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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Bandlaufwerke und
spezieller auf geflanschte Bandführungen,
die eine gerillte Oberfläche aufweisen,
um das Luftlager zwischen dem Band und der Oberfläche der
Nabe zu verringern.
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Hintergrund der Erfindung
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Informationen
werden auf einem sich bewegenden Magnetband mit einem Magnet-Lese-/Schreibkopf,
der neben dem Band positioniert ist, aufgezeichnet und von demselben
abgelesen. Der Magnet-„Kopf" kann ein einzelner
Kopf oder, was häufig
vorkommt, eine Reihe von Lese-/Schreib-Kopfelementen sein, die einzeln
oder in Paaren in der Kopfeinheit gestapelt sind. Daten werden in
Spuren auf dem Band aufgezeichnet, indem das Band der Länge nach
an dem Kopf vorbei bewegt wird. Die Kopfelemente werden selektiv
durch elektrische Ströme
aktiviert, die die Informationen darstellen, welche auf dem Band
aufzuzeichnen sind. Die Informationen werden von dem Band gelesen,
indem das Band longitudinal an den Kopfelementen vorbei bewegt wird,
so dass magnetische Flussmuster auf dem Band elektrische Signale
in den Kopfelementen erzeugen. Diese Signale stellen die Informationen
dar, die auf dem Band gespeichert sind.
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Daten
werden auf jeder der parallelen Spuren auf dem Band aufgezeichnet
und von denselben abgelesen, indem die Kopfelemente an verschiedenen
Stellen auf dem Band positioniert werden. Das heißt, dass
Kopfelemente nach Bedarf von Spur zu Spur bewegt werden, um die
gewünschten
Informationen entweder aufzuzeichnen oder zu lesen. Ein Bewegen
des Magnetkopfes wird durch einen Aktuator gesteuert, der wirksam
mit einer Art Servosteuerungsschaltungsanordnung verbunden ist.
Bandlaufwerkskopf-Positionierungsaktuatoren umfassen häufig eine
Führungsspindel,
die durch einen Schrittmotor, einen Sprechspulenmotor oder eine
Kombination von beiden angetrieben wird. Der Wagen, der den Kopf
trägt,
wird durch den Aktuator entlang eines Pfades angetrieben, der lotrecht
zu der Richtung verläuft,
in die sich das Band bewegt. Die Kopfelemente sind basierend auf
den Servoinformationen, die auf dem Band aufgezeichnet sind, so
nah wie möglich
an der Mitte der Spur positioniert.
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1 stellt
allgemein die Konfiguration eines Bandlaufwerkes 10 dar,
die typisch für
jene ist, die mit Bandkassetten mit einzelnen Spulen verwendet werden.
Die 1 zeigt ein Magnetband 12, das auf einer
einzelnen Abwickelspule 14 in einer Bandkassette 16 gewunden
ist. Die Bandkassette 16 ist in ein Bandlaufwerk 10 für Lese-
und Schreibvorgänge
eingelegt. Das Band 12 läuft um eine erste Bandführung 18, über einen
Magnet-Lese-/Schreibkopf 20, um eine zweite Bandführung 22 zu
einer Aufnahmespule 24. Der Kopf 20 ist an einer
Wagen- und Aktuatoranordnung 26 befestigt, die den Kopf 20 über der
gewünschten
Spur oder den gewünschten
Spuren auf dem Band 12 positioniert. Der Kopf 20 nimmt
das Band 12 in Eingriff, während das Band 12 sich über die
Fläche
des Kopfes 20 bewegt, um Daten auf dem Band 12 aufzuzeichnen
und Daten von dem Band 12 zu lesen. 2 und 3 zeigen
eine Rollenführung 28,
die scheibenförmige
Flansche 30 und eine ringförmige Nabe 32 umfasst.
Die Flansche 30 und die Nabe 32 können als
ein einzelnes einstückiges
Teil oder als drei separate Teile, die miteinander verbunden sind,
bearbeitet werden. In beiden Fällen
fungieren die Flansche 30, um das Band 12 in dem
richtigen Winkel zu halten, während
es über
den Kopf 20 passiert. Wird das Band dem Kopf in einem zu
großen
Winkel präsentiert,
dann können
die Lese- und Schreibelemente in dem Kopf gegenüber den Datenspuren falsch
ausgerichtet werden. Die Flansche 30 werden ebenso benötigt, um
dabei zu helfen, das Band 12 ordnungsgemäß gepackt
auf der Aufnahmespule 24 zu halten.
