DE3046739A1

DE3046739A1 - Antriebs-anordnung fuer die lineare positionierung einer last, insbesondere wellenantrieb

Info

Publication number: DE3046739A1
Application number: DE19803046739
Authority: DE
Inventors: Paul A. San Jose Calif. Endter
Original assignee: Atlantic Richfield Co
Current assignee: Atlantic Richfield Co
Priority date: 1979-12-20
Filing date: 1980-12-11
Publication date: 1981-09-17
Also published as: FR2472120A1; NL8006675A; GB2065824B; JPS56105366A; GB2065824A; IT8026801A0; BE886790A

Description

Atlantic Richfield Company,

Los Angeles, California, V.St.A.

Antriebs-Anordnung für die lineare Positionierung einer Last, insbesondere Wellenantrieb

Die Erfindung betrifft eine Antriebs-Anordnung für die lineare Positionierung einer Last, insbesondere Wellenantrieb.

Auf vielen Anwendungsgebieten der Technik wird gefordert, daft eine Last genau positioniert werden kann, wie dies beispielsweise bei einem Aufzeichnungs- und WJMergabekopf einer Aufzeichnungs- und Wiedergabeeinrichtung der Fall ist. Dort ist der Aufzeichnungsund Widergabekopf in bezug auf die Oberfläche eines abtastbare Informationen tragenden, sich bewegenden Aufzeichnungsträgers exakt einzustellen. *>ie genaue Positionierung des Aufzeichnungs- und Wiedergabekopfes ist erforderlich, um die beispielsweise auf einer rotierenden Speicherplatte befindlichen einzelnen abtastbaren Aufzeichnungen mit dem Aufzeichnungs- und Wiedergabekopf genau erfassen zu können und so die gespeicherten Informationen einer weiteren Verarbeitung zuzuführen, wie dies zum Beispiel bei der elektronischen Datenverarbeitung eines Video-Systems oder einer ähnlichen Einrichtung der Fall ist. In solchen Systemen können ein sogenannter toter Gang oder Antriebsspiel sowie ein Rutschen zwischen den Teilen des Antriebsmechanisraus und der zu bewegenden Last nicht toleriert werden.

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Zwar sind Mittel bekannt geworden, um den toten Gang oder das Antriebsspiel und das Rutschen zu verhindern; dies sind in der Regel sogenannte Bleischrauben-Mechanismen oder Zahnstangen- und Ritzel-Systeme, bei denen das Ritzel beispielsweise aus einem vorgespannten Kunststoff-Bauteil besteht oder ein solches umfaßt, durch welches die Verzahnungen der Zahnstangen zusammenlaufend gehalten werden. Die Erfahrung hat jedoch gezeigt, daß auch bei solchen Einrichtungen ein gewisser toter Gang oder Lagerspiel nach einiger Betriebszeit eintritt, das einen Austausch des Antriebsmechanismus erforderlich macht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein neues Antriebssystem der eingangs genannten Art zu schaffen, dessen Bauteile auf möglichst einfache Weise so ausgebildet und angeordnet sind, daß ein Lagerspiel und ein Rutschen auch nach längerer Betriebszeit nicht eintreten kann.

Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung gelöst durch einen der Aufnahme der Last dienenden Träger, der eine erste und eine zweite, im Abstand und parallel zueinander angeordnete geschliffene Fläche aufweist, von denen die erste Fläche mit der geschliffenen Außenfläche der mit einem Antrieb in starrer Verbindung stehenden Antriebswelle und die zweite Fläche mit einer Gegendruckrolle in Eingriff steht, und durch Mittel zur Vorspannung der Antriebswelle relativ zur ersten Fläche des Trägers in einer solchen Größe, daß die Inertialkräfte von Träger und Last aufgehoben werden.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Der erfindungsgemäße Antrieb zeichnet sich durch eine Reihe von Vorteilen aus. Der nach der Erfindung ausgebildete Wellentrieb benutzt geschliffene Flächen als Berührungs- oder Kontaktflächen zwischen dem treibenden und dem angetriebenen Glied. Eine geeignete Vorspannung zwischen beiden Gliedern sichert eine schnelle rutschfreie Bewegung der Last in exakte Positionen. Sobald die

