WO1998028741A1 - Luftbetriebene drehscheibe - Google Patents

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Harm Drecoll
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    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B19/00—Driving, starting, stopping record carriers not specifically of filamentary or web form, or of supports therefor; Control thereof; Control of operating function ; Driving both disc and head
    • G11B19/20—Driving; Starting; Stopping; Control thereof
    • G11B19/2009—Turntables, hubs and motors for disk drives; Mounting of motors in the drive

Definitions

  • the invention relates to a turntable with a drivable rotationally symmetrical rotary plate, which is rotatably mounted in a receiving part.
  • turntables It is known to hold turntables from turntables on mechanical or hydraulic bearings.
  • the known turntable is driven by means of an electric motor which acts on the turntable, for example, via a belt or a friction wheel drive.
  • a disadvantage of this type of storage and drive is that the turntable has relatively poor synchronization properties.
  • the smooth running depends on the one hand on the quality of the mechanical bearing, through which irregularities can be transferred from the suspension to the turntable.
  • the synchronism is very strongly influenced by the goodness of the electric motor. In order to achieve good synchronism properties, a great deal of construction work must be carried out, which is accompanied by correspondingly high financial expenditure.
  • the known rotary tables can only be used to a limited extent, in particular for the description of optical storage media with a laser beam, since very high demands must be placed on the synchronous properties for the description.
  • the object of the present invention is to provide a turntable which has good synchronism properties and is very smooth to run with a comparatively low construction cost. This object is achieved in that there is a gas, in particular air cushion, on which the turntable rests, between the turntable and the inner surface of the receiving part, and in that the turntable can be driven by a gas, in particular by an air stream.
  • the turntable according to the invention is characterized by very good synchronism properties, since any fluctuations in the driving air flow have hardly any effect on the strength of the drive of the table. It is particularly advantageous to design the turntable as difficult as possible, since such a turntable can hardly be influenced by small changes in the driving force due to the large moment of inertia.
  • the surface of the turntable acted upon by the air flow is roughened at least in sections in order to offer a certain resistance to the air flow. The roughness is greater than the roughness of the conical bearing surface and the roughness of the cylindrical side surface of the receptacle.
  • the drive of the turntable is explained by the different flow velocities of the air flows on the turntable and on the wall of the holder.
  • the storage needs a small air flow due to the small tolerances, which can be adjusted from below via a nozzle. If the drive nozzles are set accordingly, there is even no need for an air supply from below.
  • the air cushion is therefore always a laminar layer that has no turbulence that affects smooth running.
  • the turntable can be made from relatively roughly machined parts, since the receptacle is advantageously covered with a smooth plastic layer and, on the other hand, the turntable can be easily ground in the receptacle.
  • the turntable according to the invention is thus inexpensive to manufacture and install. In addition, its great robustness makes it particularly simple Handling. It is particularly advantageous to use air as the gas for storage and drive.
  • the receiving part has a conical receiving surface and the turntable has a correspondingly conical bearing surface.
  • This arrangement ensures secure centering of the turntable m of the receptacle.
  • the turntable advantageously has a cylindrical side surface which is acted upon by the air flow which emerges from air nozzles.
  • the air nozzles are inserted into the corresponding cylindrical side surface of the receiving part.
  • Another air nozzle is installed in the tip of the conical receiving surface. The air flow required for the air cushion can be adjusted through this nozzle.
  • the air nozzles m of the side surface of the receptacle are approximately vertical m of the rotary plane and have an angle of attack of approximately 45 ° to the vertical on the turntable.
  • the angle of the air nozzles is also variable, so that the speed of the rotation and the direction of rotation can be adjusted via their setting.
  • the speed of the air entry through the openings can be adjustable in order to ensure precise control behavior.
  • the side wall of the receiving part and possibly the receiving surface also have a defined roughness, the roughness of which is less than the roughness of the cylindrical side surface of the turntable. It is thereby achieved that a homogeneous layer of air on the surface is free, on which no turbulence can occur due to the formation of bubbles.
  • a particularly simple and inexpensive embodiment of the turntable has an attachment part made of comparatively soft metal, especially aluminum.
  • the receiving part can be turned from a complete block with little effort. It is also advantageous to manufacture the turntable from solid material.
  • a blank can be pressed or forged, the circumference of which is turned to an exact size.
  • the turntable according to the invention with its "zero bearing” is characterized by very good synchronism properties and low tolerances of only a few nanometers. It is therefore particularly advantageous to use for storing optical storage media, in particular blanks and / or master disks, when writing using a laser beam.
  • the rotary speed of the rotary table is continuously adjustable from 0 to approx. 2000 revolutions per minute.
  • Figure 2 is a plan view of a turntable.
  • Figure 1 shows a section through a schematically illustrated turntable with a rotationally symmetrical turntable 2 made of metal, which is rotatably mounted on a receiving part 1 made of aluminum.
  • An air flow m in the direction of arrow A can be introduced between the turntable 2 and the inner surface 3 of the receiving part 1 via an opening 4 in the form of a nozzle arranged centrally on the bottom of the receiving part 1.
  • the Airflow creates an air cushion 5.
  • the inside of the receiving part 1 is designed as a conical receiving surface 6 on which the turntable 2 rests with a conical bearing surface 7 with a corresponding angle.
  • the receiving surface 6 and the bearing surface 7 are ground and polished surfaces.
  • the inside of the receiving part 1 is coated with a thin layer of plastic 8, which brings about a refinement of the surface.
  • the receiving part 1 has a side surface 9 above the conical receiving surface 6, which also tapers down conically in this particular exemplary embodiment.
  • the angle of inclination is very small, in particular smaller than the angle of inclination of the receiving surface 6.
  • the turntable 2 has a conical side surface 10 whose angle of inclination corresponds to that of the side surface 9.
  • the opening 4 is located at the bottom of the receiving part 1 m the tip of the conical receiving surface.
  • horizontal bores 11 are drilled into the side surface 9 of the receiving part and are tapered to form nozzles on their outlet side.
  • An air stream (arrow B) can be introduced through the bores 11 between the receiving part 1 and the turntable 2.
  • the side surface 10 of the turntable has a spell 12 of increased roughness, the roughness of which is greater than that of the other surfaces.
  • the bores 11 have an angle of 45 ° to the radius of the turntable 2.
  • the incoming air flow B acts on the rough web 12 and, because of the different flow velocities on the rough web 12 and the side surface 9, causes a propulsive force.
  • the turntable 2 can thus be driven by the air flow B.
  • the side wall of the turntable 2 has wing-like guide structures 13 which are attached to the overhang 14 above the bearing formed by the receiving part 1.
  • the air flow C emerging from the bearing acts on the guide structures 13 and thus contributes to the drive.
  • an annular channel 15 is introduced into the turntable 2 and filled with mercury.

