DE3779760T2 - Plattenstapel zur datenspeicherung. - Google Patents

Description

• Diese Erfindung bezieht sich auf einen Plattenstapel zur Datenspeicherung.
• Seit vielen Jahren werden in Systemen der elektronischen Datenverarbeitung und in Computersystemen Plattenspeicher benutzt, in denen mittels elektromagnetischer Schreib-/Leseköpfe, die über die Oberfläche der Platte bewegt werden, oder in neuerer Zeit auch mittels optischer Schreib-/Leseköpfe, die auf ähnliche Weise relativ zu den Platten geführt werden, extrem große Datenmengen auf eine oder mehrere sich drehende Platten eines geeigneten Datenspeichermediums geschrieben oder von diesen gelesen werden können. In beiden Fällen erfordert die extrem hohe Dichte der auf der Platte gespeicherten Daten, daß die Schreib-/Leseköpfe mit großer Genauigkeit relativ zur Platte bewegt und positioniert werden, um sicherzustellen, daß die Daten genau von der Platte gelesen oder auf sie geschrieben werden können.
• In Figur 1 der Zeichnungen, die zu dieser Beschreibung gehören, ist ein solcher bekannter Plattenspeicher 10 schematisch dargestellt. Ein Rahmen oder eine Grundplatte 12 trägt eine drehbare Spindel 14, auf der eine oder mehrere Datenspeicherplatten 16 gestützt werden, die mit der Spindel durch einen geeigneten Antriebsmotor (nicht dargestellt) gedreht werden können. Auf dem Rahmen 12 ist eine Führungsbahn 18 angebracht, die einen Wagen 20 aufnimmt, von dem aus sich einer oder mehrere geeignete Schreib-/Leseköpfe 22 erstrecken. Wenn der Wagen auf den Rollen 24, die in der Führungsbahn 18 laufen, vorwärts und rückwärts bewegt wird, bewegen sich die Köpfe 22 entlang der Plattenoberflächen radial nach innen und nach außen, um das Lesen und Schreiben der Daten zu ermöglichen. Am Wagen 20 ist eine elektrisch leitende Spule 26 angebracht, die in einem linearen Antriebsmotor 28, zum Beispiel einem Schwingspulenmotor, untergebracht ist, wobei der Motor einen elektromagnetischen Kern 30 hat, dessen Feld mit dem Feld der Spule 26 in Wechselwirkung steht, wenn die Spule elektrisch erregt wird, wodurch der Wagen 20 vorwärts und rückwärts bewegt wird, um die Köpfe 22 in die entsprechende Position relativ zu den Platten 16 zu bringen. Die aus Wagen 20, Führungsbahn 18 und Linearmotor 28 gebildete Einheit wird oft als Plattenspeicher-Stellantrieb bezeichnet. In U.S. -A- 4,393,425 wird ein Stellantrieb dieses allgemeinen Typs beschrieben.
• Eine relativ häufige Schwierigkeit bei Datenspeicher-Stellantrieben dieses Typs besteht darin, daß beim Erregen der Spule 26, wenn ein elektrischer Strom durch sie fließt, durch die Wechselwirkung der magnetischen Felder nicht nur der Wagen 20 in der Führungsbahn 18 in die gewünschte Richtung bewegt wird, sondern auch eine gleichgerichtete und entgegengerichtete Reaktionskraft innerhalb der Spule 30 erzeugt wird. Wenn diese Kraft mit der geeigneten Frequenz durch den Rahmen 12 übertragen wird, kann sie eine Vibration zwischen den Schreib- /Leseköpfen 22 und den Platten 16 erzeugen und dadurch die Fähigkeit des Gerätes zur exakten Positionierung der Schreib- /Leseköpfe verschlechtern, oder sie kann bewirken, daß die Köpfe Daten falsch lesen oder schreiben oder beides.
