DE2447094B2 - Vorrichtung zum Einhalten eines vorbestimmten Abstandes zwischen einem Lesekopf und der Oberflache eines eine Information tragenden Mediums - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Einhalten eines bestimmten Abstandes zwischen einem Lesekopf und der Oberfläche eines eine Information tragenden Mediums, wobei der Lesekopf und die Oberfläche in ein Strömungsmittel eingetaucht und relativ zueinander bewegbar sind, mit einer ersten, eine bestimmte Durchflußwiderstandscharakteristik für das Strömungsmittel aufweisenden Leitung, die von einer Pumpe zum Lesekopf führt und mit dem Zwischenraum zwischen dem Lesekopf und der Oberfläche des Mediums in Verbindung steht.

Eine derartige Vorrichtung ist beispielsweise durch die US-PS 31 23 677 bekanntgeworden. Diese Vorrichtung arbeitet mit konstantem Druck und im wesentlichen konstanter Durchflußmenge. Eine Regelung des Lesekopfabstandes vom Medium unter Berücksichtigung des Umgebungsdrucks und unterschiedlicher Sollabstände ist nicht vorgesehen.

Durch die GB-PS 8 96 433 ist eine Meßvorrichtung bekanntgeworden, mit welcher der Abstand zwischen einem Lesekopf und einer Oberfläche bestimmt wird, welche dann von Hand nachgestellt wird. Dabei wird ein konstanter Druck für eine Fluidströmung durch eine Steueröffnung, Ausgleichsöffnung und Meööffnung vorgesehen.

Schließlich ist durch die US-PS 36 41527 ein pneumatisches System für einen Magnetkopf bekanntgeworden, bei welchem zwischen der Druckquelle und dem Magnetkopf eine Schalteinrichtung vorgesehen ist, mit deren Hilfe der Magnetkopf unter der Wirkung einer Rückkopplungsleitung sacht zurückgezogen werden kann. Eine Regelung der Magnetkopfposition erfolgt nicht.

Bei der Entwicklung eines Videoplattensystems mit einem Plattenspieler für Videoplatten wird Information auf einer Platte als Reihe von Unregelmäßigkeiten aufgezeichnet, welche jeweils ungefähr 1 Mikron breit und in einer Linie angeordnet sind, wobei benachbarte Linien oder Spuren von Mitte zu Mitte ungefähr 2 Mikron voneinander entfernt sind. Die Schwierigkeit der optischen Auflösung der Unregelmäßigkeiten dieser Dimensionen macht erforderlich, daß der Brennpunkt des optischen Systems innerhalb eines Mikrons konstant gehalten wird.

Diese Beschränkung hat zur Entwicklung einer relativ starren Videoplatte geführt, welche in Verbindung mil einem Lesekopf auf einem hydrodynamischen Strömungsmittellager arbeitet. Die Höhe des Lesekopfes wird dann durch die Geometrie des hydrodynamischen Lagers und die jeweils auf den Lesekopf aufgebrachte Vorbelastung bestimmt.

Als Alternative wird eine relativ flexible Platte mit einem relativ starren Lesekopf verwendet. Durch die Verwendung eines Unterdrucksystems wird hydrodynamisches Strömungsmittel durch den Kopf angesaugt, wodurch eine Druckdifferenz erzeugt wird, welche die Platte zu dem Kopf hinzuzieht.

Da das hydrodynamische Lager, das durch die relative Bewegung der Platte und des Lesekopfes erzeugt wird, weitgehend eine Funktion der Relativgeschwindigkeit ist und weil es bei einer flexiblen Platte möglich ist, daß sich der Abstand zwischen Platte und Kopf ändert, ist es erforderlich, den Abstand zwischen Kopi und Platte auf einem konstanten Wert zu halten, wenn eine Defokussierung des Lesestrahls und den damit verbundenen Verlust an Auflösungsvermögen der auf der Platte aufgezeichneten Information vermieden werden soll.

