home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ HamCall (October 1991) / HamCall (Whitehall Publishing)(1991).bin / bcast / miscbcst / cartmech.txt < prev    next >
Text File  |  1990-10-14  |  38KB  |  694 lines

  1.  
  2.      *********************************************************************
  3.      *  NOTE:  The following ASCII text file (without graphics)          *
  4.      *         is contained in a printed technical paper available       *
  5.      *         from Broadcast Electronics Inc.  Unfortunately, it        *
  6.      *         was not possible to reproduce the graphics portions       *
  7.      *         of this paper within this text file.  If you find the     *
  8.      *         information in this file of interest, you may request     *
  9.      *         a complimentary, printed, copy including figures and      *
  10.      *         graphics from: BROADCAST ELECTRONICS INC.                 *
  11.      *                        P.O. BOX 3606                              *
  12.      *                        4100 N. 24TH  STREET                       *
  13.      *                        QUINCY, IL. 62305-3606                     *
  14.      *                        ATTN: SALES DEPARTMENT                     *
  15.      *                        PH  217-224-9600                           *
  16.      *                        FAX 217-224-9607                           *
  17.      *                                                                   *
  18.      *         The contents of this technical paper are                  *
  19.      *         Copyrighted (c) 1987, by Broadcast Electronics Inc.       *
  20.      *         All rights reserved.                                      *
  21.      *********************************************************************
  22.  
  23.  
  24.                       TAPE CARTRIDGE TRANSPORT SYSTEMS: 
  25.     
  26.                       DESIGN, OPERATION AND MAINTENANCE 
  27.     
  28.       
  29.                           Jeffrey H. Steinkamp, P.E. 
  30.                          Broadcast Electronics, Inc. 
  31.                                Quincy, Illinois 
  32.     
  33.                              Presented: April 1987
  34.     
  35. I.    INTRODUCTION 
  36.     
  37.       The tape cartridge transport system is the key mechanical element 
  38.       of today's modern cart machine.  The purpose of the transport 
  39.       system for NAB (National Association of Broadcasters) type tape 
  40.       cartridges is quite simple:  support the cartridge and pull the 
  41.       magnetic tape across the heads at the proper speed.  Accomplishing 
  42.       this task requires knowledge and technical expertise in many areas 
  43.       of design.  Proper design engineering and testing of the many 
  44.       components that comprise this system are paramount in producing a 
  45.       functional, reliable product. 
  46.     
  47.       This paper will discuss the design philosophy and specifics of 
  48.       each of these components.  Items discussed include the deck plate, 
  49.       solenoid, drive cable, drive cam, cross shaft, pressure roller 
  50.       shaft, pressure roller, motor capstan, cartridge guides and head box.  
  51.     
  52.       The functional operating relationships between these components 
  53.       that make up the transport system will be reviewed.  A free body 
  54.       force diagram will detail the relationships between solenoid 
  55.       force, pressure roller force and tape pull force.   
  56.     
  57.       And finally, a section covering the proper maintenance of this 
  58.       system will be included. 
  59.     
  60.       NOTE:  All of the design, operation and maintenance data dis- 
  61.       cussed in this paper are in reference to Broadcast Electronic's 
  62.       new "C" series tape cartridge transport system. 
  63.     
  64.  
  65. II.   COMPONENT DESIGN 
  66.  
  67.       Deck Plate - The deck plate (see Fig. 1) is the foundation of 
  68.       the tape transport system.  It is the platform that contains 
  69.       all of the other assembled components.  The deck must be strong, 
  70.       stable, yet simple in design.  It must functionally position the 
  71.       right hand cartridge guide, the head box, the pressure roller and 
  72.       motor capstan in accordance with NAB specifications.  Proper 
  73.       placement of these items will assure workable interaction with 
  74.       NAB designed tape cartridges.  To maintain the critical locations 
  75.       of components, the deck must be correctly dimensioned and tightly 
  76.       toleranced.  Tolerance levels of +/- .002" are quite common.  The 
  77.       best material for deck design is .500" thick aluminum tool plate 
  78.       (6061-T651 Type 200) which has excellent strength, stability and 
  79.       surface flatness characteristics.  To maintain proper perpendicu- 
  80.       larity between the deck surface and the motor capstan, a high degree 
  81.       of flatness and parallelism must exist between both the top and 
  82.       bottom surface of the deck.  Readings of only .005" TIR (Total 
  83.       Indicator Reading) for both flatness and parallelism must be 
  84.       maintained.  The top surface roughness of the deck should not 
  85.       exceed 32 microinches (1 microinch = .000001 inch) with a lay or 
  86.       graining direction parallel to the motion of cartridge insertion. 
