NL8100143A

NL8100143A - Inrichting voor magnetische opname en weergave van signalen en magnetische overdrachtskop daarvoor.

Info

Publication number: NL8100143A
Application number: NL8100143A
Authority: NL
Original assignee: Philips Nv
Priority date: 1981-01-14
Filing date: 1981-01-14
Publication date: 1982-08-02
Also published as: JPH0447363B2; JPS57138024A; HK28186A; ATA6082A; FR2497988A1; KR890000355B1; AT372795B; KR830009559A; FR2497988B1; US4616282A; IT8219050A0; DE3200452A1; GB2091475B; GB2091475A; CA1184293A; DE3200452C2

Description

l· < • · ♦ PHN 9936 1 N.V. Philips' Gloeilampenfabrieken te Eindhoven.

Inrichting voor magnetische opname en weergave van signalen en magnetische overdrachtskop daarvoor.

Achtergrond van de uitvinding.

1. Gebied van de uitvinding.

De uitvinding heeft betrekking op een inrichting voor magnetische opname en/of weergave van signalen op een flexibel registratie-5 medium met een magnetische overdrachtskop en met geleidingsmiddelen voor het in mechanisch kontakt brengen van opeenvolgende delen van een flexibel registratiemedium met een vlak van de kop, welk vlak een zekere kromming vertoont en een niet-magnetische overdrachtsspleet bevat die een hoek net de hewegingsinrichting van het registratiemedium maakt.

10 2. Beschrijving van de stand van de techniek.

Voor een succesvolle opname en weergave van signalen op flexibele registratiedragers, in het bijzonder bij hoge dichtheden, zoals die bijvoorbeeld in recorders voor. videoregistraties en voor digitale data opslag voor konen, is het ten behoeve van een minimaal signaalverlies van 15 belang dat in het gebied van de overdrachtsspleet de afstand tassen de overdrachtskop en het registratiemedium minimaal, bij voorkeur nul, is.

Het gebied waar aan de laatste eis wordt voldaan (het z.g. kontaktvlak) definiëren we hier als het gebied waar de afstand tussen kop en regi-stratiedrager kleiner is dan ongeveer 3x de gecombineerde ruwheid van 20 hun oppervlakken. Bij grotere waarden is er sprake van een luchtfilm tussen de oppervlakken.

In inrichtingen voor de opname en weergave'van signalen die met flexibele registratiemedia werken heeft de interactie van een groot aantal parameters een aanzienlijk effect op de voorspelbaarheid en mogelijk-25 heid tot instandhouding van zo'n minimale afstand tussen kop en registratiemedium. De parameters die deze afstand beïnvloeden omvatten onder andere de contour van het naar het registratiemedium gekeerde vlak van de kop, de relatieve snelheid tussen overdrachtskop en registratiemedium, de band-spankracht, en de medium parameters zoals de de buigstijfheid 30 bepalende dikte, elasticiteitsmodulus en dwarscontractie (Poisson constante).

De tot nu toe meest gebruikelijke magneetkoppen worden vorozien van cirkelvormige profielen met een konstante radius. De dikte hQ van de 8100 14 3 - ......— --------—T-nmte PHN 9936 2 ' >, » r luchtfilm tassen het kopoppervlak en het registratienfedium kan men dan met de theorie van A. Eshel en H.G. Elrod jr. (zie: "The Theory of the Infinetely Wide, Perfectly Flexible Foil Bearing, Journal of Basic Engineering, Transactions A.S.M.E., série D, Vol. 87, 1965 pp 831-836) 5 als volgt beschrijven : ΐ s, (_!$! f 10 waarin ^ = viscositeit van het mediom waarin het registratiemedium zich verplaatst (meestal lucht) ü = relatieve snelheid registratiedrager ten opzichte van de kop 15 T = band-spankracht (= trekkracht/tapebreedte) R = radius van het kopprofiel

Kjj = model constante, afhankelijk van cmslaghoek, breedte en buigstijfheid van de registratiedrager.

Een mogelijkheid om hQ in een gegeven opname en weergave 20 inrichting en bij gebruik van een gegeven magneetband als registratiemedium (waarbij de viscositeit ^ van het medium waarin het registratie- . medium zich verplaatst, zijn snelheid U, de bandspankracht T en de constante Kg vastliggen) te minimaliseren is de kronmingsstraal R klein te maken. Dit heeft echter konsekwehties.

25 De kontaktdruk p kan men voor cirkel cilindrische profielen, schrijven als :

p = T/R

waarin p = plaatselijke kontaktdruk T = band-spankracht 30 R = radius van het profiel.