Landscapes

  • Holding Or Fastening Of Disk On Rotational Shaft (AREA)

Abstract

Drehtisch mit einem antreibbaren rotationssymmetrischen Drehteller (2), der drehbar in einem Aufnahmeteil (1) gelagert ist, wobei sich zwischen dem Drehteller (2) und der Innenfläche (3) des Aufnahmeteils (1) ein Gas- insbesondere Luftpolster (5) befindet, auf dem der Drehteller (2) aufliegt, und wobei der Drehteller (2) durch einen Gas- insbesondere durch einen Luftstrom antreibbar ist.

Description

Luftbetriebene Drehscheibe
Die Erfindung betrifft einen Drehtisch mit einem antreibbaren rotationssymir.etrischen Drehteller, der drehbar in einem Aufnahmeteil gelagert ist.
Es ist bekannt, Drehteller von Drehtischen auf mechanischen oder hydraulischen Lagern zu haltern. Der Antrieb der bekannter Drehteller geschieht dabei mittels eines Elektromotors, der beispielsweise über einen Riemen- oder eine Reibradantrieb an den Drehteller angreift.
Nachteilig an einer dieser Art der Lagerung und des Antriebs ist, daß der Drehteller verhältnismäßig schlechte Gleichlaufeigenschaften aufweist. Dabei hangt die Laufruhe einerseits vcn der Qualität der mechanischen Lagerung ab, durch die sich Unregelmäßigkeiten von der Aufhangung auf den Drehteller übertragen können. Andererseits wird der Gleichlauf sehr stark von der Gute des Elektromotors beeinflußt. Um zu guten Gleichlaufeigenschaften zu gelangen muß ein großer Bauaufwand betrieben werden, der mit entsprechend hohen finanziellen Aufwendungen einhergeht.
Die bekannten Drehtische können insbesondere für die Beschreibung von optischen Speichermedien mit einem Laserstrahl nur bedingt eingesetzt werden, da für die Beschreibung sehr hohe Anforderungen an die Gleichlaufeigenschaften gestellt werden müssen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Drehtisch zu schaffen, der bei vergleichsweise geringem Bauaufwand gute Gleichlaufeigenschaften und eine große Laufruhe aufweist. Diese Aufgabe wird dadurch gelost, daß sich zwischen dem Drehteller und der Innenflache des Aufnahmeteils ein Gas- msbesondere Luftpolster befindet, auf dem der Drehteller aufliegt, und daß der Drehteller durch einen Gas- insbesondere durch einen Luftstrom antreibbar ist.
Der erfmdungsgemaße Drehtisch zeichnet sich durch sehr gute Gleichlaufeigenschaften aus, da sich eventuelle Schwankungen im antreibenden Luftstrom kaum auf die Starke des Antriebs des Tisches auswirken. Dabei ist es besonders vorteilhaft, den Drehteller möglichst schwer auszulegen, da ein solcher Drehteller wegen des großen Trägheitsmomentes kaum durch kleine Änderungen der Antriebskraft beeinflußbar ist. In einer vorteilhaften Ausfuhrungsform ist die von dem Luftstrom beaufschlagte Flache des Drehtellers zumindest abschnittsweise aufgerauht, um dem Luftstrom einen gewissen Widerstand zu bieten. Die Rauhtiefe ist dabei großer ist als die Rauhtiefe der konischen Lagerflache und die Rauhtiefe der zylindrischen Seitenflache der Aufnahme. Der Antrieb des Drehtellers erklart sich aus den verschiedenen Stromungsgeschwindigkeiten der Luftstrome am Drehteller und an der Wand der Aufnahme.
