DE69117467T2

DE69117467T2 - Bewegliche flexible Bandführung

Info

Publication number: DE69117467T2
Application number: DE1991617467
Authority: DE
Inventors: Thomas Robert Albrecht; James Howard Eaton; Jaquelin Ketner Spong
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1990-12-17
Filing date: 1991-11-25
Publication date: 1996-10-02
Anticipated expiration: 2011-11-26
Also published as: JPH05334771A; JP2543278B2; DE69117467D1; EP0491475B1; EP0491475A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf flexible bewegliche Bahnführungen und im einzelnen, wenn auch nicht ausschließlich, auf Führungen für ein sich im Pfad eines Bandlaufwerks bewegendes Band.
Vorrichtungen zur Bahn- und Bandführung sind hinlänglich bekannt. Als wohl bekannteste Verwendung einer solchen Vorrichtung ist die Bandführung über einen magnetischen Schreib- /Lesekopf in Magnetbandlaufwerken. Die Bandführung über den Kopf ist für das Schreiben und Lesen der Daten auf das beziehungsweise von dem Magnetband kritisch. Ein typisches Magnetbandlaufwerk umfaßt mehrere Elemente im Bandpfad, die für eine genaue Ausrichtung und Funktion von Band und Kopf sorgen. Der Bandpfad der IBM 3480/3490-Bandlaufwerke umfaßt zum Beispiel eine Abgabespule in einer Bandkassette, einen Schwingungsentkoppler, ein Reinigungsblatt, eine gekrümmte Luftlagerfläche auf der Zulaufseite, einen magnetischen Schreib-/Lesekopf, eine gekrümmte Luftlagerfläche auf der Aufnahmeseite, einen Spannungswandler, eine Aufnahmespule und Bandkantenführungen an den Seiten der Lagerflächen. Durch die Bandführungen wird die seitliche Position des Bands (in Richtung der Bandbreite) und die Neigung (das heißt, die Höhenveränderung des Bands über der Lagerfläche) bezogen auf den Schreib-/Lesekopf physisch ausgerichtet. Durch die seitliche Positionierung wird eine genaue Ausrichtung zwischen den Schreib-/Leseelementen des Kopfes und den Datenspuren auf dem Magnetband aufrechterhalten. Durch die Neigungskontrolle wird der seitliche Versatz zwischen auf das Band geschriebenen Bits und den Aufzeichnungselementen des Schreib-/Lesekopfes minimiert. Die Bandführungen sind entlang der gekrümmten Lagerflächen angeordnet, weil das Band an dieser Stelle, an der es nur einen geringen Abstand zu der Lagerfläche aufweist, eine stärkere Führungskraft aufnehmen kann, ohne daß es zusammengedrückt wird, als ein frei aufgehängtes Band.
Verschiedene Typen von Kantenführungen sind bekannt. Ein bekannter Typ ist eine Führung in Form einer festen, offenen Rinne, in der starre Flansche an den Bandlagerflächen angebracht sind. Die Flansche haben eine feste Position und physischen Kontakt mit der Bandkante, so daß das Band in Bezug auf den Schreib-/Lesekopf ausgerichtet wird. Durch die feste Position der Flansche muß der Abstand zwischen den Flanschen so bemessen sein, daß er die aufgrund von Fertigungstoleranzen schwankende Bandbreite aufnehmen kann. Um hier die maximale Bandbreite zu berücksichtigen, muß das Band zwischen den Flanschen ein beträchtliches "Spiel" in seitlicher Richtung haben, wodurch die Bandpositionierung ungenau ist und daher der Kopf-Servo bei der Aufrechterhaltung der genauen Ausrichtung zwischen den Schreib-/Leseelementen des Kopfes und den Datenspuren auf dem Magnetband stark belastet wird.