• Das Vorhandensein solcher unerwünschter Vibration zwischen den Schreib-/Leseköpfen und den Platten ist seit Jahren bekannt. Es sind eine Reihe struktureller Änderungen zur Isolierung der Schreib-/Leseköpfe und der Platten gegen die nachteiligen Auswirkungen der in den Magneten der Linearmotoren erzeugten Reaktionsskräfte vorgeschlagen worden. Im allgemeinen wurde eine Art elastischer Befestigung des Linearmotors vorgesehen, damit die im Motor erzeugten Reaktionsskräfte gegenüber dem Rahmen des Plattenspeichers isoliert werden, wodurch die Erzeugung unerwünschter Vibration zwischen den Schreib-/Leseköpfen und den Platten so gering wie möglich gehalten wird. So wurde zum Beispiel vorgeschlagen, in Plattenspeicher-Stellantrieben mit einem Hohlzylindermagneten, in dem ein Wagen mit einer elektrischen Spule zum Verschieben gebracht wird, den zylinderförmigen Magneten an einem Ende mit einem ringförmigen elastischen Mittel zu montieren, das sich zwischen dem Magneten und dem Plattenspeicherrahmen erstreckt.
• In U.S. -A- 4,144,466 werden Vibrationen der bewegenden Spule eines Platten-Stellantriebs von den Schreib-/Leseköpfen isoliert, indem die Spule am Träger der Köpfe mit einer ringförmigen Schicht aus elastomerem Material befestigt wird. Durch das Anbringen dieser Schicht elastomeren Materials werden Längsresonanzen und Vibrationen erheblich gedämpft. In U.S. -A-4,216,505 wird ein etwas anderes Problem dadurch angegangen, daß Vibrationen eines Magnetwandlerkopfes direkt isoliert werden, indem der Träger für den wandlerkopf mit einem ihn umgebenden Gehäuse durch eine visko-elastische Schicht verbunden wird, die sich zwischen Träger und Gehäuse erstreckt. In U.S. -A- 4,389,688 und U.S. -A- 4,408,238 werden Strukturen für die Lagerung eines Schreib-/Lesekopfes beschrieben, die zur Dämpfung verschiedener Vibrationen dienen. In einem Artikel mit dem Titel "High-Capacity Disc Drive Servomechanism Design", der von Stephen A. Edwards in der Ausgabe vom Januar 1984 im Hewlett-Packard Journal auf den Seiten 23-27 veröffentlicht wurde, wird eine Technik für die Isolierung von Schreib- /Leseköpfen gegen Reaktionskräfte beschrieben, in der der Linearmotor auf dem Träger des Plattenspeichers mit einer Stoßhalterung montiert wird, die aufvulkanisierte sandwichartige Aluminiumplatten mit einem speziell aufbereiteten Butylkautschuk, der zwischen die Platten geklebt wird, umfaßt.
• Während diese Versuche des Stand der Technik, die Vibration in Plattenspeichern zu reduzieren, einen gewissen Erfolg gebracht haben, hat die ständige Weiterentwicklung bei der Konstruktion kleinerer und kompakterer Plattenspeicher und Platten-Stellantriebe zu einem fortgesetzten Bedarf an einfachen, kompakten, zuverlässigen und preiswerten Vorrichtungen für die Isolierung der Schreib-/Leseköpfe und der Platten gegen Vibrationen, die aus im Motor des Platten-Stellantriebs erzeugten Reaktionskräften resultieren, geführt.
• Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein verbesserter Plattenspeicher-Stellantrieb, in dem die Schreib-/Leseköpfe und Platten des Plattenspeichers gegen Vibrationen, die durch Reaktionskräfte im Antriebsmotor des Plattenspeicher-Stellantriebs erzeugt werden, isoliert werden.
• Ein Plattenstapel zur Datenspeicherung, mit einem Rahmen, mit einem wandlertragenden Wagen, mit zumindest zwei Führungsschienen, die starr an dem Rahmen montiert sind, mit einer elektrisch leitenden, auf dem Wagen montierten Spule und mit einer magnettragenden Einheit, die so angeordnet ist, daß der Wagen bei elektrischer Erregung der Spule auf Grund elektromagnetischer Wechselwirkung längs der Führungsschienen bewegt wird, wird gemäß dieser Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die mangnettragende Einheit auf den Führungsschienen mittels elastischer Mittel befestigt ist, um die Führungsschienen und den Rahmen von den Reaktionskräften im wesentlichen zu isolieren, welche bei Erregung der Spule auf die magnettragende Einheit entwickelt werden.