  87.       This extra smooth surface finish eliminates unnecessary wear on the 
  88.       plastic-bodied tape cartridges.  To help protect this smooth finish, 
  89.       the deck should be clear anodized to the MIL-A-8625 specification. 
  90.       Anodizing is an electrochemical plating process that hardens the 
  91.       surface of aluminum, gives increased corrosion resistance and 
  92.       preserves aluminum's original aesthetic appearance.  As with all 
  93.       components, the deck must be closely inspected by the Quality Control
  94.       department to guarantee 100% adherence to all design parameters. 
  95.  
  96.  
  97.       Solenoid
  98.  
  99.       The purpose of the solenoid (see Fig. 1) in a tape 
  100.       transport system is to supply motion to the drive cam and cross 
  101.       shaft to rotate the pressure roller into position against the 
  102.       tape and motor capstan.  There are two major components of a 
  103.       solenoid, the body and plunger.  The body contains the electro- 
  104.       magnetic coil and should be of sturdy design with a non-corrosive 
  105.       zinc or cadmium plated finish.  The body should have adequate means 
  106.       to aid in mechanical mounting of the solenoid.  The plunger should 
  107.       be coated with a Teflon based low friction finish (Impreglon #218 
  108.       or equal) to assist in repeated smooth operation.  A tapped hole 
  109.       located in the face of the plunger is required to mechanically 
  110.       attach the cross shaft drive cable.  Equally spaced holes around the 
  111.       circumference of the exposed end of the plunger will aid in rotating 
  112.       the plunger during final adjustment.  The solenoid converts DC 
  113.       voltage into linear motion of the plunger by the creation of a 
  114.       magnetic field within the body of the solenoid.  Solenoid per- 
  115.       formance is best described graphically (see Fig. 2) in terms of 
  116.       stroke/force/voltage curves.  For any given solenoid, the force at 
  117.       the plunger varies with stroke position and applied voltage.  The 
  118.       stroke measurement is defined as the plunger distance out from the 
  119.       fully seated or bottomed position.  Internal or coil temperature 
  120.       can have a weakening effect on solenoid performance.  As the coil 
  121.       temperature increases, so does the coil electrical resistance. 
  122.       This increased resistance will result in lower current flow for a 
  123.       constant voltage level.  This decreased current will decrease the 
  124.       force performance of the solenoid.  To overcome the effect, the use 
  125.       of a constant current supply to the solenoid and adequate thermal 
  126.       dissipation and ventilation are required. 
  127.     
  128.       Solenoids in tape drive systems must not only be strong pulling 
  129.       but also quiet in operation.  To slow down the fast moving plunger, 
  130.       an adjustable air dampening device is mounted to the rear of the 
  131.       solenoid.  Dampening adjustment of the solenoid allows the drive 
  132.       system to be adjusted within the NAB specifications for transport 
  133.       start and stop times and yet be quiet in operation. 
  134.             
  135.       Although stroke/force/voltage performance will vary from solenoid 
  136.       to solenoid, a tight quality control program with sample testing 
  137.       will prevent many problems. 
  138.     
  139.       Drive Cable - The element that transfers the linear force from 
  140.       the solenoid plunger to the drive cam is the cross shaft drive cable
  141.       (see Fig. 1).  This linkage must be strong, flexible, lightweight, 
  142.       adjustable and non-magnetic.  The use of a .046" dia. 7 x 19 
  143.       stainless steel cable with an attached threaded brass stud meets 
  144.       all of these requirements.  The maximum impact tension force for 
  145.       this cable in actual use would be 27 lbs., well below the cables 
  146.       breaking strength of 270 lbs. (Factor of Safety 10:1).  Cable of 
  147.       7 x 19 construction (7 strands of 19 wires each) is used where 
  148.       flexibility and good resistance to wear is required.  Successful 
  149.       life testing of this cable to over 2 million cycles indicates 
  150.       that fatigue failure is not a problem.  The lightweight design of 
  151.       this cable at .006 #/ft. versus miniature chain link at .094 #/ft. 
