DE3038459C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Magnetknopf-Stellantrieb für ein Plattenspeicherlaufwerk mit einer Antriebsspin­ del zur Aufnahme einer Platte, mit einem Magnetkopf und mit einer Führungsschraube zum Positionieren des Magnet­ kopfes über den Aufzeichnungsspuren der Platte in radia­ ler Richtung, wobei die Führungsspur der Führungsschrau­ be eine Umfangskomponente und eine Axialkomponente hat sowie abwechselnd Ruhezonen und Übergangszonen aufweist und die Positionen der Ruhezonen den Positionen der Auf­ zeichnungsspuren entsprechen. Die Erfindung betrifft insbesondere einen solchen Stellantrieb für magnetische Disketten.

Seit über 25 Jahren sind rotierende magnetische Datenspeicher-Mittel bei Rechnersystemen bekannt. Verwendet werden rotierende feste als auch abnehm­ bare harte Disketten mit magnetischen Oberflächen zur Speicherung und Auslesung von Daten. Disketten­ antriebe besitzen einen magnetischen Lese/Schreib­ kopf, der an einem beweglichen Arm sitzt, welcher den Kopf über einer ausgewählten konzentrischen Spur positioniert. Neuere Entwicklungen beziehen sich auf herausnehmbare flexible Disketten aus einer magnetisch beschichteten kreisrunden Diskette aus Mylar oder anderen flexiblen Materialien mit einem Durchmesser von etwa 20,3 cm. Systeme mit derartigen flexiblen Disketten sind kompakter und haben kleinere Kosten pro Antrieb zur Folge, als dies bei den früher verwendeten harten Disketten der Fall ist. Eine der neuesten Entwicklungen bei magnetischen Speichermitteln stellt die Entwicklung flexibler Minidisketten dar, die eine magnetisch beschichtete kreisförmige flexible Kunststoffdiskette enthalten, welche inner­ halb einer steifen Hülle liegt , die Ausschnitte für den Zugriff zum magnetischen Medium besitzt. Der­ artige Minidisketten besitzen einen Außendurchmesser von etwa 13,3 cm. Obwohl diese Speichermittel eine weitere Verbesserung der Kompaktheit und eine weitere Verringerung der Kosten pro Diskettenantrieb mit sich bringen, sind die Kosten pro gespeichertem Bit relativ groß, und dies ist dadurch bedingt, daß je­ weils nur eine einzige Minidiskette von einem Mini­ diskettenantrieb angetrieben wird. Ferner ist die Speicherdichte der Minidisketten aufgrund der Tatsache begrenzt, daß die Anzahl konzentrischer Spuren, d. h. die Spurendichte, beschränkt ist. Diese Beschränkung ergibt sich aus der Fehlermöglichkeit, die in den Einrichtungen zum Aufsuchen der ausgewählten Spuren liegt. Da die Minidisketten austauschbar oder abnehm­ bar sind, muß das Gewicht für den Kopf-Auflagedruck zum Kontaktieren der Oberfläche der Minidiskette mit dem magnetischen Lese/Schreibkopf eine beträcht­ liche Strecke von der Diskette beabstandet ange­ bracht sein, damit die Diskette ohne Störungen ein­ gesetzt und herausgenommen werden kann. Dieser Ab­ stand des Andruckelements von der Diskette hat eine erhebliche Vergrößerung der Kopf-Aufsetzzeit mit einer entsprechenden Erhöhung der mittleren Suchzeit zur Folge, die erforderlich ist, um eine ausgewählte Spur aufzusuchen. Die z.Zt. erhältlichen Antriebe für flexible Minidisketten legen also der Speicherkapazität und der Spursuchgeschwindig­ keit erhebliche Beschränkungen auf.

