DE3829563C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine Kopftrommel für einen Video
kassettenrecorder oder sog. Videorecorder, insbesondere
eine Kopftrommel unter Verwendung eines Fluidum-Dynamik
drucklagers zur Verbesserung der Bild- (screen) und Sprach
güte beim Aufzeichnen oder Wiedergeben eines Videosignals.
Eine in Fig. 1 dargestellte herkömmliche Kopftrommel weist
zwei Kugellager 22, 22′, welche eine durch einen Motor an
getriebene Dreh-Welle 21 drehbar lagern und welche in
einen an einer Grundplatte B befestigten unteren Trommel
teil 23 eingebaut sind, einen auf den oberen Abschnitt
der Welle 21 aufgesetzten Flansch 24 und einen oberen
Trommelteil 26 auf, der mittels (einer) Schraube(n) 27 am
Flansch 24 befestigt ist. Die Anordnung umfaßt ferner
einen umlaufenden (rotary) oder Dreh-Magnetkopf 25 sowie
zwei an der Oberseite des unteren Trommelteils 23 bzw. an
der Unterseite des Flansches 24 befestigte Dreh-Wandler
28, 28′, einen mittels einer Schraube 30 am unteren End
abschnitt des unteren Trommelteils befestigten Stator 29
sowie eine Ringmanschette 31, die mittels einer Schraube
32 am unteren Endabschnitt der Welle 21 angebracht ist
und an welcher ein Rotor 33 (bei 34) angeschraubt ist.
Bei dieser herkömmlichen Kopftrommel mit Kugellagern wer
den bei Drehung der Welle 21 unter dem Antrieb durch den
Rotor 33 der Flansch 24, der obere Trommelteil 26, der
Dreh-Wandler 28 und der Dreh-Magnetkopf 25, die sämtlich
an der Welle 21 befestigt sind, in Drehung versetzt. Dem
zufolge kann der Dreh-Magnetkopf 25 das Videosignal auf
einem nicht dargestellten Magnetband aufzeichnen oder aus
ihm auslesen.
Da die Welle 21 fest mit den Innenlaufringen der Kugel
lager 22, 22′ verbunden ist, deren Außenlaufringe an
Ober- und Unterseite des unteren Trommelteils 23 befestigt
sind, versetzt die Welle 21 bei ihrer Drehung die Kugeln
und die Innenlaufringe der Kugellager 22, 22′ in Drehung.
Hierdurch werden Radial- und Axialbelastungen von oberem
Trommelteil 26, Flansch 24, Ringmanschette 31 und Rotor
33 durch die Kugellager 22, 22′ aufgenommen bzw. abge
stützt.
Auch wenn bei dieser herkömmlichen Kopftrommelanordnung
die Kugellager 22, 22′ mit hoher mechanischer Genauigkeit
gefertigt sind, erzeugen sie bei der Drehung Schwingung
und Geräusch. Diese Drehschwingung hat einen ungünstigen
Einfluß auf die Bildgüte beim Aufzeichnen oder Wieder
geben des Videosignals. Außerdem verstärkt sich die
Schwingung in Abhängigkeit von Toleranzen und Einbau
fehlern der Kugellager 22, 22′, und die Lebensdauer oder
Standzeit der Kugellager 22, 22′ wird durch Verschleiß
an Innen- und Außenlaufringen und Kugeln beeinträchtigt,
wodurch insgesamt die Betriebslebensdauer des Video
recorders herabgesetzt wird.
Weiterhin ist eine Kopftrommelanordnung mit einem Fluidum-
oder Strömungsmittel-Dynamikdrucklager bekannt. Ein Bei
spiel hierfür ist in Fig. 2 veranschaulicht.