  152.       is beneficial in faster start times due to lower mass inertia. 
  153.       Cable drive systems are also much quieter than the rattle of chain 
  154.       driven designs.  The brass threaded portion located at the end of the 
  155.       cable allows mechanical attachment to the solenoid plunger and 
  156.       prevents the conduction of any magnetic flux to the rest of the 
  157.       system.  At mid-span of the cable is a swaged brass ball or bead 
  158.       that will fit into a socket on the drive cam.  This ball-socket 
  159.       arrangement allows the cable to grip the cam.  At the other end of 
  160.       the cable is a lug that accommodates the return spring. 
  161.     
  162.  
  163.       Drive Cam
  164.  
  165.       The function of the cross shaft drive cam (see Fig. 1) 
  166.       is to convert the .80 inch linear movement of the solenoid plunger/ 
  167.       drive cable to rotary motion of 105 degrees.  The cam shape, which 
  168.       is basically a wheel with an offset center hole, allows the trade 
  169.       off of slightly more linear motion of the solenoid for increased 
  170.       leverage on the cross shaft.  This mechanical advantage allows for 
  171.       more pressure roller indentation and improved tape pull. 
  172.     
  173.       The drive cam is manufactured from Delrin 500 thermoplastic plastic. 
  174.       Delrin acetal resins are homopolymers that possess the needed 
  175.       characteristics of strength, rigidity, resilience and resistance 
  176.       to creep, high fatigue endurance, resistance to repeated impact, 
  177.       low static and dynamic friction, with resistance to most solvents 
  178.       and chemicals.  Lightweight design and good cosmetics are also an 
  179.       added plus for Delrin material.  As with the drive cable, the drive 
  180.       cam has been cycled over 2 million times with nearly undetectable 
  181.       amounts of wear. 
  182.       
  183.  
  184.       Cross Shaft
  185.  
  186.       The cross shaft (see Fig. 1) transmits the rotary 
  187.       motion and torque from the drive cam to the pressure roller shaft. 
  188.       This rotation of 105 degrees brings the pressure roller up into 
  189.       position to engage the tape and motor capstan. 
  190.     
  191.       Material selection is critical in the design of the cross shaft. 
  192.       Non-corrosive, non-magnetic Type 303 stainless steel rod that has 
  193.       been centerless ground and polished is the best choice.  Grinding 
  194.       the diameter to a tolerance of +/- .0005" with a surface finish of 
  195.       8 microinches is essential.  The tight toleranced diameter will 
  196.       assure wobble-free fit into the equally precise hole in the deck 
  197.       plate.  Addition of silicon grease lubrication in tandem with the 
  198.       extremely smooth polished finish will result in a low friction, 
  199.       non-binding operation. 
  200.     
  201.  
  202.       Pressure Roller Shaft
  203.  
  204.       The purpose of the pressure roller shaft 
  205.       (see Fig. 1) is to support the pressure roller on the cross shaft. 
  206.       This shaft must mechanically locate the pressure roller off the 
  207.       surface of the deck plate in accordance with NAB standards.  These
  208.         dimensions must be held precisely so the pressure roller will rotate 
  209.       up through the cartridge key hole and engage the tape properly. 
  210.       
  211.       Due to the high velocity rotation and resultant impact of the 
  212.       pressure roller against the motor capstan, the pressure roller 
  213.       shaft must be able to withstand high stress loading.  Stainless 
  214.       steel is again the choice because of its high strength, good 
  215.       ductility and non-corrosive properties.  Adequate care should be 
  216.       given in fabrication of this shaft to use generous radius in all 
  217.       machining to eliminate unwanted stress concentrations. 
  218.       
  219.       The bearing area of the pressure roller shaft should be ground to 
  220.       a diametrical tolerance of +/- .00025" with a polished surface finish
  221.       of 10 microinches.  The purpose of this grind and polish is two 
  222.       fold: one, to produce a low friction interface with the pressure 
  223.       roller bearing; and two, provide a tight bearing fit to prevent 
  224.       unwanted movement and resultant tape speed fluctuations. 