• Wie die Erfindung durchgeführt werden kann, wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren 2 bis 8 der zugehörigen Zeichnungen an einem Beispiel beschrieben;
• dabei ist Figur 2 eine aufgelöste perspektivische Darstellung eines Teils eines plattenspeichers eines Ausführungsbeispiels der Erfindung;
• dabei ist Figur 3 eine Ansicht im Aufriß und Schnitt des zusammengebauten Gerätes von Figur 2, wobei der Schnitt entlang der Linie 3-3 der Figuren 2 und 4 gezogen wurde;
• dabei ist Figur 4 eine Ansicht der Linie 4-4 der Figur 3, wobei die Magnete und der Wagen aus Darstellungsgründen entfernt worden sind;
• dabei sind Figur 5 und 6 Aufrisse, teilweise im Schnitt, der kombinierten Stützschiene und elastischen Montagebüchse gemäß der Erfindung;
• dabei ist Figur 7 eine Teilansicht entlang der Linie 7-7 der Figur 3, in der das Zusammenwirken zwischen den elastischen Büchsen und den Plattenteilen des zusammengebauten Gerätes aufgezeigt wird; und
• dabei ist Figur 8 eine Teilansicht des Vorderteils der Baugruppe der Figuren 2, 3 und 4, mit Hinzufügung eines Biegeelements für mechanische Stabilität.
• Unter Bezugnahme auf die Figuren 2, 3 und 4 wird eine Stellantriebsbaugruppe von einem Rahmen 32, der teilweise in den Figuren 3 und 4 gezeigt wird, getragen, der im Normalfall am Gehäuse des kompletten Plattenspeichers befestigt wäre. Der Rahmen 32 ist an verschiedenen Stellen mit einem Paar axial getrennter unterer Stützschienenbaugruppen 34, 36 und einer einzelnen oberen Stützschienenbaugruppe 38 verbunden. In dieser Beschreibung werden zwar die Bezeichnungen "obere" und "untere" benutzt, um die relative Lage der verschiedenen Bauteile wie in den Zeichnungen dargestellt zu kennzeichnen, aber der abgebildete Plattenspeicher-Stellantrieb kann in Lagen benutzt werden, in denen die gleichen Bauteile ungefähr nebeneinander statt das eine über dem anderen liegen. Ein Wagen 40 wird zwischen den Stützschienen 34, 36 und 38 abgestützt, damit er sich auf diesen nach vorne und nach hinten bewegen kann. Der Wagen 40 umfaßt ein vorderes Wagengehäuse 42 und ein hinteres Wagengehäuse 43. Das Wagengehäuse 42 stützt einen oder mehrere magnetische oder optische Schreib-/Leseköpfe 44. Zwischen dem vorderen Wagengehäuse 42 und dem hinteren Wagengehäuse 43 gibt es drei in Abständen angebrachte längliche Streben 46, 48, 50. In der Nähe der hinteren Enden dieser Streben ist eine elektrisch leitende Spule 52 montiert. Die oberste Strebe 46 trägt eine nach oben zeigende in der Mitte angebrachte Stützrolle 54, die die obere Stützschienenbaugruppe 38 berührt, was am deutlichsten in den Figuren 3 und 4 zu erkennen ist. Das vordere bzw. hintere Wagengehäuse stützt nach unten zeigende Stützrollen 58, 59, die die unteren Stützschienenbaugruppen 36, 34 berühren.