Während ea möglich ist, eine Steuerung herzustellen, welche den auf den Lesekopf aufgebrachten Unterdruck oder Druck als Funktion einer radialen Stellung des Kopfes ändert, ist diese Steuerung nicht in der Lage, örtliche Unzulänglichkeiten, Störungen und Unregelmäßigkeiten auszugleichen und kann nur die stetige Änderung des hydrodynamischen Druckes als Funktion der Änderung der Relativgeschwindigkeit an verschiedenen radialen Stellen anpassen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, mit der es möglich ist, auch örtliche Unzulänglichkeiten, Störungen und Unregelmäßigkeiten auszugleichen und so die eingangs erwähnten Anforderungen an das Auflösungsvermögen durch automatische Regelung des Abstandes zwischen Lesekopf und Oberfläche des in Information tragenden Mediums zu erfüllen.

Diese Aufgabe wird mit einer Vorrichtung der eingangs genannten Art gelöst, welche erfindungsgemäß gekennzeichnet ist durch einen zwischen der Pumpe und dem Lesekopf angeordneten Kopfhöhenregler, welcher eine mit der Pumpe verbundene Kammer mit veränderlich steuerbarem Druck für das Strömungsmittel aufweist, eine zweite, den Durchfluß des Strömungsmittel drosselnde Leitung, welche eine Durchflußwiderstandscharakteristik hat, die in einem bestimmten Verhältnis zur Durchflußwiderstandscharakteristik der ersten Leitung steht, wobei die zweite Leitung zwischen der Kammer für das Strömungsmittel und dem Anfang der ersten Leitung angeordnet ist, und eine auf den Druck an der Verbindungsstelle der beiden Leitungen ansprechende Einrichtung zum automatischen Steuern des Strömungsmitteldruckes der Kammer um die Durchflußmenge durch die erste und zweite Leitung entsprechend einer Abstandsänderung des Lesekopfes von der Oberfläche zu korrigieren.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung enthält einen Kopfhöhenregler, der unmittelbar auf Änderungen des Abstandes zwischen Lesekopf und Platte anspricht und den auf den Lesekopf aufgebrachten Strömungsmitteldruck modifiziert. Die zwischen dem Lesekopf und der Platte wirkenden Kräfte werden so derart modifiziert, daß der gewünschte Abstand immer wieder hergestellt wird.

Ausführungsbeispiele bzw. zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen 2 bis 9.

Unter der Annahme, daß die folgenden Verhältnisse vorliegen und daß die Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung auf den Zustand beschränkt ist, bei welchem das hydrodynamische Strömungsmittel als inkompressibel angenommen werden kann, ist:

Q = Durchflußmenge des Strömungsmittel (Luft),

K = konstant,

μ = Viskosität des Strömungsmittel (Luft),

Pi = Umgebungsdruck,

P? = Druck innerhalb des LesekoDfes,

Pi = Druck in der mit der Pumpe verbundenen Kammer,

Ru = Strömungswiderstand des Lesekopfes gegenüber Luft.
, h = Entfernung des Lesekopfes von der Oberfläche.

Unter den obigen Voraussetzungen gilt für die Durchflußmenge ζ) folgende Gleichung:

e =

(P₁ - P

K H

und für den Strömungswiderstand:
R₁, = ^P> Z ^Fl-

K Il

ft·'

Wenn die Kopfhöhe konstant gehalten werden soll.

ist es notwendig,

/^J -Q

- konstant zu halten.

Unter der Annahme, daß die Arbeitsweise auf die Bedingung beschränkt ist, bei welchem das hydrodynamische Strömungsmittel als inkompressibel angesehen werden kann, ist der Abstand des Lesekopfes von der Platte eine Funktion der Druckdifferenz zwischen dem Inneren des Lesekopfes (P?) und dem Umgebungsdruck (Py), welcher die Platte gegen den Lesekopf drückt, und der Durchflußmenge Q. Andere auf die Platte wirkende Kräfte, wie die Radialkräfte, welche die Flexibilität der Platte beeinflussen können, sind im allgemeinen in Konstanten des Systems enthalten.

Der Druck im Inneren des Lesekopfes ist eine Funktion der Durchflußmenge des Strömungsmittels. Die Durchflußmenge kann weitgehend durch die Differenz des Druckes (P)) in der mit der Pumpe verbundenen Kammer (Pi) und dem Umgebungsdruck (P\) gesteuert werden.

Alternativ kann die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Regelung des Abstandes ebensogut zur Aufrechterhaltung der Kopfhöhe in einem hydrodynamischen Lager arbeiten, das keinen Unterdruckkopf aufweist. Wenn eine Druckpumpe anstelle einer Unterdruckpumpe verwendet wird und alle übrigen Anschlüsse die gleichen bleiben, so arbeitet die erfindungsgemäße Vorrichtung als Druckregler, um die Kopfhöhe bei einer hydrodynamischen oder mit fliegendem Kopf arbeitenden Anwendung konstant zu halten.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.