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Vorspannung zwischen treibendem und getriebenen Glied überwunden ist, wird die Last bewegt, unabhängig von der Erregung des treibenden Gliedes. Diese synergetische Kombination der Getriebe-Elemente ergibt die ungewöhnlichen und unerwarteten Ergebnisse des schnellen Startens und Stoppens der Last und die Einhaltung der gewünschten Position ohne Rutschen, totem Gang oder Lagerspiel oder überfahren der Position trotz der Tatsache, daß geschliffene Flächen zwischen dem treibenden und getriebenen Teil des Antriebes benutzt werden. Für einen solchen Antrieb gibt es viele Anwendungsmöglichkeiten. Besonders vorteilhaft ist aber seine Anwendung als Antrieb für den Aufzeichnungs- und Wiedergabekopf einer Video-Aufzeichnungs- und Wiedergabe-Vorrichtung, deren Aufzeichnungsträger eine transparente Mylar-Scheibe oder -Platte ist, die mit hoher Geschwindigkeit unterhalb des Aufzeichnungs- und Wiedergabekopfes rotiert, und bei der eine schnelle und genaue Positionierung des Aufzeichnungs- und Wiedergabekopfes in bezug auf die rotierende Scheibe oder Platte erforderlich ist.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand dreier in der Zeichnung schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele beschrieben.

Es zeigen

Figur 1

eine teilweise im Schnitt gezeichnete Aufnahme- und Wiedergabe-Einrichtung mit dem Wellentrieb gemäß der Erfindung,

Figur 2 einen Teil des Wellentriebes nach dem Schnitt gemäß der Linie 2-2 in Figur 1,

Figur 3 eine Einzelheit des in den Figuren 1 und 2 dargestellten Wellentriebes,

Figur 4 eine Einzelheit des Wellentriebes gemäß der Schnittlinie 4-4 in Figur 1,

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Figur 5 eine perspektivische Schemadarstellung einer zweiten Ausführungsform des Wellentriebes gemäß der'Erfindung,

Figur 6 eine weitere Ausbildung des eine Vorspannung erzeugenden Bauteiles des Wellenantriebes gemäß der Erfindung, und

Figur 7 einen weitere Einzelheiten zeigenden Schnitt gemäß der Linie 7-7 in Figur 6.

Eine flexible Scheibe oder Speicherplatte 10 ist, wie Figur 1 zeigt, auf einer Scheibe 12 gelagert, die mit der Welle 14 eines Motors 16 verbunden ist. Wie an sich bekannt, wird die Speicherplatte 10 beim Anschalten des Motors 16 mit hoher Drehgeschwindigkeit bewegt, da sie mit der Scheibe 12 in nicht rutschender Weise aufgelegt ist.

Wie der Figur 1 ferner zu entnehmen ist, befindet sich die Scheibe 12 oberhalb einer Basisplatte 18. Während der Rotationsbewegung der Speicherplatte 10 wird Luft durch eine Öffnung 20 in der Basisplatte 18 geblasen, wie es die Pfeile 22 verdeutlichen. Diese Luft strömt zwischen Speicherplatte und Basisplatte in Richtung der Pfeile 24 und erzeugt auf diese Weise ein die Speicherplatte tragendes Luftkissen. Die Erzeugung des Luftkissens beim Einströmen der Luft in Richtung der Pfeile 22 und 24 ist ein sich selbst erzeugender und sich selbst aufrechterhaltender Prozeß.

Eine Aufzeichnung3- und Abtast-Vorrichtung 26 weist einen Arm 28 auf und wird von einem mit dem Arm 28 in Wirkverbindung stehenden Wellentrieb 30 angetrieben. Sobald der Antrieb eingeschaltet ist, wird die Abtastvorrichtung 26 in einander entgegengesetzten Richtungen - wie durch den Pfeil 34 angedeutet - angetrieben, um den Lesekopf 26 in bezug auf die sich drehende Speicherplatte 10 exakt zu positionieren, also einzustellen. Ein Schlitz 36 ist in der Basisplatte 18 vorgesehen, um den Lesekopf bei seiner Einstellbewegung radial zu führen, die durch den Antrieb 30 erzeugt wird.