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Während das
Band über
die Führungen
gezogen wird, wird ein Luftfilm zwischen der äußeren Oberfläche 34 der
Nabe 32 und dem Band 12 erzeugt. Dieser Film wird
häufig
als ein Luftlager bezeichnet. Das Luftlager ermöglicht dem Band, sich mit geringer
Reibung sehr schnell zwischen den Flanschen 30 hin- und
herzubewegen. Daraus folgt, dass es zu einer Hochfrequenzbandbewegung
kommen kann, wenn der Rand des Bandes abrupt gegen die Flansche 30 stößt. Für Lese-/Schreibkopfpositionierungssysteme
ist es schwierig, einer solchen Hochfrequenzbandbewegung zu folgen.
Es ist wünschenswert,
dieses Luftlager zu reduzieren und dadurch die Reibung zwischen
dem Band und der Nabe zu erhöhen,
um die Hin- und Herbewegung des Bandes zwischen den Flanschen zu
verlangsamen. Ein Verlangsamen des Bandes auf diese Weise würde dem
Kopfpositionierungssystem ermöglichen,
dem Band besser zu folgen, während
es sich zwischen den Führungsflanschen
hin- und herbewegt.
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Die
U.S.-Patentanmeldung Seriennr. 09/597,882, die am 20. Juni 2000
unter der Bezeichnung Irregular Surfaced Tape Guide und entsprechend
der am 02.01.2002 veröffentlichten
EP 1168 323 A eingereicht
wurde, beschreibt eine Bandführung,
bei der Rillen in der Oberfläche
der Nabe gebildet sind, um das Luftlager zu verringern. Die Anmeldung '882 offenbart eine
bevorzugte Konfiguration für ein ½-Zoll-Band, bei dem die
Rillen 0,5 mm breit und 1,5 mm zu der Mitte beabstandet sind. Man
hat herausgefunden, dass diese Konfiguration bei höheren Bandgeschwindigkeiten,
z.B. Bandgeschwindigkeiten, die 4,1 m/s überschreiten, aufgrund einer
Instabilität
bei dem Abstand zwischen dem Band und der Führungsoberfläche eventuell
nicht die gewünschte Leistung
erbringt. Bei höheren
Geschwindigkeiten wird Luft zwischen das Band und den Führungssteg hineingezogen.
(Der Oberflächenbereich
der Führung
zwischen Rillen wird als „Steg" bezeichnet.) Das Band
ist so dünn,
dass es bei dem 1-mm-Steg der bevorzugten Konfiguration, die in
der Anmeldung '882
beschrieben ist, zu Flattern kommt. Die Instabi lität verringert
die Spurgenauigkeit der Führung,
wodurch das Band zwischen den Führungsflanschen hin-
und herwandern kann.
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Die
US-Patentanmeldung mit der Seriennummer 09/510,834, die am 23. Februar
2000 unter der Bezeichnung Improved Tape Guide und entsprechend
der
EP 1128376A ,
die am 29.08.2001 veröffentlicht
wurde, eingereicht wurde, offenbart eine Bandführung, die entworfen ist, um
den Effekt des Hin- und Herwanderns des Bandes zwischen den Flanschen
zu minimieren. Die Anmeldung '834
beschreibt eine Bandführung,
bei der die Eckengeometrie zwischen den Flanschen und der Nabe verhindert,
dass das Band abrupt gegen den Flansch stößt. Die Ecken sind abgerundet,
abgephast oder anderweitig konfiguriert, um schrittweise mehr Kraft
auf die Kanten des Bandes auszuüben,
während
sich das Band um die Ecke von der Nabe zu dem Flansch hin bewegt.
Diese Eckenkonfigurationen treiben das Band mit einer viel geringeren
Beschleunigungsrate viel sanfter von dem Flansch weg. Diese Art,
das Band zu führen,
führt zu
einer gleichmäßigeren
Bewegung des Bandes, wodurch das Kopfpositionierungssystem dem Band
besser folgen kann, während dieses
zwischen den Führungsflanschen
hin- und herwandert. Diese Eckenkonfiguration erfordert einen Flanschabstand,
der ungefähr
0,04 mm breiter als das Band ist. Der hinzugefügte Abstand kann zu einem übermäßigen Neigen
des Bandes führen,
wo das Band in einem Winkel über
den Kopf passiert. Eine übermäßige Neigung
verhindert, dass der Kopf effektiv in einem Lesen-Nach-Schreiben-Modus
arbeitet. Der hinzugefügte
Abstand berücksichtigt ebenfalls
eine erhöhte
Bildung von Partikeln auf der Führung.