In der Zeichnung ist ein Kopfhöhenregler 10 im Querschnitt dargestellt, der mit einem Lesekopf 12 und einer Unterdruckquelle, im Ausführungsbeispiel einer Pumpe 14, verbunden ist. Der Lesekopf 12 ist relativ zu einer flexiblen Platte 16 starr angebracht, welche sich mit einem als stützende Unterlage dienenden Drehteller 18 dreht.

Der Kopfhöhenregler 10 ist über eine flexible Leitung 20 mit dem Lesekopf 12 und über eine ähnliche Leitung 40 mit der Pumpe 14 verbunden. Der Kopfhöhenrcgler 10 ist in drei integrale Kammern mit veränderlichen Volumina unterteilt. Eine Druckkammer 22 sieht mit dem L esekopf 12 in Verbindung, eine weitere Kummer 24 mit der Pumpe 14, und eine mittlere Referenzdruckkammer 26 steht mit der Umgebung in Verbindung.

Die Druckkammer 22 und die Kammer 24 sind miteinander über eine Leitung 28 mit einer veränderlichen Drossel 42 verbunden, welche den Durchfluß von

Luft zwischen den zwei Kammern steuert. Eine erste Membran 30 isoliert die Druckkammer 22 von der Referenzdruckkammer 26, und eine zweite Membran 32 isoliert i\c Kammer 24 von der Referenzdruckkammer 26.

Die Membranen 30 und 32 sind durch ein gemeinsames Ankerteil oder Vcntilclcmcnt 34 miteinander verbunden, das eine Ventilflächc 36 innerhalb der Kammer 24 aufweist. Ein mit der Außenluft in Verbindung stehender Entliiftungsstutzcn 38 kann durch die Ventilflächc 36 innerhalb der Kammer 24 verschlossen werden.

Zur Erläuterung wird angenommen, daß der äußere Umgebungsdruck Pi ist und der Druck innerhalb des Lesekopfes 12 wird mit P₂ bezeichnet. Der Druck (oder Unterdruck), der durch die Pumpe 14 in der Kammer 24 erzeugt wird, kann durch Pi dargestellt werden. Um die relativen Flächen der Kammern in ein Verhältnis zueinander setzen zu können, wird die Fläche der ersten Membran 30 mit A\ und die Fläche der zweiten Membran 32 mit A₂ bezeichnet.

Wenn die Entfernung des Lesekopfes von der Oberfläche konstant gehalten werden soll, ist aus einer Überprüfung der obenerwähnten Gleichung (2) zu erkennen, daß das Verhältnis der Druckdifferenz (P\ - Pt) geteilt durch die Durchflußmenge Q konstant bleiben muß.

Gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird der Widerstand der Drossel 42 gegen den Durchfluß von Strömungsmittel so eingestellt, daß sie eine ähnliche Durchflußwiderstandscharakteristik hat wie der Lesekopf 12. Dieses kann durchgeführt werden, indem die Durchflußmenge durch den Lesekopf und die Leitung 20 bei einer gegebenen Druckdifferenz bestimmt wird und die Drossel 42 so eingestellt wird, daß eine vorbestimmte proportionale Menge bei der gleichen Druckdifferenz ermöglicht ist. Wenn dieses durchgeführt ist, ist der Widerstand Rd der Drossel 42 dem Widerstand Rn des Lesekopfes 12 und dessen Leitung 20 proportional. Die Durchflußmenge Q durch die Drossel 42 kann durch folgende Gleichung ausgedrückt werden:

Durch Hinsetzen der Gleichung (2) ergibt sich:

G =

¹ . i\ - Pi = QK, (4)

Innerhalb des Kopfhöhcnrcglcrs 10 wird das Kräftegleichgewicht am Ventilelemcnt 34, wie es durch die Flächen A\ und A? der Membranen 30, 32 bestimmt ist, durch folgende Gleichung ausgedrückt:

(/', -P_x)A₂ = (/', -P₂)A₁

(5)

Indem ein Ausdruck P₂A₂ auf beiden Seiten addiert wird, kann der Ausdruck folgendermaßen geschrieben werden:

4, = (P, -P₂)(A, -A₂)

(6)

R₁₁A₁

A_x - A₂

oder anders ausgedrückt:
/r' =

Durch Einsetzen der Gleichung (4) kann der Ausdruck umgeformt werden in:

QR₁₁A₁ = (P₁ -P₂)[A₁ -A₂) (7)

Dieser Ausdruck kann mich geschrieben weiden: /', - P, R, A,

K.