Einer der offenen Führungstypen umfaßt eine Rolle mit parallelen Kantenführungsflanschen. Die Rolle kann in axialer Richtung geschwenkt werden, um die Bandbewegungsrichtung zu verändern. Die Flansche sind an der Rolle befestigt, was zu dem oben genannten Problem führt. Beispiele schwenkbarer Rollen sind in US-A-4,770,550, US-A-4,518,134, US-A-4,403,720, US-A-4,122,985, US-A-3,949,919 und US-A-3,608,796 enthalten.
Eine Alternative zu den festen Führungen, durch die das seitliche Spiel zwischen dem Band und dem Kopf beseitigt wird, wird als "nachgiebige" Kantenführung bezeichnet. Bei einer solchen Führung wird eine Blattfeder oder ein anderer seitlich nachgebender Mechanismus eingesetzt, der das Band mit einer gegenüberliegenden festen Bandführung in Kontakt hält. Durch die Nachgiebigkeit der Führung werden Schwankungen in der Bandbreite und in der Bandneigung aufgrund einer unzureichenden oder wechselnden Ausrichtung des Bandpfads ausgeglichen. Beispiele nachgiebiger Führungen werden in U.S.-A- 3,317,104 und in den folgenden im IBM Technical Disclosure Bulletin veröffentlichten Artikeln beschrieben: Johnson, "Compliant Tape Guide", Band 14, Nr. 2, Juli 1971, Seite 399; Griffiths, "Continuous Compliant Tape Guide", Band 15, Nr. 8, Januar 1973, Seite 2502; Bradley et al., "Web Slitting Device", Band 17, Nr. 7, Dezember 1974, Seite 1860-61; Winarski, "Tape Guiding Analysis", Band 24, Nr. 11b, April 1982, Seite 5776-77; Andresen et al., "Tape Guide Design", Band 27, Nr. 7B, Dezember 1984, Seite 4360-61; Johnson et al., "Antimodal Compliant Tape Guide", Band 26, Nr. 7A, Dezember 1983, Seite 3398; Corradini et al., "Tape Guide Assemblies with Weighted Buttons", Band 31, Nr. 3, August 1988, Seite 232-233; Winarski, "Web-Guiding Stress Functions", Band 25, Nr. 4, September 1982, Seite 2069; Clegg et al., "Compliant Tape Guide", Band 25, Nr. 2, Juli 1982, Seite 809-810; Clegg et al., "Air Bearing Tape Guide", Band 25, Nr. 1, Juni 1982, Seite 447-48; Andresen et al., "Tape Tension Control", Band 25, Nr. 1, Juni 1982, Seite 444- 46.
Der wohl bekannteste Typ einer nachgiebigen Bandführung wird beschrieben in Garcia et al., "Compliant Guide Assembly with High Wear Resistance Contact Pads", Band 25, Nr. 5, Oktober 1986, Seite 2126-27; hierin werden die seitlich nachgiebigen Bandführungen beschrieben, die in den IBM 3480/3490- Bandlaufwerken eingesetzt werden. Diese nachgiebigen Führungen umfassen verschleißfeste Kontaktflächen, beispielsweise aus Ferrit oder Aluminiumoxid, wodurch ein Abrieb verhindert wird, der zu einer Verunreinigung des Bandlaufwerks führen würde. Die Kontaktflächen sind an den Enden von Blattfedern aus rostfreiem Stahl befestigt, so daß sie an die gekrümmten Lagerflächen angrenzen und die Bandkante beim Darüberlaufen des Bands führen; das Band wird dadurch sanft in die richtige seitliche Position gezwungen.
In US-A-3,768,717 wird eine Führung für eine bewegliche Bahn gemäß dem vorkennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 beschrieben. Die Scheibe dieser Führung ist um einen festen Drehpunkt schwenkbar.
Ein bisher sowohl bei feststehenden als auch bei nachgiebigen Kantenführungen nicht erkanntes Problem ist ihre Unfähigkeit, Veränderungen in der Bandneigung, die durch Veränderungen im Bandpfad verursacht werden, beispielsweise durch eine flatternde Bandspule, auszugleichen. Das heißt, wenn der Führungsflansch oder die Kontaktfläche nicht in der durch den Bogen der Bandkante über der Lagerfläche gebildeten Ebene liegt, kann es vorkommen, daß nur an einem einzigen Punkt ein Kontakt zwischen der Bandkante und dem Flansch entsteht, anstatt über der gesamten Länge der Führung. Bei Kontakt an einem einzigen Punkt konzentriert sich die Belastung des Bands auf diese Stelle und kann zu einem Bandverschleiß und dem Entstehen von Abriebteilchen führen. Diese Teilchen im Bandlaufpfad führen zu einem Abrieb des Magnetkopfes und damit zu einem Verlust der Signalamplitude und einer Trennung von Kopf und Band (als "dropout" bezeichnet).