Das Dokument
US 4 427
166 A offenbart eine Bandführung, die eine Nabe aufweist,
die eine Oberfläche
aufweist, über
die das Band passiert, und ein Paar von beabstandeten parallelen
Flanschen, die sich radial von der Nabe nach außen erstrecken, wobei die Nabe
eine Mehrzahl von Rillen aufweist, die in der Oberfläche der
Nabe zwischen den Flanschen gebildet sind. Das Dokument
US 5 088 172 A offenbart
eine ähnliche
Bandführung,
bei der die Nabe aber eine Spiralrille anstatt der Mehrzahl von Rillen
aufweist.
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Die
vorliegende Erfindung wurde entwickelt, um gerillte Bandführungen
für eine
Verwendung bei Anwendungen mit höherer
Bandgeschwindigkeit zu verbessern.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Bandführung, die
mehrere beabstandete Rillen oder eine Spiralrille in der Oberfläche der
Nabe umfasst, um Luft zwischen der Oberfläche der Nabe und des Bandes
abzulassen. Bei einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung
ist der Abstand zwischen benachbarten Rillen oder, im Fall einer
Spiralrille, Windungen 2,4 bis 3,7 Mal größer als die Breite von jeder
Rille oder Windung. Die Rillen oder Windungen sind 0,30 mm bis 0,38
mm breit und von Mitte zu Mitte 0,90 mm bis 1,12 mm beabstandet.
Die verbesserte Stabilität
der engeren und näher
beabstandeten Rillen oder Windungen ermöglicht einen engeren Führungsflanschabstand.
Dieser geringere Abstand ermöglicht
einen engeren Flanschabstand und verringert eine Schmutzbildung.
Die eng und dichter beabstandeten Rillen oder Windungen bedeuten, dass
mehr Rillen oder Windungen auf der Führung gebildet sein können. Mehr
Rillen oder Windungen bedeutet einen geringeren Kontaktdruck zwischen dem
Band und der Führung
an dem Rand der Rille und somit einen geringeren Bandschaden bei
derselben Nachführkraft.
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Ein
Testen bezüglich
Datenspeicherbändern vom ½-Zoll-Typ,
die nominell 12,65 mm breit und 9 :m dick sind, zeigt an, dass der
Bereich des verbesserten Betriebsraumes so klein ist, dass Rillenbreiten von
0,40 mm und Abstände
von 1,25 mm nicht gut funktionieren. Es wird angenommen, dass die
verbesserte Stabilität
erreicht wird, indem ein flacher Winkel zwischen dem Band und dem
Führungssteg aufrechter halten
wird, während
das Band von der Rille auf den Steg steigt. Durch vorsichtiges Anpassen dieses
Winkels an die Stegbreite kann das Band den Steg überspannen,
ohne dass sich eine Lufttasche abwechselnd füllt und dann zusammenfällt. Durch Beseitigen
der Instabilität
kann die Führung
bei Bandgeschwindigkeiten von bis zu 5,5 m/s angemessen arbeiten.
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Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist
ein Top-Down-Grundriss eines Bandlaufwerkes mit einer einzigen Spule.
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2 und 3 sind
ein Grund- und ein Aufriss einer herkömmli chen Rollenbandführung.
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4 ist
ein Aufriss einer Rollenbandführung,
die gemäß einem
Ausführungsbeispiel
aufgebaut ist, bei dem konzentrische Rillen in der Oberfläche der
Nabe gebildet sind.
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5 ist
eine Detailansicht eines Teils der Rollenführung von 4,
die die Rillen detaillierter zeigt.
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6 ist
eine Detailabschnittsansicht, die eine Band-/Nabe-Oberflächenschnittstelle
bei den Rillen zeigt.
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7 ist
ein Aufriss einer Rollenbandführung,
die gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist, bei dem eine Spiralrille
in der Oberfläche
der Nabe gebildet ist.
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8 ist
eine Detailansicht eines Teils der Rollenführung von 6,
die die Rille detaillierter zeigt.
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9 ist
eine Grafik, die den Abstand zwischen dem Band und der Oberfläche der
Nabe für konzentrische
Rillen darstellt, die 0,50 mm breit und 1,5 mm von Mitte zu Mitte
beabstandet sind.
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10 ist
eine Grafik, die den Abstand zwischen dem Band und der Oberfläche der
Nabe für konzentrische
Rillen darstellt, die 0,346 mm breit und 1,12 mm von Mitte zu Mitte
beabstandet sind.