Dit betekent dat als de radius van het profiel afneemt de kontaktdruk p groter wordt, en dit betekent dat de slijtagesnelheid Sh , waarvoor geldt :

3T

35 Α-κ / 3T K · p waarin 8100143 e f PHN 9936 3 h = plaatselijke slijtdiepte 1 = gepasseerde bandlengte (= U x tijd) p = plaatselijke kontaktdruk 5 Ken oi zijn model constanten, toeneemt bij een ten behoeve van optimaal kontakt tussen kop en registra-tiedrager noodzakelijke verkleining van R.

De spleetdiepte is één van de belangrijkste parameters die tijdens het slijtageproces verandert. Voor een maximale overdrachts-10 functie is een kleine spleetdiepte gewenst. Hoe groter de slijtagesnel-heid is, des te eerder de slijtdiepte de spleetdiepte zal overschrijden, waarmee de kop onbruikbaar is geworden.

Weliswaar kan men de maximale gebruiksduur van de kop verlengen door bij het ontwerp uit te gaan van een grotere spleetdiepte, maar dit gaat 15 ten koste van de kwaliteit.

Samenvattend kan gesteld worden, dat het kennelijk onmogelijk is om met één graad van vrijheid (de radius R), zowel de dikte van de luchtfilm als de kontaktdruk onafhankelijk van elkaar te minimaliseren.

Samenvatting van de uitvinding.

20 De uitvinding verschaft een inrichting van de in de aanhef ge noemde soort met een overdrachtskop waarmee het bovenstaande dilemma op een nieuwe en verrassende wijze wordt opgelost.

De inrichting volgens de uitvinding heeft daartoe als kenmerk, dat de kromtestraal van het kontaktvlak tussen overdrachtskop en regi-25 stratiemedium ter plaatse van de overdrachtsspleet een maximale waarde heeft en vanaf de overdrachtsspleet naar zowel het naar de overdrachtsspleet toelopende deel van de registratiedrager als naar het van de overdrachtsspleet aflopende deel van de registratiedrager (bij voorkeur continu) af neemt.

30 Met deze unieke vorm van het kopprofiel wordt bereikt dat de kontaktdruk ter plaatse van de overdrachtsspleet minimaal is zodat daar de slijtagesnelheid minimaal is, en dat buiten het spleetgebied, aan de randen van het kontaktgebied, waar slijtage een mindere rol speelt, de kontaktdruk groot is. Het blijkt dat door deze (hoge) gradient in de 35 kontaktdruk de luchtfilm ter plaatse van de overdrachtsspleet in elkaar zakt, zodat daar ondanks de lage plaatselijke kontaktdruk een goed aanliggen van de registratiedrager tegen de kop gerealiseerd wordt. Het leggen van een grote kontaktdruk buiten het spleetgebied (op de "schouders") betekent 810014 3

___rfH

* I * l * 9 PHN 9936 4 bovendien dat pas na een bepaald tijdsverloop het slijtagegebied de spleet zal bereiken en afname van de spleetlengte zal optreden. In de ideale situatie zal de vereiste levensduur van de kop binnen deze tijdsduur moeten vallen, zodat de inrichting voor opname en weergave van sig-5 nalen binnen de vereiste levensduur met een maximale overdrachtskwali-teit kan werken.

De uitvinding zal bij wijze van voorbeeld nader worden toegelicht aan de hand van de tekening.

Beschrijving van de tekening.

10 Figuur 1 toont een bekende uitvoering van een magneetkop met een konstante krcraningsstraal van het bandkontaktvlak.

Figuur 2 toont schematisch het verloop van het bandkontaktvlak van een magneetkop die voor een inhbhting volgens de uitvinding bijzonder geschikt is.

15 Figuur 3 toont de grootte van de krommings straal R in ver schillende gebieden van een magneetkop met een profiel volgens figuur 2.

Figuur 4 toont de kontaktdruk in verschillende gebieden van een magneetkop met een profiel volgens figuur 2.

Figuur 5 toont de afwijking van een kopprofiel volgens de uit-20 vinding ten opzichte van de dichtstbijzijnde parabool.

Gedetailleerde beschrijving van een uitvoeringsvorm.

Bandkontaktvlak 1 van de in figuur 1 in zij-aanzicht getoonde bekende magneetkop 2 heeft een konstante krcmmingsstraal . In het midden van het bandkontaktvlak 1 bevindt zich een overdrachtsspleet 3.

25 Een magnetische registratiedrager 4 (in dit geval een magneetband) wordt van een afwikkelspoel 5 naar een opwikkelspoel 6 getransporteerd, waarbij bandgeleidingsmiddelen 7,7* zorgen dat in de de met a, b aangegeven sektor de magneetband 4 over de omslaghoek 2 Θ in kontakt komt met het bandkontaktvlak 1. Het profiel van het bandkontaktvlak 1 is cirkel- ‘ 30 vormig met een konstante (krommings) straal R^.