• In dem zusammengebauten Apparat ist, wie in Figur 3 zu sehen ist, ein Paar länglicher rechtwinkliger stabförmiger Polschuhe 60, 62 zwischen den Streben 46, 48 bzw. 48, 50 angebracht. Außerhalb des Wagens 40 sind an beiden Seiten der Polschuhe 60, 62 ein Paar Magnete 61, 63 angebracht. Die Magnete 61, 63 können Permanentmagnete oder Elektromagnete sein und sie sind so angeordnet, daß sich ihre Felder mit den von der Spule 52 erzeugten Feldern, wenn die Spule elektrisch erregt wird, gegenseitig beeinflussen. Die Magnete 61, 63 sind an einem Paar Plattenteilen 64, 66 befestigt und werden von diesen in Position gehalten, von denen jede mit einem passenden Satz Stiften 68 versehen ist, die in die entsprechenden Buchsen 70 in den Polschuhen 60, 62 eingreifen, nachdem die Polschuhe zwischen die Streben 46-50 eingesetzt worden sind.
• Entlang ihrer axial verlaufenden oberen und unteren Kanten umfassen die Plattenteile 64, 66 obere mittige Ausgleichsnuten 72 und untere axial getrennte Ausgleichsnuten 74, 76. Im zusammengebauten Gerät bewirken die Nuten 72, 74 und 76 einen Abstand zwischen den Plattenteilen 64, 66 und den Mittelstücken der Stützschienenbaugruppen 34-38, auf denen die Rollen 54-58 laufen. Angrenzend an die Ausgleichsnuten 72-76 greifen aber die Plattenteile 64, 66 fest in die elastischen Endbüchsen 78 ein, die an den entgegengesetzten Enden der Stützschienen angebracht sind, wie unter Bezugnahme auf die Figuren 3-7 beschrieben wird. Die Plattenteile 64, 66 sind mit den Büchsen 78 zusammengespannt und durch sie elastisch gestützt mittels geeigneter Befestigungselemente 80, die schematisch als Durchsicht in den Figuren 3 und 7 dargestellt sind. Als Ergebnis der elastischen Halterung der Plattenteile 64, 66 auf den Büchsen 78 werden die in den Magneten 61, 63 entstehenden axial gerichteten Reaktionskräfte wirksam gedämpft, so daß im wesentlichen keine Vibrationen zum Rahmen 32 übertragen werden. In dieser Beschreibung bezieht sich die Bezeichnung "axial" auf Bewegungen oder Kräfte, die im wesentlichen parallel zur Bahn oder Bewegungsachse des Wagens 40 verlaufen.
• Wie den Figuren 5 und 6 zu entnehmen ist, umfaßt jede der Stützschienenbaugruppen 34-38 einen im wesentlichen runden zylinderförmigen Mittelabschnitt 82 mit einem Paar entgegengesetzter sich axial erstreckender Endabschnitte 84, auf denen elastische Büchsen 78 angebracht sind. In dem bevorzugten in Figur 5 abgebildeten Ausführungsbeispiel umfassen die elastischen Büchsen 78 eine innere Metallbüchse 86 einer Größe, die mit Preßpassung auf die Endabschnitte 84 montiert wird, eine äußere Metallbüchse 88, die in radialem Abstand von der inneren Büchse 86 liegt, und eine Schicht 90 elastomeren Materials, das sich zwischen den Büchsen 86, 88 erstreckt und mit diesen durch feste Verbindung oder Klebstoff oder Reibung verbunden ist. Bevorzugt wird aber eine feste Verbindung. Die äußere Büchse 88 umfaßt auch eine rundherum verlaufende Rille 92, deren Zweck nachfolgend erklärt wird. Alternativ kann die elastische Büchse 78, wie in Figur 6 gezeigt wird, eine in radialem Abstand von den Endabschnitten 84 getrennte äußere Büchse 94 umfassen und eine Schicht 96 elastomeren Materials, das sich zwischen dem Endabschnitt 84 und der Büchse 94 erstreckt und mit diesen durch feste Verbindung oder Klebstoff oder Reibung verbunden ist. Das zuletzt beschriebene Ausführungsbeispiel ist allerdings etwas schwieriger herzustellen als das der Figur 5. In beiden Ausführungsbeispielen befindet sich in der Mitte des Mittelabschnitts 82 eine Gewindebohrung 97 zur Befestigung der Schienenbaugruppe am Rahmen 32, wie dies in Figur 3 schematisch gezeigt wird.
