DE2735317B2 - Datenspeichergerät mit einer flexiblen Speicherscheibe - Google Patents

Description

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 31 78 719 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 Speicherscheibc 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 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 13 82371 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 Gleitschuhs mit Übertragerkopf ein. Die Scheibe erfährt daher in der Mitte eine Biegung und ein Zugriffsmechanismus sorgt für die relative Bewegung von Scheibe 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 Störungen führen.

In einen weiteren britischen Patent 14 12 286 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. Über der Scheibe ist ein bewegbarer Übertragerkopf 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.

Damit sie die Erwartungen erfüllt, muß für genügend Luftzufuhr in den 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 Übertragerkopf 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 Datenspeichergerät gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 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 Krejsumfanges aufweist, daß im Mittelteil des Stabilisierelementes ein länglicher Schlitz annähernd radial bezüglich der Scheibe eingelassen ist, daß ferner die genannten Sehnen auf je einer Seite eines Scheibendurchmessers liegen, der durch den genannten Schlitz und die Ach^e 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 zeigt

F i g. 1 die perspektivische Ansicht eines Datenspeichergerätes mit einer flachen StabiJisierplatte,

F i g. 2 einen Querschnitt entlang der Linie A-A durch das Gerät von F i g. 1,

F i g. 3 eine typische topographische Darstellung der Oberfläche einer flexiblen Speicherscheibe bei Verwendung in einem Gerät nach F · g. 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,

F i g. 6, 7 und 8 typische topographische Darstellungen der Oberfläche einer flexiblen Scheibe bei Verwendung in einem Speichergerät nach F i g. 4 unter J5 Berücksichtigung verschiedener Lagen des Übertragerkopfes, und

Fig.9 einen Teilquerschnitt einer Speicherkassette, in der eine flexible Scheibe über einer erfindungsgemäßen Stabilisierplatte schwebt.

Das in F i g. 1 und 2 gezeigte Datenspeichergerät umfaßt eine flexible Speicherscheibe 1 (in F i g. 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-/ Lesekopf 5 Daten auf der der Stabilisierplatte gegenüberliegenden Oberfläche der Scheibe 1 aufzeichnen bzw. von dieser abfühlen kann. Ein Trägerarm β 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 Stabilisierplatte 3 ein Luftlagerfilm erzeugt wird. Die Kopfhalterung ist so angeordnet, daß der Kopf 5 durch den Schlitz 4 hindurch in die Rotationsebene der Scheibe 1 hineinragt. 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 Abfühlen von Daten verhindern würde. Vergrößerung der Eindringtiefe hätte den wünschbaren Effekt, die Dicke des Luftlagerfilms zu reduzieren, aber aucn unerwünschterweise die Aufwölbung der Scheibe ähnlich einem Zeltdach zu verursachen, die zur mechanischen Unstabilität beiträgt.

Um die Ursache dieser Unstabilität genau zu verstehen, wurde mit einem Mikroskop für Höhenmessung und einer stroboskopischon Lichtquelle eine Höhenkarte der über der flachen Stabilisierplatte schwebenden flexiblen Speicherscheibe hergestellt Die für diesen Zweck verwendete flexible Scheibe hat einen Durchmesser von ungefähr 15 cm und eine Dicke von etwa 3,8 Hundertstelmillimeter. Die Scheibe war auf 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 mm über die Oberfläche der Stabilisierplatte auf. Die Rotationsgeschwindigkeit der Platte betrug 1500 Umdrehungen pro Minute.

Die so aufgezeichnete Höhenkarte 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 Stabilisierplatte und die Eindringtiefe des Kopfes 5 in die Rotationsebene der Scheibe 1 eine zeltdachähnliche Verformung erzeugen, die sich über einen beachtlichen Bereich der Plattenoberfläche erstreckt Außerdem kann beobachtet werden, daß der Plattenrand sich nicht in einer einzelnen Ebene bewegt, sondern ziemlich großen Auslenkungen unterworfen ist, die sich praktisch fortlaufend ändern. Es wird angenommen, daß dieses Flattern an der Kante sehr viel zur 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 vorbeilaufenden Kopf auf einer sehr kurzen Strecke erfolgt, während nach dem Durchgang am Kopf die Scheibe ihre normale Höhe erst nach etwa ³Λ einer Umdrehung wieder gewinnt. Dies bedeutet, daß die Topographie über dem Kopf nicht symmetrisch ist, weshalb der Kopf für zuverlässiges Aufzeichnen und Abfühlen von Daten oft nicht nahe genug an der Scheibenoberfläche liegt

Das Zusammenwirken dieser Nachteile vermindert die Zuverläss^;gkeit des Gerätes in unzulässiger Weise. Daher wurde beschlossen, der Scheibe in der Nähe des Schlitzes mit dem Übertragerkopf 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 Stabilisierplatte 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 soweit von der Platte ab, daß die gewünschte Steifheit der Scheibe nichi erreicht war.