Die Anordnung nach Fig. 2 umfaßt einen oberen Trommelteil
41 und eine feste Achse 42 mit einer Anzahl von Schmier-
Rillen 42a, auf die ein Flansch 44 mit einer Nabe (flange
boss) 43 drehbar aufgesetzt ist. Der obere Trommelteil 41
ist am Flansch (bei 46) angeschraubt und trägt auch eine
(angeschraubte) kreisförmige Scheibe 45 mit (einer) Spi
ralrille(n) 45a. An der Unterseite des Flansches 44 ist
ein Rotor 47 befestigt. Der untere Abschnitt der Achse 42
ist in einen an einer Haupt-Grundplatte B befestigten
unteren Trommelteil 48 eingesetzt. In einem konkaven Ab
schnitt 48a des unteren Trommelteils 48 ist weiterhin ein
Stator 49 befestigt. An der Unterseite des oberen Trommel
teils 41 ist ein Dreh-Magnetkopf 51 angebracht.
Bei dieser, ein Fluidum-Dynamikdrucklager verwendenden An
ordnung werden oberer Trommelteil 41 und Magnetkopf 51
entsprechend der Drehung des Rotors 47 in Drehung ver
setzt, wobei der Magnetkopf 51 ein Videosignal auf einem
Magnetband aufzeichnen oder aus ihm auslegen kann. Dabei
bleiben der an der Grundplatte B befestigte und untere Trommel
teil 48 und die in diesen eingesetzte Achse 42 drehfest,
weil sie sämtlich (gegen eine Drehung) festgelegt sind.
Bei der Drehung des Rotors 47 strömt das zwischen der
Flansch-Nabe 43 und der Achse 42 eingeschlossene Schmier
mittel längs der Schmierrillen 42a in der Achse 42. Da
bei wird ein dynamischer Strömungsmitteldruck oder Strö
mungsmitteldynamikdruck erzeugt, durch den die Radialbe
lastung der sich drehenden Bauteile abgestützt wird. Bei
der Drehung am oberen Ende des Flansches 44 befestigten
Scheibe 45 strömt das Schmiermittel auch in deren Spiral
nuten 45a ein, wobei ein die sich drehenden Bauteile nach
oben drängender dynamischer Strömungsmitteldruck erzeugt
wird. Wenn dieser Dynamikdruck die Kraft aus der Axial
belastung durch das Gewicht der sich drehenden Bauteile
oder Drehkörper und der Anziehkraft (suctional power)
des Magneten des Rotors 47 übersteigt, werden die Dreh
körper um einige Mikrometer aufwärts bewegt bzw. ange
hoben.
Aufgrund der Ausgestaltung dieser mit einem Fluidum-
Dynamikdruck arbeitenden Drehtrommel(anordnung) ergibt
sich jedoch ein Problem dahingehend, daß die Axialbe
lastung der Drehkörper und die Anziehungskraft des Rotors
gegen die Hubkraft des Dynamikdrucks nach unten wirken,
so daß die Drehkörper deshalb, weil sich die Hubkraft und
die abwärts wirkende Kraft gegenseitig aufheben, nicht
einwandfrei (dynamisch) gelagert sind. Bei der bisherigen
Kopftrommel bleiben daher noch einige Probleme zu lösen,
da bei ihr die erforderliche Hubkraft nicht voll erreicht
werden kann, weil die Abwärtskraft der Drehkörper der
aufwärts wirkenden Kraft des Dynamikdrucks entgegenwirkt.
Außerdem kann das Schmiermittel (oder Gleitmittel) nur
dann ungehindert längs der Spiralnuten 45a fließen, wenn
der Abstand oder Zwischenraum zwischen den Spiralnuten 45a
und dem oberen Abschnitt bzw. Ende der Achse 42 genau
eingehalten wird. Dies ist jedoch nicht immer der Fall,
weil dieser Abstand aufgrund von Maßfehlern und Fertigungs
fehlern oder -toleranzen der Scheibe 45 und einer Ab
weichung der Achse 42 von einer rechtwinkeligen Anordnung
nicht genau eingehalten werden kann, was einen ungünstigen
Einfluß auf die einwandfreie Drehung hat. Der genannte
Abstand müßte daher sehr genau eingehalten werden. Außer
dem ist die Konstruktion nach Fig. 2 von derjenigen nach
Fig. 1 so verschieden, daß die gemeinsame (wahlweise)
Verwendung beider Kopftrommelarten nicht möglich ist. Um
nämlich die zuletzt beschriebene Anordnung anwenden zu
können, müßten mit entsprechendem Kostenaufwand die ge
samten Fertigungs- und Montagestraßen umgerüstet werden.