Mit der Erfindung soll ein verbesserter Bahnführungsmechanismus bereitgestellt werden.
Insbesondere soll mit der Erfindung ein nachgiebiger Führungsmechanismus für flexible Bänder bereitgestellt werden, der Veränderungen in der Bandbreite und andere Parameter, die den Bandpfad beeinflussen, beispielsweise eine falsche Ausrichtung der einzelnen Komponenten im Bandpfad aufgrund von Fertigungstoleranzen, Verziehen des Bands etc., ausgleicht.
Die Erfindung bemüht sich auch darum, einen nachgiebigen Führungsmechanismus für flexible Bänder bereitzustellen, der das Entstehen von Abriebteilchen minimiert.
Dementsprechend stellt die Erfindung eine nachgiebige Führung mit kardanischer Aufhängung bereit. In einem Ausführungsbeispiel umfaßt die Führung zwei Scheiben, die an gegenüberliegenden Kanten einer gekrümmten Fläche montiert sind. Beide Scheiben sind schwenkbar angebracht, so daß Schwankungen im Bandpfad aufgrund von Toleranzen und Verziehen des Bands ausgeglichen werden können. Eine der Scheiben ist außerdem auf einer Blattfeder montiert, um Schwankungen in der Bandbreite auszugleichen. Die andere Scheibe dreht sich um einen festen Punkt. Die Kombination einer einfachen Nachgiebigkeit und der Schwenkfähigkeit verhindert, daß sich die Belastung zwischen der Bandkante und dem Führungsmechanismus an einem einzigen Kontaktpunkt konzentriert. Durch gleichmäßiges Verteilen der Spannung über die Länge der Kontaktstrecke zwischen der Führung und der Bandkante ist die durch einen solchen Kontakt entstehende Bildung von Abriebteilchen minimal. Dieser Führungsmechanismus kann bei jedem Element im Bandpfad eingesetzt werden.
Der Umfang der vorliegenden Erfindung wird in den Ansprüchen im Anhang definiert; außerdem wird im folgenden ausführlich und unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, wie die Erfindung realisiert werden kann; es zeigt:
Figur 1 eine Seitenansicht einer Bandführung gemäß der Erfindung in Form eines Diagramms;
Figur 2 eine Draufsicht auf die Führung der Figur 1; und
Figur 3 eine Draufsicht auf den Bandpfad eines Bandlaufwerks mit zwei Führungen gemäß der Erfindung.
In einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung umfaßt eine Bandführung 1 (Figuren 1 und 2) einen zylindrischen Pfosten 10 (oder eine andere gekrümmte Fläche), die für das Band 11 eine gekrümmte Lagerfläche bereitstellt. Die Führung 1 umfaßt außerdem eine obere Scheibe 20 und eine untere Scheibe 30, welche die Kanten des Bands 11 durch Kontakt mit diesen führt. Die Scheiben 20 und 30 sind aus verschleißfestern Material, beispielsweise Ferrit oder Aluminiumoxid-Keramik, rostfreiem Stahl oder anderen Werkstoffen gefertigt, um die Bildung von Abriebteilchen zu minimieren. Der Verschleiß der Scheiben 20 und 30 wird außerdem durch Abrundung der Kanten der Scheiben, welche mit dem Band Kontakt haben können, reduziert.