Aus der DE-OS 26 51 733 ist bereits ein Magnetkopf- Stellantrieb für Floppy-Disk-Laufwerke bekannt, bei der der Magnetkopf in radialer Richtung zum Aufzeichnungs­ träger mittels einer spiralförmigen Antriebsschraube bzw. Führungsschraube positioniert wird. In einer Aus­ führungsform ist die Führungsschraube rein spiralig aus­ gebildet, während sie in einer anderen Ausführungsform eine stufenförmige Führungsspur mit sich abwechselnden Ruhezonen und Übergangszonen hat, wobei die Positionen der Ruhezonen den Positionen der Aufzeichnungsspuren entsprechen. Während die Ruhezonen (auch Rastflächen genannt) in Axialrichtung der Führungsschraube keine Steigung aufweisen, haben die Übergangszonen eine gleichmäßige, konstante Steigung. Der Kopfschlitten wird also in der Übergangszone mit konstanter Geschwindigkeit bewegt und erfährt am Anfang eine abrupte Beschleunigung und am Ende eine abrupte Abbremsung, was während des Beschleunigungs- und Abbremsvorganges des Magnetkopf­ schlittens zu unerwünschten Schwingungen führt.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Stellantrieb zu schaffen, bei dem unerwünschte Schwingungen während des Beschleunigungs- und Abbrems­ vorganges des Magnetkopfschlittens unterbunden oder stark gedämpft werden.

Diese Aufgabe wird gemäß der vorliegenden Erfindung da­ durch gelöst, daß die Übergangszonen eine sich kontinu­ ierlich ändernde Steigung besitzen, die im mittleren Bereich steiler ist als an den Enden der Übergangszonen.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die Merkmale der Unteransprüche gekennzeichnet.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfin­ dung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht eines Minidisketten- Antriebs für zwei Disketten mit einem Stellantrieb gemäß der Erfindung;

Fig. 2 eine Ansicht längs der Linie 7-7 der Fig. 1;

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht der Führungsschraube des Disketten­ antriebes;

Fig. 4 eine Einzelheit des Gewindes der Führungsschraube; und

Fig. 5 eine schematische Ansicht eines Teils der Führungsschraube.

In den Fig. 1 und 2 ist ein Doppelantrieb für flexible Minidisketten mit einem Stellantrieb gemäß der Erfindung dar­ gestellt. Der Antrieb besitzt eine Grundplatte 16.

An der Grundplatte 16 ein Frontfenster 17 be­ festigt, die Ebene des Frontfensters verläuft etwa senkrecht zur Ebene der Grundplatte. Das Frontfenster 17 besitzt einen ersten und einen zweiten Spalt in zur Grundplatte parallelen Ebenen zur wahlweisen Aufnahme einlegbarer Minidisketten 42. Die aufgenommenen Minidisketten liegen ebenfalls in Ebenen, die parallel zur Ebene der Grundplatte ver­ laufen. Eine erste Spindel 21 und eine zweite Spindel 22 sind an je einer Seite der Grundplatte angeordnet und sind unabhängig voneinander drehbar auf einer Welle 25 gelagert, die mittels einer Preßpassung in der Grundplatte sitzt. Die Spindeln fluchten also auf einer Achse, die quer zur Ebene der Grundplatte läuft. Eine erste bewegliche Platte 23 und eine zweite bewegliche Platte 24 sind an Grundplattenstützen 26 und 27 befestigt, wobei die Stützen an dem dem Frontfenster gegenüberliegenden Ende der Grundplatte angeordnet sind. Die Platten 23 und 24 sind schwenk­ bar an den Stützen mittels Flachfedern 28 und 29 befestigt, welche die Platten 23 und 24 von der Ebene der Grundplatte 16 weg, d. h. voneinander weg drücken.

