DE69312405T2

DE69312405T2 - Riemengetriebene Bandkassette mit niedriger Reibung

Info

Publication number: DE69312405T2
Application number: DE69312405T
Authority: DE
Inventors: Behren Robert A Von
Original assignee: Imation Corp
Current assignee: GlassBridge Enterprises Inc
Priority date: 1992-08-25
Filing date: 1993-08-21
Publication date: 1997-11-06
Anticipated expiration: 2013-08-22
Also published as: DE69312405D1; US5374004A; EP0584751A1; JPH0626077U; EP0584751B1

Description

Die Erfindung betrifft eine zweispulige Bandkassette, bei der ein elastischer Riemen um die Bandwickel geführt ist, um das Band tangential anzutreiben, wie im Grunde aus US-A-3 692 255 bekannt und ferner auch in US-A-4 688 742 offenbart, das die im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angeführten Merkmale aufweist.
US-A-3 692 255 beschreibt eine zweispulige Bandkassette, in der ein elastischer Riemen durch einen Umkehrmotor zum bidirektionalen Antreiben des Bandes getrieben wird. Der Riemen ist dehnbar um die Bandwickel, eine Riemenantriebsrolle und zwei Mitläuferrollen (z.B. die Bandführungsrollen 21 und 22 der Fign. 1 und 2 der US- A-3 692 255) geführt, die auf stationären Stiften in den Ecken der Kassette gelagert sind. Eine vorbestimmte Reibungskopplung zwischen Mitläuferrollen und ihren Achsen bringt eine vorbestimmte Verzögerung auf den Riemen auf, so daß der Riemen das Band am Aufroliwickel schneller treibt als am Abroliwickel, wodurch eine Spannung auf das Band aufgebracht wird und jegliche Schlaffstelle, die sich ansonsten zwischen den Spulennaben entwickeln könnte, aufgenommen wird.
Da Bandkassetten des Typs nach US-A-3 692 255 zum Aufzeichnen von Daten verwendet werden, werden diese allgemein als "Datenkassetten" bezeichnet. Sie sind gegenwartig verbreitet in Gebrauch in Vorrichtungen, die das Band mit Geschwindigkeiten von 0,8 m/Sek. bis zu mehr als 2,5 m/Sek. antreiben. Wesentlich höhere Bandgeschwindigkeiten würden erhöhte Antriebsmotorleistungen erfordern und bringen eine Tendenz zu Schlupf aufgrund von Lufteinschlüssen zwischen dem Riemen und den Wicklungen des Bandes mit sich. Diese erhöhten Anforderungen schränken den Spielraum für den sicheren Betrieb der Kassette ein. Ferner könnte die durch die größeren Motoren und durch erhöhten Verzug an den Mitläuferrollen erzeugte größere Umgebungswärme den Riemen höheren Temperaturen aussetzen, wodurch dessen Lebensdauer verringert wird.
Bei einem zweiten Typ von riemengetriebenen zweispuligen Bandkassetten, ist der Reibungsverzug durch das Wegfallen gelagerter Mitläuferrollen verringert. Statt dessen wird eine frei bewegliche Rolle an den Riemen und die Umfangsflächen der Bandwikkel angedrückt. Beispiele hierfür sind US-A-3 907 230; US-A-4 146 194; US-A-4 209 144 und US-A-4 205 808. Bei der Erörterung der US-A-3 907 230 wird in der US-A-4 205 808 erwähnt, daß die frei bewegliche Rolle instabil ist, wodurch sie Instabilitäten in dem Riemen bewirkt, die ihrerseits Instabilitäten in dem Band verursacht. Die Lösung nach US-A-4 205 808 besteht in einer Abschrägung der Oberfläche der frei beweglichen Rolle zur Bildung einer kegelstumpfförmigen Forrn, derart, daß der Riemen dazu neigt, sich zum oberen Flansch der frei beweglichen Rolle hin zu bewegen.
Während in US-A-146 194 und US-A-4 209 144 auch das Problem des Stabilisierens der Position der frei beweglichen Rolle diskutiert wird, wird auch festgestellt, daß bekannte riemengetriebene Kassetten des zweiten Typs das Band nicht schnell beschleunigen und abbremsen konnten, und daß dies durch Verwenden eines Riemens behoben werden könne, der dünn genug ist und ausreichend unelastisch auf Kompression reagiert, daß der Druck der frei beweglichen Rolle die Bandwickel und auch den Riemen zusammendrückt US-A-4 146 194 verwendet eine frei bewegliche Rolle, deren Breite geringer als die Breite des Riemens ist, wodurch sie die Stabilisierung der Position des frei beweglichen Rolle unterstützt. US-A4 209 144 verwendet eine frei bewegliche Rolle mit einem starren Umfang und einen Riemen, der dünn und unelastisch genug ist, um es der frei beweglichen Rolle zu ermöglichen, den Riemen in die Bandwickel zu drücken und diese zur Erzeugung eines wesentlichen Teils der Bandspannung zu verformen.