Voor een optimaal band-kop kontakt (t.b.v. magnetisch overdracht) is het gewenst dat er geen luchtfilm (aërodynamische smering) aanwezig is tussen band en magneetspleet. Dit impliceert dat in principe slijtage altijd aanwezig is bij een optimaal kontakt.

35 Reductie van de slijtagesnelheid door kontaktdruk vermindering is alleen toelaatbaar, indien aan genoemde eis blijft voldaan. Bij een cirkelvormige profiel kan dit gerealiseerd worden door vergroting van de radius. Echter, boven een bepaalde radius zal zich een luchtfilm gaan 8100143 ΡΗΝ 9936 5 * Μ vormen.

Met verwaarlozing van de invloed van wrijvingskrachten en de volgende benadering voor kleine ctnslaghoeken.

1 d2w 5 ____ R(x) “ dx2 waarin R: plaatselijke kromtestraal W: verplaatsing van de tape uit zijn vlak 10 x: plaatscoördinaat, kan de kontaktdruk p(x) geschreven warden als . _ d^w _ d2w P(x) = D —T - T —r· dx cbn 15 waarin p(x) = de kontaktdrukverdeling w(x) = het profiel van het kontakfcvlak Z' E hf 3 \ D =4-r—)= de buigstijfheid 20 \12dV); . T = de band-spankracht of d2?J-\ PW-Σ- -D-m R(x) dx 25 Met bovenstaande benadering kan een cirkelvormig profiel met radius R benaderd worden door 2 w(x) = w^x waarin w2- 2R 30 en

T

p(x) = — = konstant

Tussen de halve kontaktlengte L en de halve cmslaghoek $ geldt de volgende relatie 35 dw (L) -= tg -Θ- , of dx L = R tg -Θ- ^ R -Θ- 8100143 PHN 9936 6

Hieruit kan men ook een maximale radius af leiden.

L

R max max —· ^ ®min· waarin k 2 L = de maximale kontaktlengte (bijvoorbeeld de breedte

9 IucuC

van de kop) 2 ^min = minimale omslaghoek Voorbeeld.

10 Voor een kopbreedte van 8 mm, dat wil zeggen = 4 mm en een omslaghoek van 10° = (3,2 radiaal, volgt R „ -ttö = 20 mm max D.2

Verder dient qpgemerkt te worden dat tijdens het slijtage pro-15 ces de kontaktlengte toeneemt en de omslaghoek af neemt, zodat de radius toeneemt en hiermee de luchtfilm!

Bij een profiel net variabele kromming is het in principe mogelijk om kontaktlengte, omslaghoek en kontaktdruk op de spleet onafhankelijk van elkaar voor te schrijven.

20 Een willekeurig continu profiel kan als volgt beschreven worden qo

w(x) -Σ w^ x1 i=Q

In het geval van een symmetrisch profiel volgt 25 w^ = 0 voor i oneven.

De coëfficiënten van het profiel, w^, i = even, kunnen uit de randvoorwaarden bepaald worden. Beperken we ons tot 3 randvoorwaarden : 1. dw(L) = tg 30 ^ 2. P(0) = P0 3. w(0) = 0 dan kunnen we volstaan met een profiel van de vorm 2 4 35 w(x) = wQ + Wj x + w^ x waarin 8100143 * z PHN 9936 7

w = O

f - \ 1 / -p IT3 + 6D tg -Θ· w =— -2- 2L t 6D + ΤΕΓ ƒ 1 /p L + T tg -Θ- \ 4L I 6D + TEr j

De plaatselijke kromtestraal is dan 1 H (x)a--- 2w^ + 12w4x en de bijbehorende kontaktdruk 15 2 p (X)'- (~12w4T)x + (24w4D-2w2T)

Voorbeeld:

Voor pQ = -1670 N/m2 20 L = 1 irm Φ = 10° = 0,2 radiaal T = 0,5 N/o,000635 m hg = 26 micron E = 7x109 N/m2 25 w4 = 2,44 x 107 1/m3 w2 = 52,5 1/m R(o)= -9,652 x 10-3m; p(o) = -1670 N/m2 30 R(-|*) = -5.64 x 10_3m? ρφ = -7433 N/m2 R(L) = -2,67x10”3; p(L) = -24725 N/m2

Een profiel van de bovenstaande vorm is met 10 aangegeven in figuur 2. De plaatselijke kromtestraal van dit profiel is met 11 aangegeven in figuur 3 en de plaatselijke kontaktdruk met 12 in figuur 4.

35 Duidelijk is hierin te zien de opbouw van twee drukmaxima. bezijden dé spleetpositie x = 0 en een drukminimum ter plaatse van de spleetpositie.

8100143 PHN 9936 8 ' » , *

Een profiel net verlopende kranming kan op twee manieren vergeleken worden met een cirkelvormig profiel : 1. de afwijking van de dichtstbijzijnde cirkel cm de vorm-nauwkeurigheid te specificeren.