Da Rotor 47 und Stator 49 bei der Kopftrommel nach Fig. 2
zwischen oberem und unterem Trommelteil 41 bzw. 48 einge
baut sind, ist das Auswechseln oder Instandsetzen des
Motors nicht einfach.
Aus der EP 01 28 221 A1 ist eine Kopftrommel für einen
Videokassettenrekorder bekannt, bei der die Welle direkt
in dem unteren Trommelteil gelagert ist. Dieser
Aufbau hat zur Folge, daß eine wahlweise Verwendung von
Kugellagern anstatt der Gleitlager unter Verwendung des
gleichen unteren Trommelteils nicht möglich ist. Eine
Umstellung der Produktion wäre somit mit hohem Kostenaufwand
zur Umrüstung der gesamten Fertigungs- und
Montagestraßen verbunden.
Aus der US 42 51 840 ist ein hydraulisches Axial-Radial-Lager
bekannt, bei dem ein Schmiermitteltransport
in radialer Richtung nur so lange stattfindet, bis sich ein
Druckgleichgewicht eingestellt hat. Anschließend strömt
das Schmiermittel ausschließlich in Umfangsrichtung.
Dieses bekannte Lager weist eine geringe zirkulierende
Schmiermittelmenge auf. Dies führt zu einer relativ
frühen Alterung des Schmiermittels infolge der fortwährenden
Scherung. Darüber hinaus hat die kleine Schmiermittelmenge
eine starke Erwärmung im Betrieb zur Folge.
Hierbei besteht die Gefahr des Oxidierens bzw. des
Verdampfens von Grundöl aus einem Schmiermittelfett.
Zudem nimmt mit steigender Temperatur die Viskosität
des Schmiermittels und damit die Tragfähigkeit des
Lagers ab. Wird ein zu dünnflüssiges Schmiermittel gewählt,
so besteht die Gefahr, daß dieses nach dem Abstellen
aus dem Lager ausläuft. Wird ein Schmiermittel
eingesetzt, das bei den entsprechend hohen Betriebstemperaturen
noch eine ausreichend große Viskosität aufweist,
so steigt damit ebenfalls die Viskosität bei
niedrigen Temperaturen nach längerer Standzeit. Dies
hat zur Folge, daß aufgrund der hohen Reibkräfte das
Moment eines Motors zum Anfahren nach längerer Standzeit
deutlich größer sein muß, als dies zum Dauerbetrieb
erforderlich ist.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Kopftrommel
gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs so
auszuführen, daß die Bauteile mit Ausnahme der Welle
und des Wellengehäuses auch für herkömmliche, kugelgelagerte
Kopftrommeln benutzt werden können. Darüber
hinaus soll das Axiallager so ausgestattet sein, daß es
die Nachteile des zuvor beschriebenen bekannten Axiallagers
vermeidet und auch im Fall von Maßfehlern oder
Fertigungstoleranzen einen einwandfreien Schmiermittel-Dynamikdruckaufbau
und damit eine funktionsgerechte
Tragfähigkeit gewährleistet.
Diese Aufgabe wird durch eine Kopftrommel für einen
Videokassettenrekorder mit den Merkmalen des Patentanspruchs
gelöst.