Es ist daher beschlossen worden, die Scheibe über einer Stabilisierplatte mit konkav gebogener Oberfläche drehen zu lassen. Eine konkave Oberfläche kann

theoretisch dadurch geformt werden, daß die Stabilisierplatte 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 zur Berührung mit der Stabilisierplatte gebracht werden. Deshalb ist diese Anordnung als unpraktisch abgelehnt und eine andere Lösung gesucht worden. Nachstehend wird nun 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 F i g. 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, so daß in derselben entsprechende Biegungen entlang zwei Sehnen verursacht werden. Die Biegungen in der Stabilisierplatte sind je auf einer Seite einer Durchmesserlinie angeordnet, welche durch 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 des 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 wurden. Ferner ist es von Vorteil, 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 halten. Dies bedeutet, daß die Höhenlinien in der Nähe des Kopfes im Schlitz vorzugsweise konzentrische Kreise sein sollen, in deren Zentrum der Schreib-/Lesekübertrager liegt Die hier beschriebene Art der Biegung der Scheibe erbringt diesen Vorteil, wie später noch anhand der F i g. 6, 7 und 8 gezeigt werden wird.

In der bevorzugten Ausführung entsprechend den F i g. 4 und 5 sind die Biegungen in der Stabilisierplatte ziemlich nahe beim Schlitz 4 für den Übertragerkopf 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 auseinander, um 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 F i g. 4 und 5 gezeigten Gerätes sind so, daß die Biegelinien 7 und 8 der Platte nicht parallel sind, wobei die dem Schlitz nächstliegcnden Enden am Scheibenumfang 1$ 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 unterschiedlichen Winkeln λ gemäß F i g. 5 angestellt worden. Mit dem beschriebenen Gerät sind zufriedenstellende Ergebnisse bei einem Winkel tx zwischen 8° und 20° erzielt worden wobei das Optimum bei λ = 14° ± 4° liegt. Es muß aber unterstrichen werden, daß die Experimente nicht erschöpfend waren

ίο und daher erwartet werden muß, daß diese Zahlen für andere Geräte abweichen werden, wenn beispielsweise Scheiben mit unterschiedlichen Eigenschaften verwendet werden.

Die Verwendung einer Stabilisierplatte, die Biegungen gemäß der vorangegangenen Beschreibung aufweist, ist völlig zufriedenstellend. Die flexible Scheibe dreht sich sehr stabil und zuverlässiges Aufzeichnen und Abfühlen von Daten kann durchgeführt werden. Die Wirkung der Biegungen auf die Schwebehöhe der Scheibe über der Stabilisierplatte ist in den F i g. 6,7 und 8 dargestellt, wobei der Kopf 5 in drei verschiedenen Lagen gezeigt wird. In der F i g. 6 liegt der Kopf 5 am weitesten innen in der Nähe der Scheibenspindel. In der F i g. 7 liegt er in einer mittleren Position, und in der F i g. 8 wird er in seiner äußersten Lage in der Nähe des Scheibenumfanges gezeigt Es ist dieselbe Scheibe verwendet worden, mit welcher die in F i g. 3 dargestellten Höhenlinien während der Drehung über einer ebenen Stabilisierplatte ermittelt worden 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 F i g. 6, 7 und 8 gezeigten Ergebnisse mit einer gebogenen Stabilisierplatte weisen eine erhebliche Verbesserung gegenüber der ebenen Platte von F i g. 3 auf. In allen Fällen ist die Aufwölbung auf einen sehr kleinen Bereich beschränkt und die Übertragervorrichtung 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 einer ebenen Stabilisierplatte kann aus den Diagrammen nicht erkannt werden. Während eine Scheibe, die sich über einer ebenen Stabilisierplatte dreht, ohne Unterbruch flattert, schwebt eine Scheibe über einer Stabilisierplatte mit den beschriebenen Biegungen sehr stabil, auch wenn

so gewisse Höhenlinien als Folge der Aufwölbung den Scheibenumfang schneiden.

Die F i g. 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 Stahlring 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 10 eingesetzt ist Wenn auch die Randpartien der Stabilisierplane aus den angegebenen Gründen vorzugsweise flach sind, so können sie doch etwas abwärts gebogen werden, wie dies in F i g. 9 gestrichelt eingezeichnet ist um die Gesamthöhe der

Kassette etwas zu verkleinern.

Das Datenspeichergerät gemäß der vorliegenden Erfindung kann 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 Luftmengen zwischen der stillstehenden Scheibe und der Stabilisierplatte ein.

Hierzu 7 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Datenspeichergerät mit einer flexiblen Speicherscheibe, die an einer angetriebenen Spindel drehbar befestigt über einem starren Stabilisierelement angeordnet ist, wobei die flexible Speicherscheibe über dem Stabilisierungselement eine Krümmung erfährt und ein Schreib-/Lesekopf von der konvexen Seite Zugriff zur Speicherscheibe hat und radial verschiebbar ist, 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) der Schreib-/Lesekopf (5) in Wirkdistanz zur Speicherscheibe (1) durch das Stabilisierungselement (3) hindurchragend angeordnet ist

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.

3. Datenspeichergerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenteile des Stabilisierelementes (3) ihrerseits flach sind.

4. Datenspeichergerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet daß beide Seitenteile des Stabilisierelemeiites (3) je um einen Winkel (λ) von zwischen 8° und 20° vom Mittelteil abgebogen sind.

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. 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. Datenspeichergerät nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Sehnen (7, 8) beidseits des genannten Scheibendurchmessers einander spiegelbildlich gegenüberliegen.

8. Datenspeichergerät nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die flexible Speicherscheibe (1) und das starre Stabilisierelement (3) Bestandteile einer Speicherkassette sind.