• Wie in den Figuren 2, 3 und 7 gezeigt wird, umfaßt das Plattenteil 66 auf jeder Seite seiner Ausgleichsnuten 72-76 eine sich axial erstreckende Rille 96, in der die elastischen Büchsen 78 in der zusammengebauten Vorrichtung gebettet sind. Innerhalb der Rille 98, neben zumindest einer elastischen Büchse 78 jeder der Schienenbaugruppen 34-38, befindet sich ein nach außen zeigender Stift 100, der in die umlaufende Rille 92 der benachbarten elastischen Büchse 78 eingreift. Diese Stifte sorgen für die richtige Lage der Plattenteile 64, 66 auf den Büchsen 78. Auf der anderen Seite der elastischen Büchsen 78 ist das Plattenteil 64 mit einer kleinen Hülse 102 versehen, in der ein elastomeres Polster 104 zur Aufnahme der Büchse 78 gegenüber Stift 100 angebracht ist. Die Stifte 100 positionieren die Plattenteile 64, 66 axial relativ zu den elastischen Büchsen 78, während die Polster 104 für den Ausgleich ungünstiger Toleranzsummierungen bestimmt sind, die dazu führen könnten, daß die Plattenteile 64, 66 nicht fest in die elastischen Büchsen 78 eingreifen. Die von den Befestigungselementen 80 auf die Plattenteile 64, 66 und auf die Büchsen 78 ausgeübte Klemmkraft stellt sicher, daß jede axiale Bewegung der Plattenteile 64, 66 direkt auf die elastischen Büchsen übertragen wird.
• In dem in Figur 5 abgebildeten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Schienenbaugruppe bestehen alle Bauteile, mit Ausnahme der Schicht 90, aus rostfreiem Stahl. Die Steifigkeit des elastomeren Materials wurde so gewählt, daß die Plattenteile 64, 66 axial vibrieren können, ohne eine signifikante Vibration auf die Schienenbaugruppen 34, 38 zu übertragen. Die Abmessungen der Bauteile können nach Bedarf angepaßt werden, um die Übertragung von Vibrationen mit einer Frequenz zu vermeiden, die besonders schädlich für den eigentlichen Betrieb des Plattenspeichers wäre. Die Fachleute werden natürlich verstehen, daß die Abmessungen und Materialien der Schienenbaugruppe verändert werden können, um den Anforderungen an Belastbarkeit und Vibrationsdämpfung eines gegebenen Plattenspeicher-Stellantriebs zu entsprechen.
• Manchmal kann es wünschenswert sein, Biegeelemente anzubringen, die direkt mit den Endabschnitten der Führungsschienen und den magnetpositionierenden Mitteln verbunden sind. In Figur 8 ist ein solcher Zusatz zu der Baugruppe dargestellt. Ein typisches Biegeelement 110, das vorzugsweise aus einem dünnen Streifen rostfreien Stahls besteht, hat an einem Ende eine Öffnung und ist am Plattenteil 64 mit einer Maschinenschraube 112 befestigt, die in eine axiale Gewindebohrung in der Mitte des Endabschnitts 84 eingeschraubt wird. Das in Figur 8 abgebildete Biegeelement ist ein typisches Biegeelement für jede entsprechende Führungsschiene. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel hat jede der Führungsschienen 34, 36, 38 ein ähnliches Biegeelement, das einen entsprechenden Endabschnitt mit einem zugehörigen Plattenteil verbindet. Die Biegeelemente sorgen für mechanische Stabilität zwischen den Plattenteilen 64, 66 und den Führungsschienen 34, 36, 38, um relative Bewegungen untereinander senkrecht zur Zugriffsrichtung des Stellantriebs zu verhindern. Die Biegeelemente sind dünne Streifen aus einem Material, das leichte axiale Bewegungen zwischen den Mittelabschnitten der Führungsschienen 34, 36 und 38 und den Plattenteilen 64, 66 zuläßt. Auf diese Weise unterstützen die Biegeelemente nach Auslösung des Stellantriebs das elastomere Material bei der Rückkehr der Magneteinheit in ihre richtige axiale Position relativ zu den Führungsschienen.