, _ K ι, [A₁ - A₂)

(10)

Q "' I, A₂

(H)

Weil dieses eine Konstante für jede besondere Ausbildung des Kopfhöhenreglers 10 ist, muß die Höhe h des Lesekopfes 12 konstant bleiben, indem die Druckdifferenzen durch Abdrücken und Kompensieren von Differenzen der Durchflußmenge durch den Lesekopf 12 kompensiert werden.

Weil sich die Durchflußmenge Q mit der dritten Potenz der Höhe h ändert, werden kleine Änderungen des Abstandes zwischen Lesekopf und Platte von wesentlichen Änderungen des Drucks P2 und der Durchflußmenge Q begleitet. Der Druck Pi in der Kammer 24 erreicht einen mittleren Wert zwischen der Größe des Unterdrucks an der Pumpe 14 und dem Druck P2am Lesekopf 12.

Der Entlüftungsstutzen 38 neigt dazu, den Druck P> aufrechtzuerhalten, wobei eine Strömungsmittclquelle für die Pumpe 14 aufrechterhalten wird. Wenn der Druck P₂ sich jedoch ändert, kann der Abstand der Ventilflächc 36 relativ zum Entlüftungsstutzen 38 eine schnelle Änderung des Drucks Pj verursachen.

Dies bedeutet, daß sich beim Absinken des Drucks P, auf Grund einer Verringerung von h das Ventilelcment 34 nach rechts bewegt, wobei der Enllüftungsstutzen 38 weiter geöffnet und die Wirkung des Umgebungsdrucks Pi auf die zweite Kammer 24 verstärkt wird, so daß der Druck Pj ansteigt. Dadurch wird die Differenz Pi-Pi verkleinert und ein Abfall der Durchflußmenge durch die Drossel 42 verursacht, so daß der Druck P₂ ansteigt. Ein steigender Druck P₂ stellt den Druck wieder auf seinen früheren Wert ein, wodurch die Höhe h des Lesekopfes 12 korrigiert wird.

Wenn P₂ als Ergebnis des Anwachsens von Λ ansteigt, neigt das Ventilelement 34 dazu, sich nach links zu bewegen und den Entlüftungsstutzen 38 zu verschließen, was zu einem Abfall des Druckes Pj führt. Eine größere Druckdifferenz an der Drossel 42 erhöht die Durchflußmenge des Strömungsmittels, was wiederum den Druck P₂ erhöht, wodurch der Wert von Λ verringert wird.

Es versteht sich, daß die relativen Werte von P₂ und Pj willkürlich sind und daß der Regler bei einem positiven Drucksystem ebensogut wirksam wäre, um die Kopfhöhe aufrechtzuerhalten.

Die vorliegende Erfindung kann bei jedem hydrodynamischen System verwendet werden, bei welchem ein vorbestimmter Abstand zwischen einem Kopf und einer damit zusammenwirkenden Fläche aufrechterhalten werden muß.

Es versteht sich, daß die Drossel 42 gegebenenfalls direkt mit der Leitung 20 verbunden werden kann, wobei die Druckkammer 22 des Kopfhöhenreglers 10 mit dem Anschluß der zwei Leitungen dieser alternativen Ausbildung verbunden ist. Es ist auch zu erkennen, daß ein Federpunkt oder eine Versetzung zur Betätigung der Membranen 30 und 32 und der Ventilfläche 36 gegebenenfalls eingestellt werden kann, indem die Membranen 30 oder 32 eine vorbestimmte Federvorspannung gegen das Ventilclement 34 haben, wie sie bei dem Ausführungsbeispiel in der Zeichnung

verwendet werden könnte, oder indem alternativ eine besondere Vorspannungsfeder verwendet wird, welche gegen das Ventilelerment 34 drückt. Eine solche Einstellung eines Federpunktes für den Betrieb der Membranen erlaubt ein besseres Anpassen der Ausgleichscharakteristika des Kopfhöhenreglers 10 an die Durchflußmenge gegenüber der Druckdifferenzcharakteristik des Lesekopfes; 12 und dessen zugeordneter Leitung 20.