Obwohl riemengetriebene zweispulige Bandkassetten des zweiten Typs vor einigen Jahren auf dem Markt eingeführt wurden, mussen sie jedoch noch ihren kommerziellen Wert erweisen.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine bandgetriebene zweispulige Bandkassette zu schaffen, die im Vergleich zu derjenigen von US-A-3 692 255, eine erheblich verringerte Reibung aufweist, so daß sie von kleineren Motoren getrieben werden kann und weniger Wärme erzeugt.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine riemengetriebene Bandkassette mit geringer Reibung gelöst, die versehen ist mit:
- einem Kassettengehäuse, das zwei Spulennaben enthält, welche auf voneinander beabstandeten parallelen Achsen drehbar gestützt sind,
- einem Band, das zur Bildung zweier Bandwickel in entgegengesetzten Richtungen auf den Spulennaben aufgewickelt ist,
- einer Riemenantriebsrolle und zwei Mitläuferrollen, deren Achsen parallel zu den Achsen der Spulennaben sind,
- einem elastischen Riemen, der um die Bandwickel, die Riemenantriebsrolle und die Mitläuferrollen geführt ist;
- wobei jede Mitläuferrolle auf einer Welle gelagert ist, die an einem Arm befestigt ist, welcher an einem seiner Enden schwenkbar in dem Gehäuse angebracht ist und sich die Welle am anderen Ende des Arms befindet, und daß der Riemen die erste Mitläuferrolle in Richtung auf den ersten Bandwickel und die zweite Mitläuferrolle in Richtung auf den zweiten Bandwickel zieht, wodurch der jeweilige Bereich des Riemens, der sich zwischen der jeweiligen Mitläuferrolle und dem entsprechenden Bandwickel befindet, gegen diesen Bandwickel gedrückt wird.
Da die Mitläuferrollen durch schwenkbare Arme gestützt sind, sollten sie ein erheblich bessere Stabilität aufweisen als die nicht gestützten Mitläuferrollen des zuvor erörterten zweiten Typs riemengetriebener Bandkassetten.
Der elastische Riemen der Kassette nach US-A-3 692 255 ist in der neuartigen Bandkassette verwendbar und ist vorzugsweise ein Polyurethanriemen mit einem Elastizitätskoeffizienten im Bereich von 0,005 bis 0,05 m/Nm. Der Riemen sollte eine Vorspannung von wenigstens 1,5 N, vorzugsweise zwischen 2 und 5 N, und einen Umschlingungswinkel an den Spulennaben von wenigstens 60º, vorzugsweise wenigstens 90º aufweisen.
Bei der erfindungsgemäßen Bandkassette wird die Bruchdifferenz der Geschwindigkeit zwischen dem Aufroliwickel und dem Abrollwickel (das Aufrollverhältnis Tr) wie folgt ausgedrückt:
wobei t die Riemendicke, D&sub1; der Durchmesser des Abrollwickels und Dr der Durchmesser der an dem Aufrollwickel anliegenden Mitläuferrolle ist. Vorzugsweise ist Dr erheblich kleiner als D&sub1; und t/Dr liegt im Bereich von 25 µm bis 250 µm, um eine Bandspannung zu erreichen, die einen guten Kopfkontakt ohne übermäßigen Verschleiß gewährleistet.
Es sei darauf hingewiesen, daß das Aufrollverhältnis der erfindungsgemäßen Bandkassette vorrangig das Ergebnis der Streckung der Außenfläche des Riemens beim Lauf desselben über die Mitläuferrolle nahe dem Aufrollwickel ist, wodurch die äußerste Wicklung des Bandwickels schneller angetrieben wird als der Riemen. In geringerem Maß ist das Aufwickelverhältnis das Ergebnis von Kompression und Verlangsamung der Geschwindigkeit der Innenfläche des Riemens während des Kontakts mit dem Abrollwickel.
Das Aufrollverhältnis der erfindungsgemäßen Bandkassette wird somit in im wesentlichen verlustfreier Art und Weise erreicht, im Gegensatz zu dem Reibungsverzug, der bei der Bandkassette nach US-A-3 692 255 erforderlich ist. Andere Elemente der erfindungsgemäßen Bandkassette sind vorzugsweise so verlustfrei wie möglich ausgebildet, beispielsweise durch Schmieren der Lager der Mitläuferrollen und der Riemenantriebsrolle zur Verringerung der Reibung.
Ein besseres Verständnis der Erfindung ergibt sich unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, deren Figuren sämtlich schematische Darstellungen sind. Die Zeichnungen zeigen:
Fign. 1 und 2 - jeweils eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße riemengetriebene Bandkassette;
Fig. 3 - eine Kurve zur Darstellung des Effekts der Schwenkpunktanordnung auf die Funktionsweise der Bandkassette von Fig. 1; und
Fig. 4 - eine Kurve zum Vergleich der Antriebskräfte und der Bandspannungen der Bandkassette von Fig. 1 und einer Bandkassette nach US-A-3 692 255.
Bei den im folgenden beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispielen handelt es sich bei dem Band um ein Magnetaufzeichnungsband. Gemäß dem Rahmen der Erfindung umfaßt der Ausdruck "Band" jedoch auch Mikrofilm, Papierbahnen und andere längliche flexible Baimmaterialien, die zwischen zwei Spulen transportiert werden können.
Wie in Fig. 1 dargestellt weist die Bandkassette 10 ein Kassettengehäuse 11 auf, das aus einer Bodenplatte 12 und einem Deckel 13 besteht. Zwei identische Spulennaben 15 und 16 sowie eine zwischen den Spulennaben in der Nähe eines ersten Rands 19 des Gehäuses angeordnete Riemenantriebsrolle 18 sind auf von der Bodenplatte aufragenden Achsen gelagert. Ein Magnetaufzeichnungsband 20 ist spiralförmig in entgegengesetzten Richtungen auf die Spulennaben gewickelt und wird an zwei Wickelstiften 21 und 22 vorbei und über zwei Führungsstifte 23 und 24 gezogen, so daß es sich entlang des ersten Randes 19 erstreckt. Ein ausgeschnittener Bereich 25 ermöglicht den Kontakt zwischen dem Band und einem (nicht dargestellten) Aufzeichnungskopf eines Bandaufzeichhungsgeräts.
Zwei Arme 27 und 28 sind schwenkbar an der Bodenplatte angebracht, wobei ihre freien Enden sich zu einem zweiten Rand 30 des Gehäuses erstrecken, der zu dem ersten Rand 19 parallel verläuft. Ihre Schwenkpunkte liegen jeweils nahe dem dritten und dem vierten Rand 31 und 32 des Gehäuses und geringfügig unterhalb einer Linie 34, die die Achsen der Spulennaben schneiden (im folgenden manchmal als "Nabenlinie" bezeichnet), d.h. zwischen der Nabenlinie und dem ersten Rand 19 des Gehäuses. Auf einer von einem Finger an dem freien Ende jedes Arms 27 und 28 abstehenden Achse ist eine Mitläuferrolle 37 bzw. 38 gelagert. Die Mitläuferrollen sind identisch und ihre Achsen verlaufen parallel zu den Achsen der Spulennaben 15 und 16 und der Riemenantriebsrolle 18. Jeder der Arme ist leicht gebogen, um eine Berürung mit dem Band 20 zu vermeiden.
Ein elastischer Riemen 40 ist dehnbar um die Bandwickel, die Riemenantriebsrolle und die Mitläuferrollen geführt, so daß jede Mitläuferrolle gegen den Riemen und das darunter befindliche Bandwickel gedrückt werden.
Die Achsen auf denen die Mitläuferrollen gelagert sind, haben vorzugsweise den geringsten Durchmesser, der adäquate Festigkeit bietet, und sind geschmiert, um die Reibung auf ein Minimum zu begrenzen.
Wie bei der Kassette nach US-A-3 692 255 weist die Riemenantriebsrolle 18 einen Bereich größeren Durchmessers auf, der sich über den Bandweg zwischen den Führungsstiften 23 und 24 erstreckt, um in Berührung mit einer (nicht dargestellten) Antriebsrolle eines Bandaufzeichnungsgerätes gebracht werden zu können.
Die Umfangsflächen jeder Mitläuferrolle und des Riemenlagerbereichs der Riemenantriebsrolle sind ballig, um den Riemen ohne Randtührungen zentriert zu halten. Obwohl jede der Mitläuferrollen und der Riemenantriebsrollen, die in US-A-3 692 255 dargestellt sind, einen mittleren umfangsmäßigen Riemenführungsschlitz aufweist, wurden ballige Rollen seit der Erteilung dieses Patents in riemengetriebenen Bandkassetten verwendet.
Die Bandkassette 10' von Fig. 2 ist derjenigen von Fig. 1 ähnlich und vergleichbare Teile sind mit denselben Bezugszeichen und zuzüglichen "Strichen". Die Bandkassette 10' der Fig. 2 unterscheidet sich von derjenigen in Fig. 1 dadurch, daß die Schwenkpunkte der beiden Arme 27' und 28' nahe dem zweiten Rand 30' des Gehäuses angeordnet sind, sodaß sich die Finger an den freien Enden der Arme in Richtung auf den dritten und vierten Rand 31' und 32' des Gehäuses 11' erstrecken.