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Die Abtasteinrichtung 28 weist ferner zwei Finger 40 und 42 auf, die je einen Lagerschuh 44 bzw. 46 tragen, die den mehrteiligen Lesekopf 26 aufnehmen. Die Lagerschuhe 44 und 46 sind nahe der Ober- und Unterkante der Speicherplatte 10 angeordnet, ohne diese jedoch zu berühren und tragen optische Teile des Lesekopfes, die zur Abtastung der auf der Speicherplatte gespeicherten Informationen dienen. Für den hier in Frage kommenden Fachmann ist es ohne weiteres klar, daß die Lagerschuhe genau radial ausgerichtet werden müssen, um eine gewünschte gespeicherte Information abtasten zu können. Diese Einstellung wird durch den Antrieb 30 bewirkt, der einen Träger 52 in Form einer Schiene aufweist, die in Eingriff mit einem Antriebsmittel, nämlich einer Welle 54 steht, welche ihrerseits mit einem Motor 56 starr verbunden ist. Der Motor 56 ist vorzugsweise ein Gleichstrommotor, der über ein Kabel 60 mit einem elektronischen Steuerstromkreis 58 verbunden ist.

Wie aus den Figuren 2 bis 4 zu entnehmen ist, besteht der Antrieb 30 aus der bereits erwähnten Schiene 52, die mit dem Arm 38 der Abtastvorrichtung fest verbunden ist, beispielsweise durch Bolzen und Schrauben 62. Die mit dem Motor 56 verbundene Welle 54 besitzt eine geschliffene Oberfläche, die mit einer geschliffenen Oberfläche der einen Seite der Schiene 52 in Eingriff steht. Ein Flansch 64 ist am stirnseitigen Ende der Welle 54 und ein weiterer Flansch 66 ist am motorseitigen Ende der Welle vorgesehen, die beide Schultern für die Welle bilden, zwischen denen die Schiene eingreift. Mit anderen Worten, die Welle 54 weist eine Nut auf, auf deren Grundfläche die eine Kante der Schiene 52 aufliegt. Auf diese Weise wird die Schiene in allen möglichen Betriebslagen und -Zuständen stets im Eingriff mit der Welle gehalten. Der Antriebswelle 54 gegenüberliegend greift an der gegenüberliegenden Kante der Schiene 52 eine Gegendruckrolle 68 an, die im vorliegenden Ausführungsbeispiel gemäß Figur 3 als auf einem Lagerbolzen 70 drehbar gelagerte Rolle 68 ausgebildet ist. Der Lagerbolzen ist auf einem Hebelarm 72 befestigt, der um einen Lagerbolzen 74 in Richtung des Pfeiles 76 schwenkbar gelagert ist. Mit dem Hebelarm 72 ist eine nicht dargestellte Feder, in Figur 5 schematisch

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mit F bezeichnet, verbunden, die das Bestreben hat, den Hebelarm in Richtung des Pfeiles 76 zu schwenken. Hierdurch wirkt eine Kraft gegen die Schiene 52, so daß diese in Eingriff mit der Antriebswelle 54 gehalten ist. Die Federkraft ist dabei so bemessen, daß die Andruckskraft zwischen der Schiene 52 und der Antriebswelle 54 gerade der Inertialkraft entspricht, hervorgerufen durch die Beschleunigungen und Verzögerungen der Wiedergabevorrichtung 28, bestehend aus den Armen 38, 40, 42, den Lagerschuhen 44 und 46, den optischen Teilen und allen dazugehörenden Teilen.