Wegen der nahezu reibungsfreien Luftlagerung in dem Aufnahmeteil ist außerdem eine große Laufruhe gegeben. Dabei ist es besonders vorteilhaft, daß die Lagerung wegen der geringen Toleranzen mit einem kleinen Luftstrom auskommt, der von unten über eine Düse einstellbar ist. Bei entsprechender Einstellung der Antriebsdusen kann sogar auf eine Luftzufuhr von unten verzichtet werden. Das Luftpolster ist somit immer eine laminare Schicht, die keine die Laufruhe beeinflussenden Turbulenzen aufweist.
Der Drehtisch kann aus relativ grob bearbeiteten Teilen gefertigt werden, da die Aufnahme vorteilhafterweise mit einer glattenden KunststoffSchicht überzogen ist und der Drehteller andererseits auf einfache Weise m die Aufnahme eingeschliffen werden kann. Der erfmdungsgemaße Drehtisch ist somit preisgünstig herzustellen und zu installieren. Außerdem ist er bei seiner großen Robustheit von besonders einfacher Handhabung. Dabei ist es besonders vorteilhaft als Gas für die Lagerung und den Antrieb Luft zu verwenden.
In einer besonders vorteilhaften Ausfuhrungsform weist das Aufnahmeteil eine konische Aufnahmeflache und der Drehteller eine entsprechend konische Lagerflache aufweist. Durch diese Anordnung ist eine sichere Zentrierung des Drehtellers m der Aufnahme gewährleistet. Oberhalb der konischen Lagerflache hat der Drehteller vorteilhafterweise eine zylindrische Seitenflache, die vom Luftstrom beaufschlagt wird der aus Luftdusen austritt. Die Luftdusen sind m die entsprechend zylindrische Seitenflache des Aufnahmeteiles eingebracht. Eine weitere Luftduse ist m die Spitze der konischen Aufnahmeflache eingebracht. Durch diese Düse ist der für das Luftpolster notige Luftstrom einstellbar.
Die Luftdusen m der Seitenflache der Aufnahme liegen etwa senkrecht m der Drehebene und weisen mit ihrer Achse einen Anstellwinkel von etwa 45° zur Senkrechten auf den Drehteller auf. Vorteilhafterweise ist der Winkel der Luftdusen zudem veränderlich, so daß über deren Einstellung die Geschwindigkeit der Rotation und die Laufrichtung einstellbar sind. Weiterhin kann die Geschwindigkeit des Lufteintrittes durch die Offnungen einstellbar sein, um ein präzises Regelverhalten zu gewährleisten.
Es ist weiterhin von Vorteil, wenn die Seitenwand des Aufnahmeteils und eventuell die Aufnahmeflache ebenfalls eine definierte Rauhigkeit aufweist, deren Rauhtiefe kleiner ist als die Rauhtiefe der zylindrischen Seitenfläche des Drehtellers. Dadurch wird erreicht, daß sich an der Oberflache eine homogene Luftschicht nalt, an der keine Turbulenzen auf Grund von Blasenbildung auftreten können.
In einer besonderen Ausfuhrungsform sind am oberen Rand des
Drehtellers im Bereich des Überhangs Lamellen m Form flugelartiger Leitstrukturen angebracht, so daß die über die
Auflagekante austretende Luft zum Antrieb des Drehtellers beitragt. Eine besonders einfache und kostengünstige Ausfuhrungsform des Drehtisches hat ein A fnähmeteil aus vergleichsweise weichem Metall insbesondere aus Aluminium. Bei der Verwendung von Aluminium laßt sich das Aufnähmeteil mit wenig Aufwand aus einen vollständigen Block drehen. Es ist außerdem vorteilhaft, den Drehteller aus Vollmaterial zu fertigen. Dabei kann ein Rohling gepreßt oder geschmiedet werden, dessen Umfang auf ein genaues abgedreht wird.
Besonders gunstige Lager- und Stromungsverhaltnisse werden dadurch erreicht, daß die Seitenwand des Drehtellers und/oder die Seitenwand des Aufnahmeteils eine etwas konische Form aufweisen. Dadurch wird eine gute Balance zwischen dem Drehteller und dem Luftdruck erreicht.