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Detaillierte Beschreibung
der Erfindung
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Wie
oben angemerkt, stellt die 1 allgemein
die Konfiguration eines Bandlaufwerks 10 dar, die typisch
für jene
ist, die bei Bandkassetten mit einer einzigen Spule verwendet werden. 1 zeigt ebenso,
dass ein Magnetband 12 auf einer einzelnen Abwickelspule 14 in
der Kassette 16 gewickelt ist. Die Kassette 16 wird
in das Bandlaufwerk 10 für Lese- und Schreibvorgänge eingelegt.
Das Band 12 passiert um ein erstes Bandlaufwerk 18, über einen
Magnet-Lese-/Schreib-Kopf 20 um
ein zweites Bandlaufwerk 22 zu einer Aufnahmespule 24.
Der Kopf 20 ist auf eine Wagen- und Aktuatoranordnung 26 montiert,
die den Kopf 20 über
der gewünschten
Spur oder den gewünschten
Spuren auf dem Band 12 positioniert. Der Kopf 20 nimmt
das Band 12 in Eingriff, während das Band 12 sich über die
Fläche
des Kopfes 20 bewegt, um Daten auf dem Band 12 aufzuzeichnen
und um Daten von dem Band 12 zu lesen.
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Eine
Bandführung,
die gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist, ist den in 4 bis 5 gezeigt.
In 4 bis 5 umfasst jede Rollenführung 38 scheibenförmige Flansche 40 und
eine ringförmige
Nabe 42.
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Das
Band 12 läuft
auf einer Außenoberfläche 44 einer
Nabe 42. Jeder Flansch 40 erstreckt sich radial
an einer Außenoberfläche 44 der
Nabe 42 vorbei. Die Ecke zwischen der Nabe 42 und
jedem Flansch 40 ist in der Regel bei 90° oder geringfügig größer als bei
90° gebildet.
Wenn die Ecke größer als
90° ist, dann
wird häufig
ein kleiner flacher Bereich 46 verwendet, um es zu erleichtern,
den Abstand zwischen den Flanschen 40 an der Ecke zu messen.
Da es häufig
schwierig ist eine perfekt quadratische Ecke herzustellen, wird
außerdem
häufig
eine kleine Unterschnittaussparung 48 in die Ecke gespannt,
um dabei zu helfen, sicherzustellen, dass dem Band an der Ecke eine
flache Flanschoberfläche
präsentiert wird.
Auch wenn eine einfache Radiusaussparung 48 gezeigt ist,
sind andere Aussparungsgeometrien einschließlich einer Fassettenradiusaussparung
oder eines quadratischen Schnittes möglich.
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Wenn
eine Rollenführung 38 in
einem Bandlaufwerk 10, z.B. als die Führungen 18 und 22 in 1,
eingebaut ist, dreht sich die Nabe 40 auf einem festen
Stift oder einer festen Achse, die sich von dem Bandlaufwerkchassis
oder einem anderen geeigneten Träger
durch die Mitte der Nabe 40 erstreckt. Konzentrische Rillen 50 sind
in der Außenoberfläche 44 der
Nabe 42 gebildet, um zwischen dem Band 12 und
der Nabenoberfläche 44 Luft
herauszulassen. Die Rillen 50 sind entworfen, um einen
gewissen Kontakt des Bandes 12 mit der Nabe 44 durch ein
Reduzieren des Luftlagers zu ermöglichen.
Nun auch unter Bezugnahme auf 6, die die
Band-Nabe-Oberflächenschnittstelle
detailliert zeigt, wird eine verbesserte Stabilität erreicht,
indem ein flacher Winkel 2 zwischen dem Band 12 und
dem Steg 52 gehalten wird, während das Band 12 von
dem Rand jeder Rille auf den Steg 52 steigt. Durch Anpassen
des Winkels 2 an die Breite des Stegs 52 kann
das Band 12 den Steg 52 überspannen, ohne dass die Lufttasche 54 sich
zwischen dem Band 12 und dem Steg 52 abwechselnd
füllt und
dann zusammenfällt.