In den Fällen, bei denen der Träger in Form einer zwischen Antriebswelle und Gegendruckrolle eingespannten Schiene ausgebildet ist, können Instabilitäten auftreten. In diesen Fällen ist eine Stabilisierungs-Vorrichtung notwendig. In Figur 4 ist eine solche mit 80 bezeichnete Stabilisierungs-Vorrichtung dargestellt. Sie besteht aus Führungsschienen 82, die mit Führungsgliedern 86 zusammenwirken, um den Träger 28 während seiner Hin- und Herbewegung zu stabilisieren. Die Führungsglieder 86 sind in der Regel Rollen, die auf als Achslager dienenden Schuhen 46 drehbar gelagert sind.

Es können aber auch Kunststoff-Gleitstücke Anwendung finden, die von den Schienen 82 teilweise umfaßt sind. Anstelle der Schienen 82 können auch Schlitze oder Nuten angewendet werden, innerhalb denen die Gleiteleraente 86 geführt werden. In gleicher Weise kann auch der beschriebene Träger 28 unterschiedlich ausgebildet sein.

Eine andere Ausführungsform ist in Figur 5 dargestellt. Der Träger ist dort eine Schiene oder Platte 90 mit einer ersten und einer gegenüberliegend angeordneten zweiten ebenen Fläche 90 und 92. Von dem einen Ende erstreckt sich ein flexibler Steg 98, an dem ein Querstab 100 befestigt ist, der Öffnungen 102 zwecks Verbindens mit einer zu bewegenden Last aufweist. Der flexible Steg 98 kompensiert jedxiede Falschausrichtung zwischen dem Antrieb 104 und der Gegendruckrolle 106. Die in Figur 5 dargestellte Ausfüh-

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rungsform ist vorzugsweise zum Positionieren von schweren Lasten geeignet. Auch dort sind die miteinander in Kontakt befindlichen Oberflächen 92 und 94 von Platte 90 bzw. die Mantelflächen von Antriebswelle 104 und Gegendruckrolle 106 eben und geschliffen. Auch dort wirkt eine Federkraft F in Richtung des Pfeiles und hält über die Andrückrolle die Platte in Kontakt mit der Antriebswelle in der Weise, wie es für das Ausführungsbeispiel gemäß den Figuren 1 bis 3 beschrieben worden ist.

In den Figuren 6 und 7 ist eine weitere Ausführungsform der Mittel gezeigt, die die Antriebswelle in Antriebskontakt mit dem Träger halten. Eine den Träger darstellende Schiene 110 weist ebenfalls eine erste und zweite, einander gegenüberliegende, im wesentlichen parallele Fläche 112 und 114 auf, von denen der Fläche 112 zwei Gegendruckrollen 116 und 118 zugeordnet sind. Eine Antriebswelle 122 ist innerhalb eines Gehäuses 120 gelagert und so ausgerichtet, daß sie in Antriebskontakt mit der Fläche 114 des Trägers ist, vgl. Figur 7. Die Drehachsen von Antriebswelle und Gegendruckrollen befinden sich an den Kanten eines Dreiecks, dessen Spitze von der Drehachse der Antriebswelle gebildet ist. Die gedachten Verbindungslinien von dieser Spitze zu den Spitzen der Basis umfassen dabei einen Winkel von mindestens 15°; vgl. Figur 6. Eine solche Anordnung ist in sich stabil oder statisch bestimmt, so daß dort - im Gegensatz zu den bisherigen Ausführungsbeispielen - keine zusätzlichen Stabilisierungsmittel vorzusehen sind.

Wie insbesondere der Figur 6 zu entnehmen ist, liegt die Drehachse der Antriebswelle exzentrisch zur Mittelachse des Gehäuses 120. Mit Hilfe von auf einer Spirallinie liegenden Schlitzen 124, 126, 128 usf. und darin eingreifenden, nicht dargestellten Bolzen läßt sich das Gehäuse 120 in Richtung des Doppelpfeiles 130 in einander entgegengesetzten Richtungen verdrehen. Hierbei ändert sich der Achsabstand in bezug auf die Fläche 114 des Trägers, so daß auf einfache Weise eine Vorspannung zwischen Antriebswelle und Fläche 114 erzeugbar ist. Nach Einstellung der gewünschten