Eine Minidiskette 42 besitzt eine zentrale Mitten­ öffnung, deren Umfangskante wahlweise mittels eines ersten drehbaren Diskettenhalters 33 oder eines zweiten drehbaren Diskettenhalters 34 an der ersten Spindel 21 oder der zweiten Spindel 22 befestigt wird. Die Diskettenhalter 33, 34 sind an den beweg­ lichen Platten 23, 24 befestigt und besitzen einen Umfang, der aufgrund eingearbeiteter Schlitze elastisch komprimierbar ist. An den Enden der beweglichen Platten 23, 24 ist eine erste Tür 31 bzw. eine zweite Tür 32 drehbar angekoppelt. Diese Türen sind mittels eines Stifts 30 schwenkbar befestigt, der das Ende der Platten 23 und 24 an Ansätze 35 ankoppelt, welche von der Oberfläche der Türen abstehen. Beim Einsetzen wird eine Minidiskette auf ihre betreffende Spindel vom Benutzer festgeklemmt, wobei das von der Front­ fensterebene abstehende Ende der Tür angehoben und gleichzeitig in eine mit dem Frontfenster abschließen­ de Position gedreht wird. Dadurch wird die Platte festgesetzt, und es wird die Minidiskette in eine feste Position geklemmt, was einen Reibschluß der Minidiskette zu ihrer betreffenden Spindel bewirkt. Die Minidiskette wird dadurch herausgenommen, daß die betreffende Tür etwa senkrecht zur Ebene des Frontfensters gedreht wird, wodurch es den Flach­ federn 28, 29 ermöglicht wird, die Platten 23, 24 von der Ebene der Grundplatte weg zu bewegen, so daß die enthaltenen Minidisketten herausgenommen werden können. Wenn die Tür von einer Stellung parallel zur entsprechenden beweglichen Platte, d. h. aus ihrer offenen Position in eine Ebene senkrecht zur ent­ sprechenden beweglichen Platte, d. h. in die Schließ­ position bewegt wird, wird die bewegliche Platte gegen die Grundplatte hingeschwenkt und der Diskettenhalter greift in die Diskette.

Zum Antreiben der Spindeln in den beiden Richtungen ist ein Motor 36 auf der Grundplatte 16 angeordnet; die Welle 37 des Motors besitzt eine Dreh­ achse, die im wesentlichen senkrecht zur Achse der Spindeln verläuft. Ein Antriebsrad 38 ist an der Welle des Motors 36 befestigt. In der Nähe des anderen Endes des Motors ist auf der Grundplatte ein drehbares, Richtungslenkrad 39 vorgesehen, dessen Drehachse in derselben Ebene wie die Drehachse der Welle 37 liegt. Ein Endlosriemen 41 läuft über das Antriebsrad 38, die zweite Spindel 22, das Richtungs­ umlenkrad 39, und um die erste Spindel 21. Die Rich­ tung des Riemens wird durch das Antriebsrad und das Richtungsumlenkrad umgekehrt, so daß die erste Spindel und die zweite Spindel in entgegengesetzten Richtun­ gen angetrieben wird. Die an der ersten und der zweiten Spindel angeklemmten Disketten drehen sich daher in entgegengesetzten Richtungen.

Magnetische Lese/Schreibköpfe 63 und 64 sind Rücken an Rücken so positioniert, (vergl. die Köpfe 63, 64,) daß die an die Spindeln 21 und 22 angeklemmten Minidisketten in derselben Richtung, d. h. im Uhrzeigersinn, rotieren. Die beiden Minidisketten können zum Lesen und Schrei­ ben in derselben Weise, z. B. durch dieselbe elek­ tronische Schaltung, adressiert werden, da die Dis­ ketten sich an den Köpfen vorbei relativ zu den Köpfen in derselben Richtung bewegen.

In Fig. 1 ist die Minidiskette 42 auf die erste Spindel 21 mittels des ersten Diskettenhalters 33 ge­ klemmt; die Platte 23 befindet sich in "geschlossener" Position. Während die Platte 23 in die geschlossene Position geht, bewegt sich der Halter 33 in die zen­ trale Öffnung der Minidiskette mit Kraftschluß und drückt dabei den Umfang des Halters 33 zusammen und zentriert die Minidiskette auf dem Halter 33. Wenn die Platte 23 in der geschlossenen Position ist, liegt das Ende des Halters 33 innerhalb der zentralen Öffnung der Spindel 21. Die Flächen der Minidiskette werden zwischen die Oberflächen des Halters 33 und der Spindel 21 parallel zu diesen Oberflächen fest­ geklemmt. Die zweite Platte 24 ist in "offener" Position dargestellt. Wenn die Platte 23 oder 24 sich in geschlossener Position befindet, so sind diese Platten parallel zur Ebene der Grundplatte 16 ausgerichtet. In offener Position werden die Platten 23 oder 24 von der parallel zur Grundplatte 16 ver­ laufenden Lage unter dem Druck der Federn 28 bzw. 29 weggedrückt.