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Die
Diagramme der 9 und 10 stellen
die Leistungsunterschiede zwischen den Rillen der bevorzugten Konfiguration,
die in der Anmeldung '882
beschrieben wird, und den engeren näher beabstandeten Rillen der
vorliegenden Erfindung dar. Die 9 zeigt
den Abstand zwischen dem Band 12 und der Nabenoberfläche 44 lateral über das
Band 12 für Naben,
die 0,5 mm breit und 1,50 mm zu der Mitte beabstandet sind. Bei
einer Spanne von 0,5 mm bis 1,0 mm, was die Kanten der ersten Rille
sind, verringert sich der Abstand auf 0, da das Band die Ränder der Rille
kontaktiert. Zwischen einer Spanne von 1,0 mm bis 2,0 mm, was den
Steg zwischen den ersten zwei Rillen darstellt, steigt der Abstand
rapide bis auf ungefähr
950 nm an, fällt
dann auf ungefähr
700 nm und steigt wiederum auf 950 nm, bevor er wieder auf 0 fällt, wo
das Band den Rand der zweiten Rille bei einer Spanne von 2,0 mm
kontaktiert. Das Band 12 sinkt zwischen jeder Rille zusammen
oder „hängt herab". Bei hohen Bandgeschwindigkeiten,
die beispielsweise 4,1 ms überschreiten,
sinkt der Herabhängbereich
abwechselnd zusammen und bläst
sich auf, was zu einer instabilen Leistung führt. Die 10 zeigt
den Abstand zwischen dem Band 12 und der Nabe 44 lateral über dem
Band 12 für
Naben, die 0,346 mm breit und 1,12 mm zu der Mitte beabstandet sind.
Bei der 10 steigt der Abstand allmählicher
von dem Rand jeder Rille (z.B bei einer Spanne von 0,75 mm) über den
dazwischenliegenden Steg (0,75-mm-Spanne bis 1,50-mm-Spanne) nach
oben, sinkt nicht über
dem Steg zusammen und kehrt dann allmählich zu dem Rand der nächsten Rille
(1,50-mm-Spanne) zurück.
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Für Datenspeicherbänder vom ½-Zoll-Typ, die
nominell 12,56 mm breit und 9 :m dick sind, sind Rillen, die 0,30
mm bis 0,38 mm breit und 0,90 mm bis 1,12 mm von Mitte zu Mitte
beabstandet sind, notwendig, um bei hohen Bandgeschwindigkeiten
eine verbesserte Stabilität
im Vergleich zu der Konfiguration zu erreichen, die in der Anwendung '882 beschriebenen
ist. Ein Testen legt den Schluss nahe, dass eine Rillenbreite von
0,35 mm und ein Abstand von Mitte zu Mitte von 1,12 mm für eine optimale Bandstabilität sorgt.
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Auch
wenn die Tiefe und die Form der Rillen 50 nicht so entscheidend
für die
Leistung wie die Breite und der Abstand der Rillen ist, sorgen V-förmige Rillen,
die ungefähr
0,175 mm tief sind, für
eine ausreichende Leistung. Die Tiefe der Rillen ist vorzugsweise
nicht größer als
die Breite der Rillen. Die Rillen sollten bei ½-Zoll-Bändern mit der oben beschriebenen
Rillenbreite und dem oben beschriebenen Abstand keinesfalls tiefer
als 0,50 mm sein. V-förmige Rillen
werden bevorzugt, weil sie leicht zu bearbeiten sind. Andere Rillengeometrien,
einschließlich
Quadratboden, trapezförmig
oder ausgerundet, sind jedoch möglich.
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Die 7 und 8 stellen
ein alternatives Ausführungsbeispiel
dar, bei dem eine Spiralrille 56 in einer Nutoberfläche 44 gebildet
ist. Die Konfiguration der Spiralrille 56 ist die gleiche
wie die der konzentrischen Rillen 50, die oben beschrieben
sind. Für Datenspeicherbänder vom ½-Zoll-Typ, die eine nominale
Bandbreite von 12,65 mm aufweisen, ist die Rille 56 0,30
mm bis 0,38 mm breit, und der Abstand der Spirale ist derart, dass
benachbarte Windungen der Rille 0,90 mm bis 1,12 mm von Mitte zu
Mitte beabstandet sind. Eine Rillenbreite von 0,35 mm und ein Abstand
von 1,12 mm von Mitte zu Mitte liefern wiederum eine optimale Bandstabilität. Eine
Spiralrille wird gegenüber
mehreren Rillen bevorzugt, weil dieselbe leichter zu bearbeiten
ist und das Band mit einer geringeren Wahrscheinlichkeit beschädigt.
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Obwohl
die Erfindung Bezug nehmend auf das vorangegangene exemplarische
Ausführungsbeispiel
gezeigt und beschrieben worden ist, sind andere Ausführungsbeispiele
möglich.
Deshalb wird darauf hingewiesen, dass Variationen von und Modifikationen
an den gezeigten und beschriebenen Ausführungsbeispielen vorgenommen
werden können, ohne
von dem in den folgenden Ansprüchen
definierten Schutzbereich der Erfindung abzuweichen.