DE2735317A1 - Datenspeichergeraet mit einer flexiblen speicherscheibe - Google Patents

Datenspeichergeraet mit einer flexiblen speicherscheibe

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DE2735317A1
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    • G11B17/32Maintaining desired spacing between record carrier and head, e.g. by fluid-dynamic spacing

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Description

Anmelderin: International Business Machines
Corporation, Armonk, N.Y. 10504 hz/bm
Datenspeichergerät mit einer flexiblen Speicherscheibe
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Datenspeichertechnik und vorzugsweise auf Speichergeräte mit einer flexiblen, durch eine starre Stabilisierplatte aerodynamisch stabilisierten Speicherscheibe, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Datenspeichergeräte, in welchen eine flexible Speicherscheibe über und nahe einer flachen, feststehenden Stabilisierplatte mit einer Geschwindigkeit rotieren, so dass sich zwischen Scheibe und Stabilisierplatte ein Luftlagerfilm bildet, sind bekannt. Ein solches Gerät ist in der amerikanischen Patentschrift Nr. 3 178 719 eingehend beschrieben. Das Vorhandensein einer solchen Stabilisierplatte dient dazu, stabilisierenden Einfluss auf die rotierende Scheibe auszuüben. Dadurch soll das Aufzeichnen und das Lesen von Daten auf bzw. von einer Speicherscheibe durch einen Schreib/Lesekopf ermöglicht werden. Experimente haben jedoch ergeben, dass die Einführung eines Kopfes in die Rotationsebene der flexiblen Speicherscheibe die mechanische Stabilität der Scheibe stört, und zwar derart, dass zuverlässiges Aufzeichnen und Abspielen der Daten nicht möglich ist. Nach der genannten Patentschrift wird daher
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um den Kopf herum Unterdruck erzeugt ,und so versucht, die zur Signalübertragung notwendige Stabilität zu erzielen.
Damit ist aber noch keine Ideallösung für alle Probleme gefunden.
. Eine verbesserte Stabilisierung einer flexiblen Speicherscheibe ist beispielsweise durch die im britischen Patent Nr. 1.382.371 beschriebene. Anordnung angestrebt worden, in der die Scheibe über zwei schrägen Ebenen auf einem Luftkissen rotiert. Die schrägen Ebenen gleichen einem symmetrischen Giebeldach, schliessen aber zwischen sich statt des Giebels einen Kanal zur Verschiebung eines Gleitschuhe mit Ueber -tragerkopf ein. Die Scheibe erfährt daher in der Mitte eine Biegung und
ein Zugriffsmechanisraus sorgt für die relative Bewegung von Scheibe und und Gleitschuh.längs dem Kanal. Die erzielte Steifheit der Scheibe in der Biegung ist zwar günstig, aber die Stabilität der Ränder weit ab von der Biegung ist weniger gut und kann zu Stürungen führen.
In einen weiteren britischen Patent Nr. 1.412.286 wird eine Einrichtung beschrieben, in der die Stabilisierfläche stetig rinnenförmig gekrümmt ist. Die Speicherscheibe erfährt so eine konkave Krümmung entlang einer in eine Ebene abwickelbaren Fläche. Ueber der Scheibe ist ein bewegbarer Uebertragerkopf angeordnet und von unten ragt eine Drehachse mit Mitnehmer für die Scheibe durch die Stabilisierfläche hindurch. Diese Anordnung kann als Prototyp der vorliegenden Erfindung betrachtet werden.
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Damit sie die Erwartungen erfüllt, muss für genügend Luftzufuhr in dcb Raum zwischen Scheibe und Stabilisierfläche gesorgt sein. Dies wird von unten um den Mitnehmer herum besorgt, was aber dann zu Schwierigkeiten führen kann, wenn von oben ein Uebertragerkopf Druck
ausübt und dadurch diese Luftzufuhr behindert. Gleichzeitig ist der mechanische Aufbau ziemlich aufwendig und eignet sich schlecht für die Unterbringung in einer Speicherkassette.
Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist daher, mit einfachen Mitteln hohe Stabilität der rotierenden Speicherscheibe bei genügender Luftzufuhr zur Bildung eines Luftkissens zu erreichen. Gleichzeitig soll die Möglichkeit vorgesehen werden, die Erfindung als Bestandteil einer preisgünstigen Speicherkassette auszuführen. Es wird daher ein Daten -speichergerät mit einer flexiblen Speicherscheibe vorgeschlagen, die an einer angetriebenen Spindel drehbar befestigt über'einem starren Stabilisierelement angeordnet ist. Dieses Datenspeichergerät ist dadurch gekennzeichnet, dass zwecks Versteifung der Speicherscheibe während der Rotation das Stabilisierelement aus einem flachen Mittelteil und zwei Seitenteilen besteht, welche zusammen gegenüber der Speicherscheibe eine konkave Fläche bilden, wobei die Scheibe zwei Biegungen entlang je einer Sehne ihres Kreisumfanges aufweist, dass im Mittelteil des Stabilisier -elementes ein länglicher Schlitz annähernd radial bezüglich der Scheibe eingelassen ist, dass ferner die genannten Sehnen auf je einer Seite
durch eines Scheibendurchmessers liegen, der'den genannten Schlitz und die Achse
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der Spindel verläuft, und dass schließlich im Schlitz ein durch das Stabilisierelement hindurchragender Schreib/Lesekopf in Wirkdistanz zur Speicherscheibe verschiebbar angeordnet ist.
Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der prinzipiellen Lösung sind in den Unteransprüchen niedergelegt.
Die vorliegende Erfindung wird anschliessend an Ausführungsbeispielen und anhand der Zeichnungen genau erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 die perspektivische Ansicht eines Datenspeichergerätes mit einer flachen Stabilisierplatte,
Fig. 2 einen Querschnitt entlang der Linie A-A durch das Gerät von Fig. 1,
Fig. 3 eine typische topographische Darstellung der Oberfläche einer flexiblen Speicherscheibe bei Verwendung in einem Gerät nach Fig. 1,
Fig. 4 eine perspektivische Ansicht eines Datenspeichergerätes mit einer erfindungsgemäss gebogenen Stabilisierplatte,
Fig. 5 einen Querschnitt entlang der Linie A-A von Fig. 4. Fign. 6, 7 typische topographische Darstellungen der Oberfläche
und 8 einer flexiblen Scheibe bei Verwendung in einem
Speichergerät nach Fig. 4 unter Berücksichtigung
verschiedener Lagen des Ubertragerkopfes, und
Fig. 9 einen Teilquerschnitt einer Speicherkassette, in der eine flexible Scheibe über einer erfindungsgemässen Stabilisierplatte schwebt.
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Das in Fig. 1 und 2 gezeigte Datenspeichergerät umfasst eine flexible Speicherscheibe 1 (in Fig. 1 gestrichelt angedeutet), die für die Rotation über und sehr nahe an einer flachen, starren Stabilisierplatte 3 an einer Spindel 2 befestigt ist. In der Stabilisierplatte 3 ist ein länglicher Schlitz 4 vorgesehen, damit ein Schreib/Lcsekopf 5 Daten auf der der Stabilisierplatte gegenüberliegenden Oberfläche der Scheibe 1 aufzeichnen bzw. von dieser abfühlen kann. Ein Trägerarm 6 für den Kopf ist an einem nicht dargestellten Stellmechanismus befestigt, der den Kopf im genannten Schlitz mit Bezug auf die Scheibe in radialer Richtung hin und her bewegen kann. Während des Betriebes dreht sich die Scheibe. 1 mit solcher Geschwindigkeit, dass zwischen ihr und der Stabilisier platte 3 ein Luftlagerfilm erzeugt wird. Die Kopfhalterung ist so angeordnet, dass der Kopf 5 durch den Schlitz 4 hindurch in die Rotationscbene der Scheibe 1 hinein ragt . Die Eindringtiefe des Kopfes 5 in die Rotationsebene ist so gewählt , dass der Kopf nahe genug an der Scheibenoberfläche liegt, um das Aufzeichnen oder Abfühlen von Daten auf der Scheibe zu erlauben. Ohne eine gewisse Eindringtiefe des Kopfes würde ein relativ grosser Abstand zwischen Kopf und Scheibe entstehen, der das zuverlässige Aufzeichnen und AbfUhlen von Daten verhindern würde. Vergrösserung der Eindringtiefe hätte den wünschbaren Effekt, die Dicke des LuftlagerfiIms zu reduzieren, aber auch unerwünschterweise die Aufwölbung der Scheibe ähnlich einem Zeltdach zu verursachen, die zur mechanischen Unstabilität beiträgt.