Wegen der genauen Fertigung und der Luftlagerung zeichnet sich der erfmdungsgemaße Drehtisch mit seinem "Null-Lager" durch sehr gute Gleichlaufeigenschaften und geringe Toleranzen von nur einigen Nanometern aus. Er ist daher besonders vorteilhaft zur Lagerung von optischen Speichermedien insbesondere von Rohlingen und/oder Masterdisks beim Schreibvorgang mittels eines Laserstrahles zu verwenden. Die Drehgeschwmdugkeit des Drehtisches nst stufenlos einstellbar von 0 bis ca. 2000 Umdrehungen pro Minute.
Der erfmdungsgemaße Drehtisch ist anhand der Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden naher beschrieben.
Es zeigen:
Figur 1 einen Schnitt durch einen Drehtisch und
Figur 2 einen Draufsicht auf einen Drehtisch.
Figur 1 zeigt einen Schnitt durch einen schematisch dargestellten Drehtisch mit einem rotationssymmetrischen Drehteller 2 aus Metall, der drehbar einem Aufnahmeteil 1 aus Aluminium gelagert ist. Zwischen den Drehteller 2 und die Innenflache 3 des Aufnahmeteils 1 ist über eine Öffnung 4 Form einer zentral am Boden des Aufnahmeteils 1 angeordneten Düse ein Luftstrom m Richtung von Pfeil A einbringbar. Mit dem Luftstrom wird ein Luftpolster 5 erzeugt. Die Innenseite des Aufnahmeteils 1 ist als konische Aufnahmeflache 6 ausgebildet an der der Drehteller 2 mit einer konischen Lagerflache 7 mit entsprechenden Winkel anliegt. Aufnahmeflache 6 und Lagerflache 7 sind geschliffene und polierte Flachen. Dabei ist dieser Ausfuhrungsform die Innenseite des Aufnahmeteils 1 mit einer dünnen Schicht Kunststoff 8 überzogen, die eine Veredelung der Oberflache bewirkt.
Das Aufnahmeteil 1 weist oberhalb der konischen Aufnahmeflache 6 eine Seitenfläche 9 auf, die sich diesem besonderen Ausfuhrungsbeispiel ebenfalls konisch nach unten verjungt. Dabei ist der Neigungswinkel sehr klein insbesondere kiemer als der Neigungswinkel der Aufnahmeflache 6. Der Drehteller 2 weist eine konische Seitenflache 10 auf, deren Neigungswinkel dem der Seitenflache 9 entspricht. Die Öffnung 4 befindet sich am Boden des Aufnahmeteils 1 m die Spitze der konischen Aufnahmeflache .
Zum Antrieb des Drehtellers 2 sind in die Seitenflache 9 des Aufnahmeteils waagerechte Bohrungen 11 eingebracht, die an ihrer Austrittseite zu Düsen verjungt sind. Durch die Bohrungen 11 kann ein Luftstrom (Pfeil B) zwischen das Aufnahmeteil 1 und den Drehteller 2 eingebracht werden. Die Seitenfläche 10 des Drehtellers weist eine Bann 12 erhöhter Rauhigkeit auf, deren Rauhtiefe großer ist als die der übrigen Flachen. Die Bohrungen 11 weisen einen Winkel von 45° zum Radius des Drehtellers 2 auf. Der eintretende Luftstrom B beaufschlagt die rauhe Bahn 12 und ruft wegen der unterschiedlichen Stromungsgeschwindigkeiten an der rauhen Bahn 12 und der Seitenfläche 9 ein Vortriebskraft hervor. Somit ist der Drehteller 2 durch den Luftstrom B antreibbar.
Die Seitenwand des Drehtellers 2 weist flugelartige Leitstrukturen 13 auf, die am Überhang 14 oberhalb der durch das Aufnahmeteil 1 gebildeten Lagerung angebracht sind. Der aus der Lagerung austretende Luftstrom C beaufschlagt die Leitstrukturen 13 und tragt damit zum Antrieb bei. Zur Stabilisierung der Rotation ist m den Drehtellers 2 ein ringförmiger Kanal 15 eingebracht und mit Quecksilber gef llt.