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Vorspannung sind die genannten Bolzen festzulegen, so daß das Gehäuse 120 unbeweglich wird. Die Steigung der Schlitze 124 bis 128 in bezug auf die Drehachse der Antriebswelle bestimmt das Ausmaß der möglichen Änderung des Abstandes und damit der möglichen Last. Auch dort wird die Größe der Last so gewählt, wie es für das Ausführungsbeispiel gemäß den Figuren 1 bis 3 beschrieben ist, nämlich so, daß die Inertialkräfte bei der Beschleunigung und Verzögerung des Trägers und seiner Last, um diese genau einzustellen, kompensiert werden.

Als Beispiel hierfür sei folgendes angeführt: Falls das Gewicht von Träger und damit verbundener Last etwa 5,4432 kg (12 pounds) beträgt, muß die Anpreßkraft zwischen Antriebswelle und Kontaktfläche der Schiene bzw. des Trägers etwa 40,288 kp (80 pounds) betragen. Beträgt dagegen das Gewicht nur 0,4536 kg (1 pound), so genügen als Anpreßkraft 5,8968 kp (12 13 pounds). Wie durch Versuche bestätigt gefunden wurde, ist bei Anwendung der beschriebenen Konstruktionsprinzipien und der Kompensationskraft unter Verwendung geschliffener Kontaktflächen ein direkt wirkender Antrieb zu erhalten, der ohne jeden Totgang und ohne jedes Rutschen unabhängig von der Antriebsrichtung arbeitet. Wenn ferner gehärteter Werkstoff, wie zum Beispiel Werkzeugstahl, für die Kontaktflächen benutzt wird, ist ein abriebfreier und damit störungsfreier Betrieb über relativ lange Zeitperioden möglich, Obwohl viele derartige Werkstoffe zur Verfügung stehen, ist der oben genannte, warm behandelte Werkzeugstahl mit einer Rockwell-Härte von 50 bis 60 eine bevorzugte Lösung für den beschriebenen Antrieb.

Wie aus der Figur 7 ferner zu ersehen ist, wird dort die Führung für die Schiene 110 durch einen Einschnitt 132 im Gehäuse 120 erzielt. Auch dort sind der Antriebsmotor 136 und die Antriebswelle 122 starr miteinander verbunden, was zum Beispiel durch einen Preßsitz der Antriebswelle in einer Bohrung 134 im Motor 136 erzielt wird. Vor dem Einsetzen der Antriebswelle in die Bohrung ist noch ein Epoxy-Kleber zwischengefügt worden. Motor und An-

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triebswelle werden dann in geeigneter Weise in dem Gehäuse 120
gelagert, so daß die beschriebene axiale Verstellung der Antriebswelle in bezug auf die ihr zugeordnete Kontaktfläche des Trägers,
d.h. der Schiene 110 möglich ist, um die erforderliche Vorspannung zu erzeugen.

Für den hier in Frage stehenden Fachmann ist ohne weiteres ersichtlich, daß bei geschliffenen Kontaktflächen von Träger und Antriebswelle und Gegendruckrolle oder -Rollen der Träger auch ohne den
Motor anzuschalten leicht bewegbar ist, hierzu ist lediglich die
Reibungskraft zwischen den Kontaktflächen und das Gewicht der Last zu überwinden. Die Last kann daher auch auf andere Weise als durch Einschalten des Motors in die gewünschte Position eingestellt werden. Die Genauigkeit der Einstellbewegungen hängt selbstverständlich von der Einhaltung genauer Toleranzen der Kontaktflächen, insbesondere von der Mantelfläche der Antriebswelle ab. Mit Hilfe der beschriebenen Antriebs-Anordnung läßt sich eine Last genau und
schnell über lange Betriebszeiten unverändert innerhalb eines vorgegebenen Einstellbereiches in jede gewünschte Position einstellen.