Im folgenden ist eine bevorzugte Ausführungsform der Er
findung im Vergleich zum Stand der Technik anhand der
Zeichnung näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 einen lotrechten Schnitt durch eine herkömmliche
Kopftrommel mit Kugellagern,
Fig. 2 einen lotrechten Schnitt durch eine andere her
kömmliche Kopftrommel mit Fluidum-Dynamikdruck
lager,
Fig. 3 einen lotrechten Schnitt durch eine mit Fluidum-
Dynamikdrucklager ausgestattete Kopftrommel(an
ordnung) gemäß der Erfindung,
Fig. 4 eine in vergrößertem Maßstab gehaltene Teildar
stellung der Dreh-Welle bei der Kopftrommel
nach Fig. 3,
Fig. 5 einen in vergrößertem Maßstab gehaltenen Quer
schnitt durch eine Ringmanschette bei der Kopf
trommel nach Fig. 3,
Fig. 6 eine Teilschnittdarstellung einer erfindungsge
mäßen Kopftrommel zur Verdeutlichung des Schmier
mittelflusses im unteren Gehäuseabschnitt,
Fig. 7 eine Teilschnittdarstellung der Kopftrommel zur
Verdeutlichung der Luftströmung im Mittelbereich
des Gehäuses und
Fig. 8 eine Teilschnittdarstellung der Kopftrommel zur
Verdeutlichung des Schmiermittelflusses zwischen
Flansch und Gehäuse.
Die Fig. 1 und 2 sind eingangs bereits erläutert worden.
Die Anordnung nach Fig. 3 umfaßt eine Dreh-Welle 1, einen
drehbaren oder Dreh-Magnetkopf 2, einen oberen Trommel
teil 3 und einen an der Welle 1 befestigten Flansch 4.
Die Welle 1 ist drehbar in ein Gehäuse 6 eingesetzt, das
in einem an einer Grundplatte B angebrachten unteren
Trommeteil 5 befestigt ist. Am unteren Abschnitt oder
Ende der Welle 1 ist mittels einer Stellschraube 8 eine
Ringmanschette 7 befestigt.
Im oberen, mittleren und unteren Bereich der Außenumfangs
fläche der Welle 1 sind jeweils zahlreiche Schmiermittel
rillen 1a, 1a′, 1b, 1b′ bzw. eine Strömungsmittel-Leit
rille 1c jeweils mit einer gewünschten oder vorgesehenen
Neigung ausgebildet. Im oberen Bereich des Gehäuses 6
ist eine Leitrille 6a entsprechend einer Leitnabe 4a an
der Unterseite des Flansches 4 ausgebildet. Im Mittel
bereich des Gehäuses 6 ist eine Luftströmungsnut 6b mit
einer (Quer)-Bohrung 6b′ vorgesehen. Im unteren Bereich
des Gehäuses 6 ist eine Schmiermittel aufnehmende Nut 6c
mit mehreren Schmiermittel-Bohrungen 6c′ ausgebildet. Eine
einer Leitnut 7b mit (einer) Spiralrille 7a entsprechende
Leitnabe 6d ist am unteren Ende des Gehäuses angeformt.
Außerdem ist mittels Schrauben 11 ein einen Magneten 9
aufweisender Rotor 10 an der Ringmanschette 7 befestigt,
die ihrerseits mittels der Stellschraube 8 am unteren
Abschnitt der Welle 1 angebracht ist. Am unteren Trommel
teil 5 ist ein Stator 12 befestigt. Weiterhin sind Dreh
wandler 13, 13′ vorgesehen.
Bei der beschriebenen Anordnung gemäß der Erfindung wer
den die Welle 1, der Flansch 4, der obere Trommelteil 3,
die Ringmanschette 7 und der Rotor 10 (im folgenden ge
meinsam als Drehkörper bezeichnet) durch die Anziehungs
kraft des im Rotor 10 angeordneten Magneten 9 sämtlich
nach oben gedrückt, so daß diese Drehkörper eine Abwärts
verlagerung durch eine abwärts wirkende Kraft einer Größe
erfahren, die durch Subtrahieren der Anziehungskraft vom
Gewicht der Drehkörper bestimmt wird, so daß die Leitnabe
6d des Gehäuses 6 sich gemäß Fig. 6 bzw. 4 mit einer ent
sprechenden Kraft an die Leitnut 7b anlegt. Die An
ziehungskraft ist dabei auf eine zweckmäßige Größe einge
stellt. Da das in der Schmiermittel-Nut 6c enthaltene
Schmiermittel eine Schmierung zwischen der Leitnabe 6d
und der Leitnut 7b bewirkt, kann die Reibungskraft an der
Berührungsstelle niedrig gehalten werden.