Die obere Scheibe 20 ist auf einem zurückgebogenen Abschnitt 21 einer Blattfeder 22 montiert, die ihrerseits an einem Montageblock 40 befestigt ist. Die Blattfeder 22, einschließlich des gebogenen Teils 21, besteht aus dünnem Stahlblech und weist eine ausreichende Federung auf. Der gebogene Teil 21 ist als integrierte Spitze einer Blattfeder 22 dargestellt, die zurückgebogen wurde und sich unter dem Hauptteil befindet, sie könnte jedoch auch getrennt hergestellt und durch Punktschweißen daran befestigt werden. Wie man sieht, ist die Blattfeder 22 durch Gewindeschrauben 41 an dem Montageblock 40 befestigt; eine solche Befestigung wäre jedoch auch mittels Kunstharzkleber, durch Punktschweißen oder andere Befestigungstechniken möglich. Die Führung 1 ist durch die Blattfeder 22 nachgiebig und ermöglicht es der oberen Scheibe 20, sich zur Kante des Bands 11 hin oder von dieser weg zu bewegen. Im normalen Einsatz befindet sich die obere Scheibe 20 in Kontakt mit der Kante des Bands 11 und zwingt das Band sanft in eine korrekte Ausrichtung im Bandpfad.
Durch diese Nachgiebigkeit werden durch Fertigungstoleranzen verursachte Breitenschwankungen des Bands 11 ausgeglichen.
Die obere Scheibe 20 kann bezogen auf den Pfosten 10 mit zwei Freiheitsgraden, die als Nickachse und Rollachse bezeichnet werden, schwenken (oder sich "kardanisch bewegen"). Die Schwenkbewegung erfolgt über eine warzenartige Verdickung 23, die aus der unteren Fläche der Blattfeder 22 durch eine Öffnung in dem gebogenen Teil 21 bis in eine Aussparung an der oberen Scheibe 20 ragt. Wie man sieht, ist die Warze 23 besonders hervorgehoben. Die Blattfeder 22 verhindert eine Drehbewegung der oberen Scheibe 20 in der durch den Bogen der Kante des Bands 11 definierten Ebene, die als Gierachse bezeichnet wird.
Der Mechanismus mit der oberen Scheibe 20, dem gebogenen Teil 21, der Blattfeder 22 und dem Drehpunkt 23 entspricht der Kopfaufhängung der IBM 3380/3390-Direktzugriffsspeicher (DASD). Der Hauptunterschied zwischen der Bandführung und der Kopfaufhängung besteht darin, daß in der Kopfaufhängung die obere Scheibe 20 ein Gleitstück ist, an dem der Magnetkopf über die Oberfläche einer Magnetplatte fliegt. Die Kopfaufhängung der IBM 3380/3390-DASD wird in US-A-4,167,765 und von Aoyagi et al. in "Integrated Head Suspension Assembly", IBM TECHNICAL DISCLOSURE BULLETIN, Band 32, Nr. 3A, August 1989, Seite 175-176, beschrieben.
Die untere Scheibe 30 ist so befestigt, daß sie mit zwei Freiheitsgraden geschwenkt werden kann. Die untere Scheibe 30 wird über ein poliertes Kugellager aus rostfreiem Stahl, einen Stift, oder einen Stein 31 geschwenkt, der in einer Aussparung des Pfostens 10 mit einem Kunstharzkleber befestigt ist. Der Stein 31 ragt in eine Aussparung in der unteren Fläche der unteren Scheibe 30. Durch die Rückhalteelemente 32 wird die Drehbewegung der unteren Scheibe 30 begrenzt. Die Rückhalteelemente 32 sind Fäden oder Schnüre aus kräftigem Material, das an der unteren Scheibe 30 und dem Montageblock 40 mittels Kunstharzkleber, Punktschweißung, durch Anknoten oder eine andere Technik befestigt wird. In alternativen Ausführungsbeispielen können die Rückhalteelemente 32 von der unteren Scheibe 30 zum Pfosten 10 verlaufen oder können durch andere bewegungsbegrenzende Mittel ersetzt werden. Die Rückhalteelemente 32 weisen eine Spannung auf, die die Nick- und Rollbewegung der unteren Scheibe 30 zuläßt, während die Gierbewegung begrenzt wird.