Mittels der Halterungen 47 und 48 ist eine erste Referenzebene 44 und eine zweite Referenzebene 46 an der Grundplatte 16 befestigt. Die Referenz­ ebenen dienen dazu, die flexiblen Disketten in einer Ebene parallel zur Achse der Radialverschiebung der Magnetköpfe zu halten.

Auf den Enden entsprechender Kopfhalter 65 und 75, die an einem Führungssschrauben-Folgerblock 66 befestigt sind, ist ein erster magnetischer Lese/Schreibkopf 63 und ein zweiter Lese/Schreibkopf 64 angeordnet. Die Köpfe 63 und 64, die Kopfhalter 65 und 75, und der Block 66 bilden einen Kopfwagen, der sich parallel zur Ebene der eingesetzten Minidiskette in radialer Richtung relativ zur Achse der Spindel 21 und 22 auf Wagenschienen 67 (Fig. 2) bewegt, die auf der Grundplatte verankert sind. Die Wagenschienen 67 verlaufen durch entsprechende Gänge (nicht darge­ stellt) im Block 66 oder durch ein daran befestigtes separates Teil.

In den Fig. 2, 3 und 5 sind Teile der Spursuchein­ richtung dargestellt. An der Grundplatte 16 ist ein Schrittmotor 68 befestigt, dessen Drehachse senkrecht zur Drehachse der ersten und zweiten Spindel 21, 22 ist. Die Welle 69 des Schrittmotors ist an einer Führungsschraube 71 befestigt, die eine schraubenförmige Spur z. B. in Form einer V- Nut 72 besitzt. Auf Befehl dreht der Schrittmotor 68 in gleichen Inkrementen die Welle 69 und die Führungs­ schraube 71. Der Kopfwagen 66 besitzt einen ersten magnetischen Lese/Schreibkopf 63 und einen zweiten magnetischen Lese/Schreibkopf 64, die koaxial so angeordnet sind, daß die Köpfe längs einer Achse fluchten, die im wesentlichen parallel zur Achse der Spindel 21 und 22 ist.

Der Kopfwagen ist bezüglich der Achse der Minidisketten radial ausgerichtet, um die Köpfe reproduzierbar über aus­ gewählten Spuren der Minidisketten zu positionieren. Ein Folgeelement, z. B. eine Kugel 78 (Fig. 1) ist an dem Führungsschrauben-Folgeblock 66 mittels einer Flachfeder 70 oder dgl. befestigt, um den Kopfwagen mit der Führungsschraube 71 zu verbinden. Die Führungsschraube besitzt eine schraubenförmige V-Nut 72, um den Kopfwagen radial zu positionieren. Die Kugel 78 ist federbelastet mittels der Feder 70 und läuft in der V-Nut 72, während sich die Führungs­ schraube dreht. Während sich der Schrittmotor dreht, führen die Welle und die Führungsschraube in radialer Richtung eine Neupositionierung des Kopf­ wagens durch. Der Kopfwagen gleitet frei längs den Wagenschienen 67, so daß die Bewegung des Kopf­ wagens längs einer Achse begrenzt wird, die radial zu den Disketten verläuft, und die Bewegung des Kopfwagens erfolgt je nach Drehrichtung des Schritt­ motors in beiden Richtungen dieser Achse; auf diese Weise kann jede beliebige konzentrische Spur auf der Oberfläche der Minidisketten ausgewählt werden.

Die Fig. 3 und 4 zeigen Einzelheiten der Führungs­ schraube 71 eines Minidisketten-Doppelantriebs. Fig. 3 ist eine perspektivische Ansicht der Führungs­ schraube 71, die eine schraubenförmige V-Nut 72 auf ihrer Oberfläche besitzt. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besitzt das Quer­ schnittsprofil der V-Nut einen Winkel von etwa 70°. Fig. 4 zeigt einen Teil der V-Nut 72 im Detail.