5 2. de'.luchtfilm'en kontaktlengte indien een cirkel met radius R = T/PQ wordt toegepast. afwijking van de dichtstbijzijnde cirkel.

Ter vereenvoudiging van de berekeningen gebruiken we de dichtst- bijzijnde parabool. Voor kleine cmslaghoeken is dit toegestaan, want in 10 die gevallen is hét verschil tussen een parabool en een cirkel te verwaar- .. 2 lozen. We definiëren g(x) * gQ + x als de dichtstbijzijnde parabool volgens het criterium : J = i I ~9 (X)J 2 ^ 15 De coëfficiënten go en g^ volgen uit de voorwaarden ‘k = o <Hr0 S j" S?2 = 0 ’ .

20 ά zodat 3 T4

= - rrr- W. L

*o 35 4 6 T2 g2 = w2 + 7 w4 L· 25 Om de afwijkingen te analyseren definiëren we de verschilfunctie A (x) = w (x) - g (x) = w4 x4 + (w2 - q2) x2 - go

De verschilfunctie blijkt de volgende nulpunten te bezitten: 30 x2 = - w2 ± \//^2-¾¾2 ' 2 w4 V \ 2 w4 J w4 = 6 L 2 + 4 L 2 \p6 1 35 14 14 V 5 8100143 . ·* ï PHN 9936 9

De afgeleiden blijken de volgende eigenschappen te hebben : =4 w4 x x2 + w2 ” g2

u L

5 ί2Λ ' ^ = 12 w4 x + 2 (w2 - g2) = 0 voor x = 0 10 ^ V 2w4 15 ^ J2 - „ —=— = - 2 w. . -η IT <C 0 voor x = 0 Sé 4 '

= -y- w4 L > .0 voor x = + lIJjP

20 dat wil zeggen in interval - L··^ x ^ L heeft Δ (x) ν·\ 24 4

6/14 Δ = - ~r- ^4 L

λ 3 4

locaal maximum x = 0 Δ = -y w4 L

25 globaal maximum op de randen : x = i, A = 8_ 4 35 w4 I? 30 Voor het gekozen voorbeeld volgt (zie figuur 5) : x = 0 A (0) = 2,1 x 10~6 m xs1 = 0j34 x KT3 m Δ (xs1) = 0 x_ = 0.,655 x 10“3 m Λ (xj = -2,,4 x 10~6 m

Θ Q

35 xs2 = 0^86 x 10 3 m Δ (xs2) = 0 -3 -6 x = L = 10 m Δ (L) = 5/ x 10 i 8100143 * W ' » PHN 9936 10

Over een kontaktlengte van 1 mm heeft het profiel w(x) een afwijking vanü2, 1; 2, 4 en 6 microns ten opzichte van de dichtstbij- “6 zijnde cirkel met Rw7 mm (c.g. parabool g(x) = -2, 1x10 + 73,4 x2 (l/m) ).

5 10 15 20 25 30 35 8100 14 3

Claims

1. Inrichting voor magnetische opname en/of weergave van signalen op een flexibel registratiemedium met een magnetische overdrachtskop en net geleidingsmiddelen voor het in mechanisch kontakt brengen van opeenvolgende delen van een flexibel registratiemedium net een vlak van de 5 kop, welk vlak een zékere kronming vertoont en een niet-magnetische overdrachtsspleet bevat die een hoek maakt net de bewegingsrichting van het registratiemedium, met het kenmerk, dat de kromtestraal van het kon-taktvlak ter plaatse van de overdrachtsspleet een maximale waarde heeft en vanaf de overdrachtsspleet naar zowel het naar de overdrachtsspleet toe als naar het van de overdrachtsspleet aflopende deel van het registratiemedium af neemt.

1 " ί ΡΗΝ 9936 11 CCNCLUSIES.

2. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de kromtestraal kontinu afneemt.

3. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de 15 kromtestraal vanaf een konstante waarde in het gebied van de overdrachtsspleet kontinu afneemt.

4. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de factor waarmee de kromtestraal afneemt ligt tussen 2 en 10.

5. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de kromte-2q straal afneemt van een waarde van maximaal 20 mm tot een waarde van minimaal 2 mm.

6. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de af -name van de kromtestraal aan de zijde van hét naar de overdrachtsspleet toelopende deel van het registratiemedium verschilt van de afnanp. aan 2g de zijde van het van de overdrachtsspleet aflopende deel van het medium.

7. Magneetkop met een gekrcmt band-kontaktvlak en een overdrachts-r spleet voor een inrichting volgens conclusie 1-6, roet het kenmerk, dat de kromtestraal van het bandkontaktvlak vanaf een maximale waarde bij de overdrachtsspleet afneemt. 30 35 8100143