Durch die Schwenkfähigkeit der Scheiben 20 und 30 kann die Führung 1 Schwankungen in den Ebenen, die von den unteren und oberen Kanten des Bands 11 gebildet werden, ausgleichen, den Kontakt mit dem Band 11 jedoch über ihre Gesamtlänge aufrechterhalten, wobei die angewandte Kraft gleichmäßig über die Kontaktstrecke mit dem Band verteilt wird. Die Scheiben 20 und 30 bleiben im wesentlichen zueinander und zu den Kanten des Bands 11 parallel und sind so befestigt, daß sie am Schwerpunkt der Kontaktkraft mit dem Band schwenkbar sind. Der Schwerpunkt der Kraft ist der Schwerpunkt des Kontaktbogens zwischen den Kanten des Bands 11 und den Scheiben 20 und 30. Diese Kraftanwendung führt zu einer gleichmäßigen Verteilung der Kraft entlang der Kontaktstrecke zwischen den Kanten des Bands 11 und den Scheiben 20 und 30. Die Scheiben 20 und 30 sind vorzugsweise von geringer Masse, um die Auswirkungen der Schwerkraft und des Trägheitsmoments zu minimieren. Die Schwenkpunkte der Scheiben 20 und 30 liegen vorzugsweise so nahe wie möglich an den Kanten des Bands 11, um das Drehmoment auf die Scheiben aufgrund des Zugs durch die Bandkanten des Bands 11 zu minimieren.
Die Bandführungen 1 können in einem Magnetbandlaufwerk eingesetzt werden (Figur 3). Das Band 11 wird mittels zweier kardanisch aufgehängter nachgiebiger Führungen 1, die zwei gekrümmte Bandlagerpfosten 10 umfassen, an dem Magnetbandkopf 50 gehalten. Der Kopf 50 und/oder die Führungen 1 können auf jeder Seite des Bands 11 angeordnet sein, solange sich der Kopf 50 entlang dem Bandpfad (das heißt, in Richtung des Bandlaufs) zwischen den Führungen 1 befindet. Die Führungen 1 sind wie oben beschrieben gestaltet, sind jedoch der Einfachheit halber nicht in allen Einzelheiten dargestellt. Die Bandwickelspulen 51 und 52 sorgen für die Abgabe und die Aufnahme des Bands 11 während der Bandbewegung, abhängig von der Richtung dieser Bewegung. Der Regler 53 ist mit dem Kopf 50 und den Bandspulen 51 und 52 verbunden; er regelt die Bandbewegung und die Kopfoperationen beim Schreiben und Lesen auf das beziehungsweise von dem Band 11, wie bekannt ist. Der Einfachheit halber sind die Verbindungen zum Regler 53 nicht dargestellt, sie sind jedoch ebenfalls bekannt.
Das Bandlaufwerk und die Bandkassette können in unterschiedlichen Konfigurationen angeordnet werden. In einer dieser Konfigurationen sind die Bandwickelspulen 51 und 52 Teil einer Bandkassette, während die Führungen 1, der Kopf 50 und der Regler 53 Teil eines Bandlaufwerks sind, in das die Kassette eingelegt wird. In einer anderen Konfiguration ist eine der Bandwickelspulen in dem Bandlaufwerk enthalten, zum Beispiel in den IBM 3480/3490-Bandlaufwerken. In einer weiteren Konfiguration sind die Führungen 1 in der Bandkassette enthalten.
Zwar wurde die Erfindung unter Bezugnahme auf ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel dargestellt und beschrieben, jedoch wird der Fachmann verstehen, daß verschiedene Änderungen in Form und Detail daran vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der Erfindung, wie sie in den Ansprüchen im Anhang definiert wird, abzuweichen. Die Bandführung kann zum Beispiel durch eine beliebige Anzahl von kardanisch aufgehängten, nachgiebigen Führungen erreicht werden. Die zwei Scheiben einer Führung müssen nicht dieselbe Form aufweisen. Die Blattfeder 22 kann durch Schwerkraftmittel, elektromechanische Mittel oder andere nachgiebige Mittel ersetzt werden. Außerdem muß das Band kein Magnetband sein, sondern es kann sich um jede andere bewegliche, flexible Bahn handeln. Die hierin beschriebene Erfindung ist daher nur wie in den folgenden Ansprüchen dargelegt begrenzt.