Claims (9)

1. Plattenspeicher zur Datenspeicherung, mit einem Rahmen (32), mit einem wandlertragenden Wagen (40), mit zumindest zwei Führungsschienen (34, 36, 38), die starr an dem Rahmen montiert sind, mit einer elektrisch leitenden, auf dem Wagen montierten Spule (52) und mit einer magnettragenden Einheit (61, 63, 64, 66), die so angeordnet ist, daß der Wagen bei elektrischer Erregung der Spule auf Grund elektromagnetischer Wechselwirkung längs der Führungsschienen bewegt wird, wobei der Speicher dadurch gekennzeichnet ist, daß die magnettragende Einheit (61, 63, 64, 66) auf den Führungsschienen mittels elastischer Mittel (78, 90, 96) befestigt ist, um die Führungsschienen und den Rahmen von den Reaktionskräften im wesentlichen zu isolieren, welche bei Erregung der Spule auf die magnettragende Einheit entwickelt werden.

2. Speicher nach Anspruch 1, bei welchem der Wagen (40) mittels einer Mehrzahl von auf dem Wagen gelagerten Rollen (54, 56, 58) auf den Führungsschienen (34, 36, 38) abgestützt ist.

3. Speicher nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem jede der Führungsschienen (34, 36, 38) einen starr an dem Rahmen (32) montierten länglichen Mittelabschnitt (82) und Endabschnitte (84), um welchen die elastischen Mittel (78, 90, 96) angebracht sind, aufweist.

4. Speicher nach Anspruch 3, bei welchem jedes der elastischen Mittel (78, 90, 96) eine Büchse (78) besitzt, welche den Endabschnitt (84) der ihm zugeordneten Führungsschiene umgibt, wobei elastomeres Material (90) sandwichartig zwischen dem Endabschnitt (84) der Führungsschiene (34, 36, 38) und der Büchse (78) angeordnet ist.

5. Speicher nach Anspruch 3, bei welchem jedes der elastischen Mittel (78, 90, 96) eine innere Büchse (86) besitzt, welche den Endabschnitt (84) der ihn zugeordneten Führungsschiene (34, 36, 39) umgibt und erfaßt, eine äußere Büchse (78) die innere Büchse (86) umgibt und von ihr in radialem Abstand liegt und zwischen der inneren und der äußeren Büchse elastomeres Material (96) sandwichartig angeordnet ist.

6. Speicher nach Anspruch 4 oder 5, bei welchem die magnettragende Einheit (61, 63, 64, 66) ein Paar von Plattenteilen (64, 66) besitzt, die zu beiden Seiten des Wagens (40) angeordnet und in Eingriff mit den Büchsen (78) zusammengespannt sind.

7. Speicher nach Anspruch 6, bei welchem die Plattenteile (64, 66) solcherweise an den Büchsen angreifen, daß in zumindest einer der Büchsen (78) eine rundherum verlaufende Rille (92), zumindest ein sich in die Rille (92) ertreckenden Stift (100), Plattenteile (64, 66) sowie Mittel (80) zum Spannen der Plattenteile gegen die Büchsen vorgesehen sind.

8. Speicher nach Anspruch 7, bei welchem in dem anderen der Plattenteile (64, 66), gegenüber dem zumindest einen Stift (100) ein elastomerer Polster (104) gelegen ist.

9. Speicher nach irgend einem der Anssprüche 3 bis 8, welcher weiters eine Mehrzahl von Biegeelementen (100) besitzt, wobei jedes Biegeelement mit einem Ende unmittelbar an einem Endabschnitt einer entsprechenden Führungsschiene (34, 36, 38) und mit seinem anderen Ende unmittelbar an der magnettragenden Einheit (61, 63, 64, 66) befestigt ist.