BEISPIEL 1

Bedeutende Merkmale einer riemengetriebenen Bandkassette mit geringer Reibung nach Fig. 1 sind die folgenden:
Bodenplatte 12 Aluminium, 2,5 mm dick
Deckel Polycarbonatharz
Spulennaben 15 und 16 40 mm Durchmesser
Magnetaufzeichnungsband 20 200 mm lang
maximaler Durchmesser des 73 mm
Bandwickels
Riemenantriebsrolle 18 17,4 mm Durchmesser
Bereich größeren Durchmessers 22,6 mm
Arme 27 und 28 43 mm lang vom Schwenkpunkt bis zur Achse der Mitläuferrolle
Position der Schwenkpunkte 9,5 mm unterhalb der Nabenlinie
Mitläuferrollen 37 und 38 Azetalharz, 15,8 mm Durchmesser
Achsen Gehärteter Stahl, 1,6 mm Durchmesser
elastischer Riemen 40 Polyurethan, 39,2 cm lang, 0,1 mm dick
Der installierte Riemen hatte eine Vorspannung von 3,3 N und Minimal- bzw. Maximalumschlingungswinkel an den Spulennaben von ungefähr 110º bzw. 170º. Die Kassette wurde mit Bandgeschwindigkeiten von bis zu 5,1 m/Sek. und mit Start/Stop- Geschwindigkeiten bis zu 75 m/Sek.² betrieben, wobei eine Bandspannung von wenigstens 0,17 N über eine große Zahl von Testzyklen beibehalten wurde. Zu jeder Zeit liefen der Riemen und das Band perfekt in der Spur. Die Motorleistung zum Erreichen einer Bandgeschwindigkeit von 2,3 m/Sek. betrug 0,7 N.
Zu Vergleichszwecken wurde eine riemengetriebene Bandkassette der selben Größe nach US-A-3 692 255 getestet. Ihr elastischer Riemen wies eine Vorspannung von 4,4 N auf, da eine Vorspannung von wenigstens ungefähr 4,4 N erforderlich war, um Fehler im Start-/Stopbetrieb bei Bandgeschwindigkeiten bis zu 2,3 m/Sek. zu verhindern. Selbst bei dieser stärkeren Riemenvorspannung (im Vergleich mit derjenigen der Kassette nach Beispiel 1), fiel die Bandspannung bei einer Geschwindigkeit von 3,4 m/Sek. unter null. Die Motorleistung, die zum Erreichen einer Bandgeschwindigkeit von 2,3 m/Sek. erforderlich war, betrug 0,9 N.
Im Vergleich mit einer riemengetriebenen Bandkassette nach US-A-3 692 255 kann die erfindungsgemäße Bandkassette mit einer geringeren Bandspannung betrieben werden, da die Mitläuferrollen Luft unter dem Riemen und zwischen den Bandwicklungen herausdrücken und somit jegliche Gefahr von Schlupf eliminieren, der bei Kassetten nach US-A-3 692 255 bei sehr hohen Bandgeschwindigkeiten auftreten kann.

Fig. 3

Im Idealfall sollten sowohl die Andruckkraft der Mitläuferrollen an die Bandwickel und die Länge, auf die der Riemen gedehnt wird, trotz Veränderungen der Größe der Bandwickel durch das Überführen von Band von dem einen Wickel zum anderen, konstant bleiben. In Fig. 3 zeigen die Linien 44 und 45 die von einer der Mitläuferrollen gegen einen Bandwickel ausgeübte Minimal- und die Maximalkraft an verschiedenen Schwenkpunkten entlang einer zum dritten und vierten Rand 31 und 32 parallelen Linie. Das Konvergieren dieser Linien bedeutet eine bevorzugte Anordnung der Schwenkpunkte unterhalb der Nabenlinie 34, d.h. zwischen der Nabenlinie und dem zweiten Rand 30 des Gehäuses. Eine Linie 47 zeigt Veränderungen in der Riemenlänge an den verschiedenen Schwenkpunnten und gibt an, daß die Veränderung der Riemenlänge (und damit die Veränderung der Riemenspannung) null sein sollte, wenn sich die Schwenkpunkte über der Nabenlinie befinden. Es besteht daher ein Kompromiß bei der Anordnung der Schwenkpunkte, die vorzugsweise geringfügig unterhalb der Nabenlinie liegen, wie in Fig. 1 dargestellt.