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Um die Ursache dieser Unr.tabilität genau zu verstehen, wurde mit einem Mikroskop für Höhenmessung und einer stroboskop!.scheu Lichtquelle eine Höhenkarte der über der flachen Stabil i.sierpl al te schwebenden flexiblen Speicherscheibe hergestellt. Die für diesem Zweck verwendete flexible Scheibe hat einen Durchmesser von ungefähr 15 cm und eine Dicke von etwa 3,8 Hunderts te Jini Π iii:ot c-i . Die Scheibe war nuf einer Antriebsspindel mit einem Durchmesser von etwa 3,8 cm in einer Höhe von 0,25 mm über der Stabilisierplatte befestigt. Der Kopf ragte durch den Schlitz hindurch bis zu einer Höhe von 0,4 nwi über dip. Oberfläche der Stabilisierplatte auf. Die Rotationsgeschwindigkeit dor Platte betrug 1500 Umdrehungen pro Minute.
Die so aufgezeichnete llöhenkarte ist in Fig. 3 dargestellt und darin sind die Höhen über der Stabilisierplatte, in Millimetern eingetragen. Alle darin enthaltenen Bezugsziffern bezeichnen dieselben Teile wie in der vorhergehenden Figur. Aus dieser Höhenkarte ist ersichtlich, dass die Wirkung des Schlitzes 4 in der Stabilisierplattc und die Kindriugtiefc des Kopfes 5 in die Rotationsebene der Scheibe 1 eine zeltdachähnliche Verformung erzeugen, die sich über einen beachtlichen Bereich der Plattrn-Oberfläche erstreckt. Ausserdem kann beobachtet werden, dass der Plat ten rand sich nicht in einer einzelnen F.bene bewegt, sondern zieiilich gronsen Auslcnkungen unterworfen ist, die sich praktisch fortlaufend ändern. Es wird angenommen , dass dieses Flattern an der Kante sehr viel zur
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mechanischen Unstabilität der Scheibe beiträgt. Schliesslich sieht man, dass das Anheben der Scheibe aus der normalen Höhe von 0,25 mm in Bewegungsrichtung vor dem Kopf 5 auf eine Höhe von 0.4 mm an dem vorbei"
laufenden
Kopf auf einer sehr kurzen Strecke erfolgt, während nach dem Durchgang am Kopf die Scheibe ihre normale Höhe erst nach etwa 3/4 einer Umdrehung wieder gewinnt. Dies bedeutet, dass die Topographie über dem Kopf nicht symetriscli ist, weshalb der Kopf für zuverlässiges Aufzeichnen und AbfUhlcn von Daten oft nicht nahe genug an der Scheibenoberfläche liegt.
Das Zusammenwirken dieser Nachteile vermindert die Zuverlässigkeit des Gerätes in unzulässiger Weise. Daher wurde beschlossen, der Scheibe in der Nähe des Schlitzes mit dem Uebertragcrkopf durch Biegungen in der Stabilisierplatte eine gewisse Steifheit zu verleihen. Mehrere Ausführungen sind geprüft und aus verschiedenen Gründen fallen gelassen worden. Beispielsweise ist in einer Anordnung die Stabiliserplatte so gebogen worden, dass die Scheibe sich über einer konvexen Oberfläche befand. Dabei ist entdeckt worden, dass bei Zugriff des Kopfes an der Unterseite der Scheibe durch einen Schlitz in der Stabilisierplatte die zusätzliche vom Kopf erzeugte Kraft, wenn dieser in die Rotationsebene der Scheibe eindringt, die Scheibe von der Stabilisierplatte wegzudrücken droht. Diese Kraft unterstützt durch die Zentrifugalkraft, welche ebenso die Scheibe von der konvexen Oberfläche abzuheben droht, ist gross genug, die durch den Luftstrom zwischen Scheibe und Stabilisierplatte erzeugte Anziehungskraft zu überwinden. Dadurch hoben die Ränder der Scheibe so-
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weit von der Platte ab, dass die gewünschte Steifheit der Scheibe nicht erreicht war.