Die schraubenförmige V-Nut besteht abwechselnd aus Ruhezonen 73 und Übergangszonen 74 unterschiedlicher Steigung, deren Wert von verschiedenen Faktoren, wie z. B. dem maximalen Winkelfehler des Schritt­ motors, der gewünschten Spurdichte, der trägen Masse der Kopfwagenanordnung, und dem Durchmesser der Führungsschraube abhängt. Die Ruhezonen 73 ent­ sprechen in ihrer Position den Spuren auf der Scheibe, und die Übergangszonen 74 entsprechen dem Abstand zwischen den Spuren. Die Ruhezonen besitzen eine Steigung mit dem Wert Null oder eine geringere Steigung, insbesondere wenn der Abstand zwischen den Spuren groß ist. Diese geringe Steigung in den Ruhe­ zonen soll jedoch kleiner sein als die Steigung der Übergangszonen, um eine uner­ wünschte Oszillation des Führungsschrauben-Folge­ elements 78 zu verhindern. Für das folgende Bei­ spiel wird z. B. angenommen, daß die Steigung der Ruhezonen größer Null ist, d. h. daß die Ruhezonen die Form von Rampen besitzen.

Die Rampen sind durch zwei orthogonale Komponenten definiert. Eine axiale oder Translationskomponente 84 parallel zur Drehachse 76 der Führungsschraube 71, und eine Umfangs- oder Kreiskomponente 86 senkrecht zur Drehachse der Führungsschraube. Die Translations­ komponente 84 gibt den totalen zulässigen Ausricht­ fehler des Kopfes bezüglich der gewählten Spur an.

Mit zunehmender Verringerung dieser Komponente erreicht der Winkel 77 der Rampe den Wert 90°. Die Beschleunigung des Kopfwagens 66 von einer Über­ gangszone 74 zu einer Rampe 73 nimmt mit zunehmendem Winkel 77 ebenfalls zu. Mit zunehmender Beschleuni­ gung kann das Folgeelement 78 jedoch eine uner­ wünschte Oszillation innerhalb der V-Nut ausführen. Die Translationskomponente 84 der Rampe 73 parallel zur Drehachse 76 wird deshalb so klein wie möglich gewählt, um die Oszillation des Führungsschrauben-Folgelelements auf einen minimalen Wert zu bringen. In einer Aus­ führungsform der Erfindung beträgt die Translations- Komponente 84 ungefähr 0,003 cm, um einen Spursuch­ fehler von etwa ± 0,0015 cm zuzulassen. Der Winkel 77 beträgt in dieser Ausführungsform etwa 83°. Die Umfangskomponente 86 senkrecht zur Drehachse 76 entspricht der Sehnenlänge 86, die sich bei einem Strahlwinkel 87 ergibt, der etwa gleich dem doppel­ ten maximalen Winkelfehler des Schrittmotors ist. Der Strahlwinkel 87 ist derjenige Winkel, der auf eine Ebene senkrecht zur Drehachse der Führungs­ schraube projiziert wird, wobei der Scheitel des Winkels mit der Drehachse der Schraube zusammen­ fällt. In einer Ausführungsform der Erfindung beträgt der Strahlwinkel 87 etwa 2° und der Radius der Führungsschraube beträgt etwa 1,15 cm. Die resul­ tierende Sehnenlänge 86 beträgt dann etwa 0,02 cm.

Die Übergangszonen 74 wechseln mit den Rampen 73 ab und verbinden die Rampen, und besitzen eine axiale Komponente 83 parallel zur Drehachse der Führungs­ schraube 76, die etwa gleich dem Abstand zwischen den Spuren der Diskette ist. In einer Ausführungsform der Erfindung beträgt die Komponente 83 etwa 0,025 cm. Gemäß Fig. 4, ist die Steigung der Übergangszonen 74 steiler als die Steigung der Rampen 73. Eine bevor­ zugte Ausführungsform der Erfindung besitzt Über­ gangszonen mit kontinuierlich sich ändernder Stei­ gung, wobei die Steigung in der Mitte der Zone größer ist als an den Enden, damit das Folgeelement sich bei Annäherung an die Rampen verlangsamt. Der Kopfwagen 66 vollzieht dann einen weichen Übergang zwischen be­ nachbarten Rampen und minimiert dabei die Beschleu­ nigung in der Nähe der Rampen.

