innerhalb des Hohlraums durch Einspeisen des synthetischen Harzes auf einen vorbestimmten Wert steigt (910 kgf/cm2 (92,76 N/cm2 in dem Ausführungsbeispiel)).
Nachstehend ist Schritt für Schritt erläutert, wie ein Zylinder mit der oben beschriebenen Vorrichtung hergestellt wird.
1. Schritt (Einsetzen)
Gemäß Fig. 3A wird der Außenring mit dem Außen­ durchmesser D1 in den Hohlraum der stationären Form mit dem Innendurchmesser D2 eingesetzt, wobei ein Spalt t (= t1) zwischen dem Außenring und der stationären Form ausgebildet wird.
Das bedeutet:
D1 < D2, D2-D1 = t1.
Experimente haben gezeigt, daß die Größe eines ge­ eigneten Spaltes t zwischen 0,1 und 0,4 mm liegt. Ein klei­ nerer Spalt führt zu einer losen Verbindung der Ringe, während ein größerer Spalt Risse auf dem Außenring bewirkt.
Zweiter Schritt (Einspritzen)
Gemäß Fig. 3B wird die bewegliche Metallform 11 derart bewegt, daß sie den Hohlraum der stationären Metallform 10 schließt und einen Gußhohlraum bildet. Das geschmolzene syn­ thetische Harz wird unter Druck (ca. 780 kgf/cm2 (79,52 N/cm2)) von den Einfüllöffnungen 13 durch die Spritzeingüsse 14 in den Gußhohlraum eingespritzt.
Dritter Schritt (Bearbeiten)
Gemäß Fig. 3C wird, nachdem der Gußhohlraum mit wärme­ geschmolzenem synthetischen Harz 15 gefüllt worden ist, der Füllvorgang durch Erhöhung des Drucks (bis auf ca. 910 kgf/cm2 (92,76 N/cm2)) fortgesetzt, um den Außenring 12 (D1′ auszudehnen, bis der Spalt t exakt oder beinahe Null wird.
Das bedeutet:
D1′ = D2, t = 0 oder
D1′ ≅ D2, t ≅ 0.
Vierter Schritt (Abkühlen)
Gemäß Fig. 3D werden die Spritzeingüsse 14 geschlossen, wenn der Druck innerhalb des Hohlraums der stationären Metall­ form 10 einen vorbestimmten Wert erreicht hat und der Spalt t exakt oder beinahe Null wird. Das Gußstück wird abgekühlt und härtet aus. Das synthetische Harz 15, das in diesem Fall ein geringes Gießschrumpfmaß hat, härtet mit beinahe unveränderten Abmessungen aus. Der Außenring 12 ist um den Innenring 16 herum durch die Rückstellkraft befestigt, die infolge der elastischen Verformung desselben auftritt. Daher ist die feste Verbindung von Außen- und Innenring 12, 16 gesichert.
Das heißt:
D2 < D1′′ < D1, t1 < t2.
Nach diesen Schritten wird der Ring herausgenommen und maschineller Bearbeitung unterzogen, um die Mantelfläche des Rings mittels Drehens mit Nuten zu versehen und Kopffenster auszubilden. Auf diese Weise wird der Ring als Drehkopf­ zylinder fertiggestellt.
Es liegt auf der Hand, daß Spritzgußaluminium anstelle des synthetischen Harzes als Werkstoff für den Innenring 16 bei dem gleichen Verfahren wie nach dem Ausführungsbeispiel verwendet werden kann.
Ferner ist die Erfindung nicht auf die Herstellung der oberen Zylinder beschränkt, wie sie als Beispiel in der vor­ stehenden Beschreibung gedient haben, sondern sie kann auch auf die Herstellung der unteren Zylinder angewendet werden.
Die in der vorstehenden Beschreibung, den Ansprüchen sowie der Zeichnung offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebigen Kombinationen für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausfüh­ rungsformen wesentlich sein.

Claims (7)

1. Verfahren zum Herstellen eines Drehkopfzylinders, gekennzeichnet durch folgende Schritte:
als ersten Schritt Einsetzen eines Rings (12) aus ei­ ner Aluminiumlegierung mit einem Außendurchmesser D1 in einen Hohlraum einer stationären Metallform (10) mit einem Innen­ durchmesser D2 (D2 < D1), wobei der Ring (12) die äußere Gestalt des Drehkopfzylinders festlegt;
als zweiten Schritt Bewegen einer beweglichen Metall­ form (11) derart, daß der Hohlraum der stationären Metallform (10) geschlossen wird, und Füllen eines Innenraums des Rings (12) aus der Aluminiumlegierung mit einem geschmolzenen syn­ thetischen Harzwerkstoff (15);
als dritten Schritt Unterdrucksetzen des synthetischen Harzwerkstoffs (15) derart, daß der Ring (12) aus der Alumi­ niumlegierung elastisch expandiert wird, bis D1 exakt oder fast gleich D2 wird;
als vierten Schritt Beenden des Unterdrucksetzens des füllenden synthetischen Harzes (15) und Abkühlen des gegos­ senen Produktes; und
als fünften Schritt Entfernen der beweglichen Metall­ form (11) von der stationären Metallform (10) und Herausnehmen aus der stationären Metallform (10) eines integrierten Pro­ duktes, das sich aus dem Ring (12) aus der Aluminiumlegierung und synthetischem Harz (16) zusammensetzt.
2. Verfahren zum Herstellen eines Drehkopfzylinders nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Spalt (t) zwi­ schen dem Außendurchmesser D1 des Rings (12) aus der Alumi­ niumlegierung und dem Innendurchmesser D2 der stationären Form (10) in dem Bereich
0,1 mm t 0,4 mm.
3. Drehkopfzylinder, gekennzeichnet durch:
einen Ring (12) aus einer Aluminiumlegierung und
einen synthetischen Harzwerkstoff (16), der in dem In­ nenraum des Rings (12) aus der Aluminiumlegierung durch Gießen hergestellt und damit integriert ausgeführt ist, wobei der Harzwerkstoff sowohl ein geringes Gießschrumpfmaß als auch einen Koeffizienten der linearen thermischen Ausdehnung hat, der demjenigen der Aluminiumlegierung gleich ist.
4. Drehkopfzylinder nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der synthetische Harzwerkstoff aus der Gruppe: Polyetherimid, Flüssigkristallpolymer und Polycarbonat ausge­ wählt ist.
5. Drehkopfzylinder nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der synthetische Harzwerkstoff Glasfasern be­ inhaltet.
6. Drehkopfzylinder nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der synthetische Harzwerkstoff Kohlenstoffasern beinhaltet.
7. Drehkopfzylinder nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Harzwerkstoff (16) leitende Substanzen enthält.
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