Es ist daher beschlossen worden, die Scheibe über einer Stabilisierplatte mit konkav.gebogener Oberfläche drehen zu lasßen. Eine konkave Oberfläche kann theoretisch dadurch geformt werden, dass die Stabilisier platte im Querschnitt als Teil eines Zylinders ausgeführt wird. Die Erfahrung hat jedoch gezeigt, dass die stetig gebogene Stabilisierplatte der Scheibe so grosse Steife verleiht, dass deren Ränder vorallem im oberen gebogenen Teil zurBerührung mit der Stabilisierplatte gebracht werden. Deshalb ist diese Anordnung als unpraktisch abgelehnt und eine andere Lösung gesucht worden. Nachstehend wird mm die endgültig gewählte Anordnung beschrieben.
Die Fig. 4 und 5 zeigen skizzenhaft ein Datenspeichergerät mit einer als konkave Leitfläche gebogenen Stabilisierplatte. Wie vorher umfasst das Gerät eine 15 cm messende flexible Scheibe 1 (in Fig. 4 gestrichelt angedeutet) , die für die Rotation in geringer Höhe über der starren Stabilisierplatte 3 an einer Spindel 2 befestigt ist. Wieder ist ein länglicher Schlitz 4 vorgesehen, der durch die Stabilisierplatte 3 hindurch einem an einem Trägerarm 6 befestigten Schreib/Lesekopf 5 den Zugriff zur Unterseite der Scheibe ermöglicht. Die Stabilisierplatte jedoch ist in diesem Gerät entlang zwei Linien 7 und 8 in Richtung zur Scheibe gebogen,
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so dass in derselben entsprechende Biegungen entlang zwei Sehnen •verursacht werden. Die Biegungen in der Stabilisierplattr. sind je auf
. . . . durch
einer Seite einer Durchmesserlinie angeordnet, welche»den Schlitz 4 und die Rotationsachse der Scheibe 1 verläuft. Das Anordnen der Biegungen in der Platte scheint nicht kritisch zu sein. Sie können parallel oder nicht parallel sein, sie können mit Bezug auf den Schlitz symmetrisch oder asymmetrisch angeordnet werden. Der Zweck der Biegungen ist lediglich, der flexiblen Platte in der Nähe der. Schlitzes für den Kopf Steifheit zu verleihen, um das Ausmass der Aufwölbung durch das Eindringen des Kopfes zu begrenzen,was sonst zu mechanischen Unstabilität der Scheibe beitragen würden.Ferner ist es von VorLeil,wenn die Verformung der Scheibe durch Aufwölbung in der Umgebung des Kopfes symmetrisch ist, da es wichtig erscheint, den Kopf für zuverlässiges Aufzeichnen und Abfühlen von Daten nahe an der Scheibe zu hai ten.Dies bedeutet, dass die Höhenlinien in der Nähe des Kopfes im Schlitz vorzugsweise, konzentrische-Kreise sein sollen, in deren Zentrum der Schreib/Leseübertrager liegt. Die hier beschriebene Art der Biegung der Scheibe erbringt diesen Vorteil, wie später noch anhand1 der Fig. 6, 7 und 8 gezeigt werden wird.
In der bevorzugten Ausführung entsprechend den Fig.4 und 5 sind die Biegungen in der Stabilisierplatte ziemlich nahe beim Schlitz 4 für den Uebertragerkopf angeordnet. In der optimalen Lage liegen die Biegungen nahe genug beisammen, um die Ausdehnung der Aufwölbung der Scheibe auf einen kleinen Bereich zu begrenzen, und genügend weit aus ~
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einander, mn der Scheibe trotzdem beidseitig des Schlitzes zwischen .den Biegungen eine ebene Leitfläche anzubieten. Der Durchmesser der Scheibenbefestigungsnabe, der wieder etwa 3,8 cm beträgt, bedeutet eine Begrenzung des kleinsten Abstandes zwischen den Biegungen in der Nähe der Spindel. Die Abmessungen des in den Fig. 4 und 5 gezeigten Gerätes sind so,dass die Eiegelinien 7 und 8 der Platte nicht parallel sind, wobei die dem Schlitz nächstliegenden Enden am Scheibenumfang 2,5 cm weit auseinander liegen und der Abstand am anderen Ende der Linien etwa 9 cm am Umfang der Scheibe beträgt. Obwohl unterschiedliche Formen von Stabilisierplatten denkbar sind, die in flexiblen Scheiben Biegungen entlang Sehnenlinien erzeugen, stellen die eben beschriebenen nicht parallelen Biegungen eine bevorzugte Ausführung dar.