Kurz zusammengefaßt wird durch die Erfindung ein Lesekopf geschaffen, der hydrodynamisch über einer Oberfläche gelagert ist und dessen Abstand durch einen

Strömungsmittelregler gleichbleibend gesteuert wird, welcher auf Änderungen des Strömungsmitteldrucks anspricht, die sich aus Abstandsänderungen ergeben, um den Strömungsmitteldurchfluß durch eine von dem Lesekopf getragene Leitung zu ändern und dadurch jede Änderung des vorbestimmten Abstandes zu korrigieren. Der Regler enthält ein Paar Membranen, welche durch eine gemeinsame Verbindung den an der Leitung aufgebrachten Druck steuern, wodurch eine Korrekturänderung des Durchflusses durch die den Lesekopf tragenden Leitung ermöglicht wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Einhalten eines bestimmten Abstandes zwischen einem Lesekopf und der -. Oberfläche eines eine Information tragenden Mediums, wobei der Lesekopf und die Oberfläche in ein Strömungsmittel eingetaucht und relativ zueinander bewegbar sind, mit einer ersten, eine bestimmte Durchflußwiderstandscharakteristik für das Strö- m mungsmittel aufweisenden Leitung, die von einer Pumpe zum Lesekopf führt und mit dem Zwischenraum zwischen dem Lesekopf und der Oberfläche des Mediums in Verbindung steht, gekennzeichnet durch einen zwischen der Pumpe (14) ι ϊ und dem Lesekopf (12) angeordneten Kcpfhöhenregler (10), welcher eine mit der Pumpe (14) verbundene Kammer (24) mit veränderlich steuerbarem Druck für das Strömungsmittel aufweist, eine zweite, den Durchfluß des Strömungsmittels drosselnde Leitung (28), welche eine Durchflußwiderstandscharakteristik hat, die in einem bestimmten Verhältnis zur Durchflußwiderstandscharakteristik der ersten Leitung (20) steht, wobei die zweite Leitung (28) zwischen der Kammer (24) für das .n Strömungsmittel und dem Anfang der ersten Leitung (20) angeordnet ist, und eine auf den Druck an der Verbindungsstelle der beiden Leitungen ansprechende Einrichtung (22, 26, 30—38) zum automatischen Steuern des Strömungsmitteldruckes κι der Kammer (24), um die Durchflußmenge durch die erste und zweite Leitung (20,28) entsprechend einer Abstandsänderung des Lesekopfes von der Oberfläche zu korrigieren.

2. Vorrichtung nach Anspruch I, dadurch gekenn- π zeichnet, daß der Lesekopf (12) eine innere Kammer aufweist, die mit dem Raum zwischen dem Lesekopf und der Oberfläche des Mediums und mit dem Ende der ersten Leitung (20) in Verbindung steht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch in gekennzeichnet, daß an der Verbindungsstelle der beiden Leitungen (20, 28) eine Druckkammer (22) vorgesehen und die zweite Leitung zwischen die an die Pumpe (14) angeschlossene Kammer (24) und die Druckkammer (22) geschaltet ist. a >

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine mit der Umgebungsluft in Verbindung stehende Referenzdruckkammer (26) vorgesehen ist und zwischen der Druckkammer (22) und der Referenzdruckkanimer (26) eine Membran ->n (30) angeordnet ist.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ventil (34, 36, 38) vorgesehen ist, um den Druck in der an die Pumpe (14) angeschlossenen Kammer (24) zu -,-, steuern.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite, die Referenzdruckkammer (26) von der an die Pumpe (14) angeschlossenen Kammer (24) trennende Membran (32) t,o vorgesehen ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 4 und 5 sowie Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil ein bewegliches Ventilelement (34) aufweist, das durch die Membran (32) der an die Pumpe (14) h--> angeschlossenen Kammer (24) oder durch beide Membranen (32,30) betätigbar ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7,

dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe (14) eine Vakuumpumpe zur Reduzierung des Druckes in der an sie angeschlossenen Kammer (24) unter Umgebungsdruck ist.

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Drossel (42) zum Einstellen des Strömungsmittelwiderstandes in der zweiten Leitung (28).