Claims

1. Eine Führung (1) für eine bewegliche, flexible Bahn (11), umfassend eine gekrümmte Bahnlagerfläche (10) mit einer ersten Kante, eine erste Scheibe (20), die angrenzend an die erste Kante der Bahnlagerfläche schwenkbar befestigt ist, Mittel (21, 22), um auf die erste Scheibe (20) in einer im wesentlichen senkrecht zu der durch den Bogen der Kante der Bahn (11) definierten Ebene eine Kraft anzuwenden, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Scheibe (20) auf dem Mittel (21, 22) schwenkbar befestigt ist, um eine Kraft auf die erste Scheibe (20) anzuwenden, wodurch die erste Scheibe (20) sich um einen Punkt dreht, der in einer im wesentlichen senkrecht zu der durch den Bogen der Kante der Bahn (11) definierten Ebene beweglich ist.

2. Eine Führung nach Anspruch 1, bei der das Mittel zum Anwenden einer Kraft auf die erste Scheibe eine Blattfeder (22) ist.

3. Eine Führung nach Anspruch 1 oder 2, bei der die erste Scheibe (20) mit zwei Freiheitsgraden schwenkbar ist, um im wesentlichen parallel zu der Ebene zu bleiben, die von dem Bogen der Kante der Bahn (11) definiert wird.

4. Eine Führung nach Anspruch 3, bei der die Drehung der ersten Scheibe in der Ebene, die durch den Bogen der Bahnkante definiert wird, eingeschränkt ist.

5. Eine Führung nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, bei der die erste Scheibe (20) am Schwerpunkt des Kontaktbogens zwischen der Scheibe (20) und der Bahn (11) schwenkbar ist.

6. Eine Führung nach einem der vorangehenden Ansprüche, eine zweite Scheibe (30) umfassend, die angrenzend an eine zweite Kante der Bahnlagerfläche (10) schwenkbar angebracht ist.

7. Eine Führung nach Anspruch 6, bei der die zweite Scheibe (30) mit zwei Freiheitsgraden schwenkbar ist, um im wesentlichen parallel zu der Ebene zu bleiben, die von dem Bogen der Kante der Bahn (11) definiert wird.

8. Eine Führung nach Anspruch 6 oder 7, bei der die erste und die zweite Scheibe (20, 30) im wesentlichen parallel sind.

9. Eine Führung nach Anspruch 6, 7 oder 8, bei der die Drehung der zweiten Scheibe (30) in der Ebene, die von dem Bogen der Kante der Bahn (11) definiert wird, begrenzt ist.

10. Eine Führung nach Anspruch 6, 7, 8 oder 9, bei der die zweite Scheibe (30) am zweiten Schwerpunkt des Kontaktbogens zwischen der Scheibe (30) und der Bahn (11) schwenkbar ist.

11. Ein Bandpfad, eine erste und eine zweite drehbare Spule (51, 52) umfassend, ein flexibles Band (11), dessen erstes Ende um die erste drehbare Spule (51) gewickelt ist, und dessen zweites Ende um die zweite drehbare Spule (52) gewickelt ist, und eine Führung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche entlang der Bandlänge.

12. Ein Bandlaufwerk, umfassend eine erste und eine zweite drehbare Spule (51, 52), ein flexibles Band (11), dessen erstes Ende um die erste drehbare Spule (51) gewickelt ist, und dessen zweites Ende um die zweite drehbare Spule (52) gewickelt ist, einen Schreib- /Lesekopf (50), der an das Band angrenzt, mit den drehbaren Spulen gekoppelte Mittel, um die Spulendrehung zu regeln, so daß sie das Band an dem Kopf (50) vorbeiführen, mit dem Kopf gekoppelte Mittel, um kontrolliert auf das Band (11) zu schreiben beziehungsweise von diesem zu lesen, erste und zweite Führungen (1), jeweils eine Führung auf jeder Seite des Kopfes entlang der Bandlänge, wobei mindestens eine der Führungen einem der Ansprüche 1 bis 10 entspricht.