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Claims

.. r^r "Τ. 11Λ. 299

DP 50-6-443A Atlantic Richfield Company,

Los Angeles, California, V.St.A,

PATENTANSPRÜCHE

Antriebs-Anordnung für die lineare Positionierung einer Last, insbesondere Wellenantrieb, gekennzeichnet durch einen der Aufnahme der Last (10) dienenden Träger (38, 40, 42), der eine erste und eine zweite, im Abstand und parallel zueinander angeordnete geschliffene Fläche (52, 90, 92, 94) aufweist, von denen die erste Fläche (92) mit der geschliffenen Außenfläche der mit einem Antrieb (56) in starrer Verbindung stehenden Antriebswelle (54) und die zweite Fläche mit einer Gegendruckrolle (68) in Eingriff steht, und durch Mittel (72, 124, -126, 128) zur Vorspannung der Antriebswelle relativ zur ersten Fläche des Trägers in einer solchen Größe, daß die Inertialkräfte von Träger (38, 40, 42) und Last (10) aufgehoben werden.
2. Antriebs-Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die erste und zweite Fläche (92, 94) des Trägers (52, 90, 92, 94) aus einem Abrieb verhindernden harten Werkstoff bestehen.
3. Antriebs-Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Werkstoff Werkzeugstahl ist.
4. Antriebs-Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Antriebsmittel (56) von einem Gehäuse (120) umschlossen sind, das um eine vorbestimmte Achse (134) drehbar ist, und daß die Antriebswelle (122) relativ zur vorbestimmten Achse (134) versetzt ist, so daß

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durch eine Drehung des Gehäuses die Vorspannung zwischen Antriebswelle und der ersten Fläche (92) des Trägers (90) veränderbar ist.
5. Antriebs-Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Mittel zur Erzeugung einer Vorspannung eine Feder (F) umfassen.
6. Antriebs-Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß die Feder (F) mittels Übertragungsmitteln (72) auch mit der Gegendruckrolle (106) zwecks Anlage an der zweiten Fläche (94) des Trägers (90, 110) in Wirkverbindung ist.
7. Antriebs-Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Gegendruckrolle aus einer ersten (116) und einer zweiten Rolle (118) besteht, die gegenüber der Antriebsrolle (122) derart angeordnet sind, daß die Drehachsen von Gegendruckrollen und Antriebswelle die Ecken eines gedachten Dreiecks bilden, dessen die Antriebswelle schneidende Seiten <
vgl. Figur 6.

dende Seiten einen Winkel von wenigstens 15° einschließen,
8. Antriebs-Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß die Antriebswelle (122) und die Gegendruckrollen (116, 118) in bezug auf die Längsachse des Trägers '110) gegeneinander versetzt angeordnet sind und Stabilisierungsmittel (86) aufweisen, die an dem Träger befestigt sind.
9. Antriebs-Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß zwischen Träger (38, 90, 110) und Vorspannungserzeugenden Mitteln (F, 120) zwecks Ausgleich von Fehlausrichtungen zwischen Träger und vorspannungserzeugenden Mitteln ein flexibles Medium angeordnet ist.

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10. Antriebs-Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Antriebswelle (54) eine erste
und eine zweite Flanke (64, 66) aufweist, zwischen denen
die am Träger (38, 52) angreifende Fläche (54) angeordnet
ist.
11. Antriebs-Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß im Abstand zur Antriebswelle (54)
und der oder den Gegendruckrollen (68, 116, 118) angeordnete Stabilisierungsmittel (36) vorgesehen sind zwecks Stabilisierung von Träger (38) und Last (10).
12. Antriebs-Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet , daß die Stabilisierungsmittel miteinander zusammenwirkende Spurschienen (82) und Gleitrollen (86) aufweisen, vgl. Figur 4.
13· Antriebs-Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet , daß die Stabilisierungsmittel miteinander zusammenwirkende Führungs- und Gleitschienen (82) aufweisen, welche Gleitschienen einen in den Führungsschienen
angeordneten Bleck aus Kunststoff umfassen.
14. Antriebs-Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet , daß die Stabilisierungsmittel eine Führungsbahn (36) und ein mit dieser zusammenwirkendes Führungsstück umfassen, das mit dem Träger (38) verbunden ist.

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