Claims

Ansprüche
1. Drehtisch mit einem antreibbaren rotationssymmetrischen Drehteller (2), der drehbar in einem Aufnähmeteil (1) gelagert ist, dadurch ge ennzeichn t, daß sich zwischen dem Drehteller (2) und der Innenfläche (3) des Aufnahmeteils (1) ein Gasinsbesondere Luftpolster (5) befindet, auf dem der Drehteller (2) aufliegt, und daß der Drehteller (2) durch einen Gas- insbesondere durch einen Luftstrom antreibbar ist.
2. Drehtisch nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufnahmeteil
(1) eine konische Aufnahmefläche (β) und der Drehteller
(2) eine entsprechend konische Lagerfläche (7) aufweis .
3. Drehtisch nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufnahmeteil
(1) oberhalb der konischen Aufnahmefläche (6) eine zylindrische Seitenfläche (9) aufweist
4. Drehtisch nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehteller
(2) eine zylindrische Seitenfläche (10) aufweist.
5. Drehtisch nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in die konischen Aufnahmefläche (6) des Aufnahmeteils (1) Öffnungen
(4,11) für den Lufteintritt eingebracht sind.
6. Drehtisch nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in die Spitze der konischen Aufnahmefläche der Aufnahme eine Öffnung (4) für den Lufteintritt eingebracht ist.
7. Drehtisch nach einem der vorherigen 7Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenfläche
(10) des Drehtellers (2) zumindest Abschnittsweise eine definierte Rauhigkeit (12) aufweist, deren Rauhtiefe größer ist als die der konischen Lagerfläche (6) .
8. Drehtisch nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in die
Seitenfläche (9) des Aufnahmeteils (1) Öffnungen (11) für einen Gasstrom insbesondere für einen Luftstrom eingebracht sind, die etwa in der Drehebene liegen und deren Achse einen Anstellwinkel zum Radius des Drehtellers (2) aufweist.
9. Drehtisch nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Anstellwinkel etwa 45° zur Senkrechten auf die Seitenwand aufweist.
10. Drehtisch nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der aus den
Austrittsöffnungen (11) tretende Luftstrom die rauhe Seitenfläche (12) des Drehtellers (2) beaufschlagt.
11. Drehtisch nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Anstellwinkel zu beiden Seiten der Senkrechten auf die Seitenwand einstellbar ist.
12. Drehtisch nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenwand
(9) des Aufnahmeteils (1) eine definierte Rauhigkeit aufweist, deren Rauhtiefe kleiner ist als die Rauhtiefe der zylindrischen Seitenfläche des Drehtellers.
13. Drehtisch nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenwand
(10) des Drehtellers (2) flügelartige Leitstrukturen (13) aufweist, die am Überhang oberhalb der durch das
Aufnahmeteil (1) gebildeten Lagerung angebracht sind.
14. Drehtisch nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufnahmeteil
(1) aus Metall insbesondere aus Aluminium ist.
15. Drehtisch nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehteller
(2) aus Vollmaterial gedreht ist.
16. Drehtisch nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenwand des Aufnahmeteils (1) mit Kunststoff (8) oder Kaltmetall überzogen ist.
17. Drehtisch nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehteller
(2) in das Aufnahmeteil (1) eingeschliffen ist.
18. Drehtisch nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenwand
(10) des Drehtellers (2) und/oder die Seitenwand (9) des Aufnahmeteils (1) konisch sind.
19. Drehtisch nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die
Geschwindigkeit des Lufteintrittes durch die Offnungen einstellbar ist.
20. Drehtisch nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in den Drehteller
(2) ein ringförmiger Kanal (15) konzentrisch zur Achse des Drehtellers (2) eingebracht ist, der mit einer Flüssigkeit hoher Dichte insbesondere mit flussigem Metall z.B. mit Quecksilber gefüllt ist.
21. Verwendung des Drehtisches nach den Ansprüchen 1 bis 20 zur Lagerung von Rohlingen und/oder Masterdisks beim Beschreiben der Oberflache mittels eines Laserstrahles.
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