Fig. 4

In Fig. 4 zeigt die Linie 50 die Antriebskraft und die Linie 52 zeigt die Bandspannung wänrend des Treibens des Bandes der Kassette von Beispiel 1 von einer Spulennabe zur anderen mit einer Geschwindigkeit von 2,3 m/Sek., d.h. vom Bandanfang (BOT) zum Bandende (EOT). Zu Vergleichszwecken zeigen die Linien 54 und 56 die Antriebskraft und die Bandspannung der Kassette nach US-A-3 692 255 bei derselben Bandgeschwindigkeit. Dieser Vergleich zeigt, daß zum Erreichen ungefähr derselben Bandspannung, die Kassette nach Beispiel 1 erheblich weniger Antriebskraft erfordert als die Kassette nach US-A-3 692 255.

Beispiel 2

Eine riemengetriebene Bandkassette mit niedriger Reibung wurde gemäß Fig. 2 hergestellt, jedoch als deijenigen des Beispiels 1 unterlegen angesehen, da ein gewisser Schlupf zwischen dem Riemen und dem Band auftrat.

Claims

1. Bandkassette mit

- einem Kassettengehäuse (11; 11'), das zwei Spulennaben (15, 16; 15', 16') enthält, welche auf voneinander beabstandeten parallelen Achsen drehbar gestützt sind,

- einem Band (20; 20'), das zur Bildung zweier Bandwickel in entgegengesetzten Richtungen auf den Spulennaben aufgewickelt ist,

- einer Riemenantriebsrolle (18; 18'),

- zwei Mitläuferrollen/Spannrollen (37, 38; 37', 38'), deren Achsen parallel zu den Achsen der Spulennaben (15, 16; 15', 16') sind, und

- einem elastischen Riemen (40; 40'), der um die Bandwickel, die Riemenantriebsrolle (18; 18') und die Mitläuferrollen (37, 38; 37', 38') geführt ist;

- wobei jede Mitläuferrolle (37, 38; 37', 38') auf einer Welle gelagert ist, die an einem Arm (27, 28; 27', 28') befestigt ist, welcher an einem seiner Enden schwenkbar in dem Gehäuse (11, 11') angebracht ist;

dadurch gekennzeichnet, daß sich die Welle arn anderen Ende des Arms befindet, und daß der Riemen (40; 40') die erste Mitläuferrolle (37, 37') in Richtung auf den ersten Bandwickel und die zweite Mitläuferrolle (38; 38') in Richtung auf den zweiten Bandwickel zieht, wodurch der jeweilige Bereich des Riemens (40; 40), der sich zwischen der jeweiligen Mitläuferrolle (37; 38; 37'; 38') und dem entsprechenden Bandwickel befindet, gegen diesen Bandwickel gedrückt wird.

2. Bandkassette nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Arme (27, 28) schwenkbar den Rändern (31, 32) des Gehäuses (11) benachbart nahe einer Linie (34) angeordnet sind, die die Achsen der Spulennaben (15, 16) schneidet.

3. Bandkassette nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwenkpunkte der Arme (27, 28) zwischen der Linie (34) und einem Rand (19) des Gehäuses (11) in der Nähe der Riemenantriebsrolle angeordnet sind.

4. Bandkassette nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Arme (27, 28) leicht gekrümmt ist, wobei die konkave Seite dem Band (20) zugewandt ist.

5. Bandkassette nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der umschlungene Winkel des elastischen Riemens (40; 40') um jeden der Bandwickel wenigstens 90º beträgt.

6. Bandkassette nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Elastizitätskoeffizient des Riemens (40; 40') zwischen 0,005 und 0,05 m/N beträgt.

7. Bandkassette nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der elastische Riemen (40; 40) eine Vorspannung zwischen 2 und 5 N hat.

8. Bandkassette nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Arm (27, 28; 27', 28') an seinem freien Ende mit einem Finger versehen ist, und die Mitläuferrolle (37, 38; 37', 38') an einer von dem Finger abstehenden Welle gelagert ist.