Wenn die Welle 1 durch den zugeordneten Motor in Drehung
versetzt wird, strömt gemäß Fig. 7 über die Bohrung 6b′
Luft in die Rillen 1a, 1a′, 1b, 1b′ ein.
Die über die Bohrung 6b′ einströmende Luft vermischt sich
mit dem Schmiermittel (lubricant) und strömt zwischen
Welle 1 und Gehäuse 9 hindurch, wobei das Luftgemisch an
den unteren Rillen 1b, 1b′ in einer Richtung entsprechend
in der Drehung der Welle 1 strömt (vgl. Fig. 4).
Da der Strömungsmitteldruck zwischen den unteren Schmier
mittel- oder Luft-Rillen 1b, 1b′ (gemäß Fig. 4) um P1
höher ist als der Druck P0 vor dem Lufteintritt, kann
hierdurch die Radialbelastung der Welle 1 abgestützt wer
den. In Fig. 4 bezeichnen die Buchstaben a, b, c und d
die jeweiligen Axialpositionen der Rillen 1b, 1b′.
Entsprechend der Drehung der Welle fließt das in der
Schmiermittel-Nut 6c enthaltene Schmiermittel über die
durch die Strömungsmittel-Leitrillen 1c gebildeten Strö
mungsbahnen α und β (vgl. Fig. 5 und 6).
Das zwischen dem Gehäuse 6 und der Ringmanschette 7 be
findliche Schmiermittel strömt entsprechend der Drehung
der Welle 1 in Pfeilrichtung gemäß Fig. 5 über die Spiral
rillen 7a ein, wobei sein Druck um P2 höher ist als der
Druck P0 vor dem Einströmen, so daß damit die Axialbe
lastung abgestützt werden kann.
In Fig. 5 bezeichnen die Buchstaben a und b die Positionen
der Innen- und Außenseiten der Spiralrillen 7a relativ
zum Zentrum.
Da sich der Druck des Schmiermittels bei der Drehung der
Leitnabe 4a des Flansches 4 mit der Welle 1 von P0 auf P2
erhöht, verlagern sich die Drehkörper relativ abwärts,
wobei beim Druck P2 zwischen der Leitnabe 4a und der Leit
nut 6a ein Abstand oder Zwischenraum in der Größenordnung
von einigen Mikrometern aufrechterhalten wird. Wenn
der Druck über P2 ansteigt, kommt die Leitnabe 4a in Be
rührung mit der Leitnut 6a unter Begrenzung der Abwärts
bewegung der Drehkörper, wobei das Schmiermittel zwischen
Leitnabe 4a und Leitnut 6a einströmen und die Reibung auf
grund der Berührung verringern kann.
Bei der beschriebenen Anordnung werden Lagerschwingung
und -geräusch im Betrieb vermieden, Abweichung bei der
Drehung bzw. unrunder Lauf ausgeschaltet und die Be
triebslebensdauer verbessert, weil die erfindungsgemäße
Anordnung anstelle von Kugellagern Fluidum-Dynamikdruck
lager verwendet. Bei der erfindungsgemäßen Anordnung wer
den damit Zitter- und Jaulstörungen des Videosignals weit
gehend unterdrückt, welche die Bildgüte beim Aufzeichnen
oder Wiedergeben des Videosignals beeinträchtigen. Darüber
hinaus ist der Aufbau der erfindungsgemäßen Kopftrommel
so einfach, daß die Bauteile, mit Ausnahme der Dreh-Welle
und des Gehäuses, auch für herkömmliche, kugelgelagerte
Kopftrommeln benutzt werden können.
Im Gegensatz zu einer herkömmlichen, kugelgelagerten
Kopftrommel wirken bei der erfindungsgemäßen Konstruktion
die Anziehungskraft des Rotors und die Axialbelastung in
entgegengesetzten Richtungen, so daß die Welle auch dann
in Drehung versetzt werden kann, wenn der Strömungsmittel-
Dynamikdruck niedriger ist als bei der bisherigen An
ordnung. Außerdem ist bei der Fertigung der Zwischenraum
zwischen Gehäuse und Welle keinen besonderen Genauigkeits
anforderungen unterworfen. Zudem wird bei der erfindungs
gemäßen Anordnung die Motorleistung besser genutzt.