Es sind auch Experimente mit Biegungen der Stabilisierplatte in unter schiedlichen Winkeln α gemäss Fig. 5 angestellt worden. Mit dem beschriebenen Gerät sind zufriedenstellende Ergebnisse bei einem
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Winkel Ct zwischen 8 und 20 erzielt worden, wobei das Optimum bei α ·= 14 + 4 liegt. Es muss aber unterstrichen werden , dass die Experimente nicht erschöpfend waren und daher erwartet werden muss, dass diese Zahlen für andere Geräte abweichen werden, wenn beispielsweise Scheiben mit unterschiedlichen Eigenschaften verwendet werden.
Die Verwendung einer Stabilisicrplatte, die Biegungen gemäss der vorangegangenen Beschreibung aufweist, ist völlig zufriedenstellend. Die
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flexible Scheibe dreht sich sehr stabil und zuverlässiges Aufzeichnen und Abfühlcn von Daten kann durchgeführt werden. Die Wirkung der Biegungen auf die Schwebehöhe der Scheibe über der Stabilisierplatte ist in den Fig. 6,7 und 8 dargestellt, wobei der Kopf 5 in drei verschiedenen Lagen gezeigt wird. In der Fig. 6 liegt der Kopf 5 an weitesten innen in der Nähe der Scheibenspindel. In der Fig. 7 liegt er in einer mittleren Position, und in der Fig. 8 wird er in seiner äussersten Lage in der Nähe des Scheiben Umfanges gezeigt. Es ist dieselbe Scheibe verwendet worden, mit welcher die in Fig. 3 dargestellten Höhenlinien während der Drehung über einer ebenen Stabilisierplatte ermittelt vorden sind, wobei aber jetzt die Scheibe etwas niedriger in einer Höhe von etwa 0,2 mm über der Stabilisierplatte befestigt war. Die Drehgeschwindigkeit ist dieselbe : 1500 Umdrehungen pro Minute.
Die in den Fig. 6, 7 und 8 gezeigten Ergebnisse mit einer gebogenen Stabilisierplatte weisen eine erhebliche Verbesserung gegenüber der ebenen Platte von Fig. 3 auf In allen Fällen ist die Aufwölbung auf einen sehr kleinen Bereich beschränkt und die Uebertragervorrichtung liegt im wesentlichen in der Mitte einer annähernd kreisförmigen Höhenlinie. Es wird hier noch darauf hingewiesen, dass die Biegungen bei 7 und 8 in den Figuren als dünne Linien dargestellt sind, praktisch aber einen Radius aufweisen. Der grösste Vorzug dieser Anordnung gegenüber
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einer ebenen Stabilisierplatte kann aus den Diagrammen nicht erkannt werden. Während eine Scheibe, die sich über einer ebenen Stabilisierplattc dreht, ohne Unterbruch flattert, schwebt eine Scheibe über einer Stabilisierplatte mit den beschriebenen Biegungen sehr stabil, auch wenn gewisse Höhenlinien als Folge der Aufwölbung den Scheibenumfang schneiden.