Die Verwendung verschiedener Steigungen ermöglicht also eine genauere Ausrichtung zwischen Kopf und Spur beim Positionieren des Kopfwagens 66 als dies bei einer konstanten Steigung möglich wäre, und sie ermöglichen eine schnellere Positionierung des Kopfwagens 66, so daß sich kürzere Zugriffszeiten zu den Daten auf den Disketten ergeben als dies bei einer konstanten Steigung der Fall ist.

Während sich der Schrittmotor inkrementell von einer Ruheposition zur nächsten weiterdreht, be­ findet sich die Kugel 78 in den Rampen 73, wenn der Motor in Ruhelage ist, und die Kugel 78 befindet sich in den Übergangszonen, wenn der Motor sich von der einen Ruheposition zur anderen Position weiter­ dreht. Die Umfangskomponente der Übergangszonen 74 entspricht einem oder mehreren Winkelinkrementen des Schrittmotors.

Anstelle der beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung kann die Spur auf der Führungsschraube statt einer Nut auch erhaben ausgebildet sein. In diesem Fall muß das Folgeelement an die erhabene Spur geeignet angepaßt sein. Ferner kann die Spur­ sucheinrichtung und die Kopfandruckeinrichtung auch bei einem Ein-Disketten-Antrieb eingesetzt werden, der in bekannter Weise angeordnet ist. Das Ver­ fahren, die Disketten gegensinnig zu drehen, um Information aus einander benachbarten Oberflächen auszulesen bzw. einzuspeichern, kann in Datenspeicher- Systeme eingesetzt werden, welche flexible Disketten oder feste oder austauschbare harte Disketten mit einem Durchmesser von 20,3 cm verarbeiten.

Claims (4)

1. Magnetkopf-Stellantrieb für ein Plattenspeicher­ laufwerk mit einer Antriebsspindel zur Aufnahme einer Platte, mit einem Magnetkopf und mit einer Führungsschraube zum Positionieren des Magnetkopfes über den Aufzeichnungsspuren der Platte in radialer Richtung, wobei die Führungsspur der Führungsschrau­ be eine Umfangskomponente und eine Axialkomponente hat sowie abwechselnd Ruhezonen und Übergangszonen aufweist und die Positionen der Ruhezonen den Posi­ tionen der Aufzeichnungsspuren entsprechen, dadurch gekennzeichnet, daß die Übergangszonen (74) eine sich kontinuierlich ändernde Steigung be­ sitzen, die im mittleren Bereich steiler ist als an den Enden der Übergangszonen.

2. Magnetkopf-Stellantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ruhezonen der Führungsspur (72) als Rampen (73) mit einer von Null abweichenden Steigung ausgebildet sind, die geringer als die Steigung in den Übergangszonen (74) ist.

3. Magnetkopf-Stellantrieb nach Anspruch 2, bei dem ein bestimmter Kopfausrichtfehler zulässig ist, wenn ein die Führungsschraube antreibender Motor einen gegebenen Winkelfehler besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß die Umfangskomponente jeder Rampe (73) etwa gleich dem doppelten Winkel­ fehler des Motors ist, und daß die Axialkomponente jeder Rampe (73) so gewählt wird, daß sie etwa gleich dem bestimmten Kopfausrichtfehler ist.

4. Magnetkopf-Stellantrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsschraube durch einen Schrittmotor (68) angetrieben wird, der die Führungsschraube (71) inkrementell von einer Ruheposition zur nächsten Ruheposition dreht, und daß sich ein Spur-Folgeelement (78) in den Ruhe­ zonen (73) befindet, wenn der Motor stillsteht, und sich in den Übergangszonen (74) befindet, wenn der Motor sich von einer Ruheposition zur nächsten weiterdreht.