Bei der erfindungsgemäßen Kopftrommel sind darüber hinaus
die Strömungsmittel-Leitrillen in der Welle ausgebildet.
Aus diesem Grund kann auch im Fall von Maßfehlern oder
Fertigungstoleranzen an Gehäuse oder Ringmanschette durch
die Zwangsumwälzung des Schmiermittels der Strömungsmittel-
Dynamikdruck gleichmäßig bzw. einwandfrei erzeugt werden,
und die Zwangsströmung (forced convection) des Strömungs
mittels kann einwandfrei geführt werden, so daß Änderungen
des erzeugten Dynamikbruchs aufgrund von Dichteunter
schieden, die von Temperaturschwankungen des Schmier
mittels herrühren, auf ein Mindestmaß verringert werden.
Da bei der erfindungsgemäßen Anordnung weiterhin der Motor
im Gegensatz zur bisherigen Kopftrommel, bei welcher der
Motor in dessen Inneres eingebaut ist, an der Außenseite
der Kopftrommel angeordnet ist, sind Zusammenbau und Zer
legen der Anordnung einfach, wodurch hohe Fertigungs
leistung und einfache Instandsetzung gewährleistet werden.
Claims (1)
- Kopftrommel für einen Videokassettenrekorder mit einem unteren Trommelteil (5), der an einer Grundplatte (B) befestigt ist, einer drehbar im Zentrum des unteren Trommelteils (5) angeordneten Welle (1), einem am oberen Abschnitt der Welle (1) angebrachten Flansch (4), einem am Flansch (4) befestigten oberen Trommelteil (3), einem Dreh-Magnetkopf (2) zum Aufzeichnen oder Wiedergeben eines Videosignals auf bzw. von einem Magnetband, Wandlern (13, 13′) zum Umsetzen des Signals, einem Stator (12) und einem Rotor (10), die am unteren Abschnitt des unteren Trommelteils (5) bzw. der Welle (1) angeordnet sind, einer an der Unterseite des Flansches (4) ausgebildeten oberen Leitnabe (4a) und einer ihr entsprechenden oberen Leitnut (6a), einer Luftströmungsnut (6b) mit einer Luftbohrung (6b′), einer am unteren Ende der Welle (1) befestigten Ringmanschette (7), auf deren Oberseite Spiralnuten (7a) vorgesehen sind, und mit mehreren Schmiermittelnuten (1a), (1a′), (1b), (1b′), die im oberen und unteren Oberflächenbereich der Welle (1) gebildet sind, dadurch gekennzeichnet,
daß die Welle (1) in einem Wellengehäuse (6) gelagert ist, das an der Innenseite des unteren Trommelteils (5) befestigt ist, auf dessen Oberseite die obere Leitnut (6a) und in dessen Mittelbereich die Luftströmungsnut (6b) und die Luftbohrung (6b′) ausgebildet sind,
daß eine untere Leitnabe (6d) an der unteren Außenkante des Wellengehäuses (6) ausgebildet ist,
daß eine der unteren Leitnabe (6d) entsprechende Leitnut (7b) im äußeren Bereich der Oberseite der Ringmanschette (7) ausgebildet ist,
daß das Wellengehäuse (6) im unteren Bereich eine Schmiermittelnut (6c) und mehrere Schmiermitteldurchflußbohrungen (6c′) aufweist, und
daß im unteren Oberflächenbereich der Welle (1) Schmiermittel-Leitnuten (1c) so ausgebildet sind, daß sich bei Drehung der Welle (1) zusammen mit der Schmiermittelnut (6c), den Schmiermitteldurchflußbohrungen (6c′) und den Spiralnuten (7a) eine Zwangsumwälzung des Schmiermittels ergibt.
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