Die Fig. 9 zeigt eine gebogene Stabilisierplatte 3 und eine flexible Scheibe 1, die Bestandteile einer Kassette 9 sind, welche ihrerseits trennbar mit einer Spindel 2 einer Antriebseinheit 10 verbunden ist. Die Stabilisierplatte ist fest in der Kassette eingebaut oder kann selber als Basis einer Kassette dienen. Die Scheibennabe 11 umfasst einen Srahlring 12, der beim Einsatz auf einem Antrieb mit einer magnetischen Aufspannvorrichtung 13 zusammen wirkt/ die ihrerseits auf der Antriebsspindel 2 sitzt. Eine kreisförmige Rippe 14 und eine Schulter 15 innerhalb der Kassette 9 begrenzen die Bewegung der Scheibennabe 11 in der Kassette, wenn diese nicht auf einer Antriebseinheit Io eingesetzt ist. Wenn auch die Randpartien der Stabilisierplatte aus den angegebenen Gründen vorzugsweise flach sind, so können sie doch etwas abwärts gebogen werden, wie dies in Fig. 9 gestrichelt eingezeichnet ist, um die Gesamthühe der Kassette etwas zu verkleinern.
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Das Datenspeic.hergerät gemüss der vorliegenden Erfindung knnn in jeder Lage betrieben werden einschliesslich dann,wenn es auf dem Kopf steht. Bei bestimmten Werkstoffen für die Scheibe besteht die Neigung, dass die Scheibe bei Betriebsbeginn an der Stabilisierplatte haften bleibt. Wenn dieses Problem auftritt, kann es einfach dadurch gelöst werden, dass die Stabilisierplatte beispielsweise durch Sandstrahlen leicht aufgerauht wird. Die Rauhheiten schliessen dann kleine Luftroengen zwischen der stillstehenden Scheibe und der Stabilisierplattc
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Le e rs e i t e

Claims (8)

  1. PATENTANSPRÜCHE
    Μ/ Datenspeichergerät mit einer flexiblen Speicherscheibe, die an einer angetriebenen Spindel drehbar befestigt über einem starren Stabilisierelement angeordnet 1st, dadurch gekennzeichnet, dass zwecks Versteifung der Speicherscheibe (1) während der Rotation das Stabilisierelement (3) aus einem flachen Mittelteil und zwei Seitenteilen besteht, welche zusammen gegenüber der Speicherscheibe (1) eine konkave Fläche bilden, wobei die Scheibe (1) zwei Biegungen entlang je einer Sehne (7, 8) ihres Kreisumfanges aufweist, dass im Mittelteil des Stabilisierelementes (3) ein länglicher Schlitz (4) annähernd radial bezüglich der Scheibe (1) eingelassen ist, dass ferner die genannten Sehnen (7, 8) auf je einer Seite eines Scheibendurchmessers liegen, der durch den genannten Schlitz (4) und die Achse der Spindel (2) verläuft, und dass schliesslich im Schlitz (4) ein durch das Stabilisierelement (3) hindurchragender Schreib/ Lesekopf (5) in Wirkdistanz zur Speicherscheibe (1) verschiebbar angeordnet ist.
  2. 2. Datenspeichergerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Stabilisierelement (3) aus einer Platte besteht, die entlang der zwei Sehnen (7, 8) in gleicher Richtung gebogen ist und dadurch die genannte konkave Fläche aus Mittelteil und zwei Seitenteilen bildet.
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  3. 3. Datenspeichergerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Seltenteile des Stabilisierelementes (3) ihrerseits flach sind.
  4. 4. Datenspeichergerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass beide Seitenteile des Stabilisierelementes (3) je um einen Winkel (α) von zwischen 8° und 20° vom Mittelteil abgebogen sind.
  5. 5. Datenspeichergerät nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Enden der genannten Sehnen (7, 8) in der Nähe des Schlitzes (4) näher beisammen liegen als die entgegengesetzten Enden.
  6. 6. Datenspeichergerät nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Schlitz näheren Enden der Sehnen (7, 8) dem genannten Scheibendurchmesser näher liegen als die entgegengesetzten Enden.
  7. 7. Datenspeichergerät nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Sehnen (7, 8) beidseits des genannten Scheibendurchmessers einander spiegelbildlich gegenüberliegen.
  8. 8. Datenspeichergerät nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die flexible Speicherscheibe (1) und das starre Stabilisierelement (3) Bestandteile einer Speicherkassette sind.
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DE2735317A 1976-09-30 1977-08-05 Datenspeichergerät mit einer flexiblen Speicherscheibe Expired DE2735317C3 (de)

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