  225.     
  226.       Other features in this design include wrench flats or hex body to 
  227.       facilitate installation or removal of the shaft.  A snap ring on the 
  228.       top end of the shaft allows for quick and easy removal of the 
  229.       pressure roller if required. 
  230.     
  231.  
  232.       Pressure Roller
  233.  
  234.       The pressure roller (see Fig. 1) rotates up 
  235.       through the keyhole in the cartridge.  It pinches the tape between 
  236.       itself and the rotating motor capstan which causes linear movement 
  237.       of the tape.  During normal operation, the motor capstan drives the 
  238.       pressure roller and the pressure roller in turn pulls the tape. 
  239.       Tape slippage occurs when the force required to pull the tape from 
  240.       the cartridge exceeds the force created by the pressure roller and 
  241.       motor capstan.  At this point, the pressure roller and tape cease 
  242.       moving even though the capstan may continue to rotate.  Tape pull 
  243.       is directly related to pressure roller indentation against the 
  244.       capstan for a given pressure roller design.  More discussion of 
  245.       this relationship will be presented later in this paper. 
  246.     
  247.       The pressure roller consists of three parts, the roller, the bushing 
  248.       and the bearing.  The roller material is polyurethane which is a 
  249.       copolymer thermoplastic elastomer.  Polyurethane is the ideal 
  250.       selection for the roller because of the following characteristics: 
  251.       outstanding wear, flex and tear resistance, high resilience, good 
  252.       elasticity, very slow aging and resistance to most solvents and 
  253.       chemicals.  After casting or molding, the surface must be ground to 
  254.       a 32 microinch finish for good adhesion to the tape.  Durometer 
  255.       readings, which measure the hardness of elastic products, must be 
  256.       tightly controlled.  The outside diameter is held to +/- .003" to 
  257.       prevent unwanted elliptically shaped parts.  The natural clear 
  258.       transparent color of urethane is selected to aid Quality Control 
  259.       inspection of any internal air pockets, voids or defects. 
  260.     
  261.       The urethane roller is permanently bonded to the aluminum bushing 
  262.       during the casting/molding process.  The bushing is the interface 
  263.       between the roller and the bearing.  The inside diameter of the 
  264.       bushing must be held with tight tolerances of +/- .0005"  to 
  265.       provide a snug fit between the bushing and the bearing. 
  266.     
  267.       The bearing used in the pressure roller is a non-metallic, self-
  268.       lubricating type fabricated from Turcite material.  Turcite is a 
  269.       PTFE (Polytetrafluoroethylene) thermoplastic based product. 
  270.       Turcite bearings have excellent wear resistant properties, low 
  271.       friction, low creep, good pressure/velocity bearing performance 
  272.       and are impervious to most chemicals.  This material was selected 
  273.       because of its self-lubricating and quiet running operation. 
  274.     
  275.       Pressure roller fabrication is very critical in the performance of 
  276.       the tape cartridge machine.  An improperly balanced pressure roller 
  277.       will play havoc with tape speed specifications.  To solve this 
  278.       problem it is mandatory that the completely assembled pressure 
  279.       roller system (roller, bushing, bearing) be match machined to 
  280.       maintain precision concentricity (.002" TIR) between the roller 
  281.       outside diameter and the bearing inside diameter. 
  282.     
  283.  
  284.       Motor Capstan
  285.  
  286.       This paper will limit itself to just the 
  287.       mechanical aspects of the cart machine motor namely the motor 
  288.       capstan (see Fig. 1).  Precision shaft diameter is critical to 
  289.       maintain constant tape speed.  A diameter tolerance of +/- .0001" 
  290.       is required on the stainless steel non-magnetic shaft.  This shaft 
  291.       must be sandblasted and then hard chromed to just the right 
  292.       finish for proper tape pull performance.  Not only is the static 
  293.       diameter of the shaft critical, but the shaft when rotated 
  294.       cannot wobble by more than .00015 inches.  Just as in the case 
  295.       of the pressure roller, this rotating trueness is important to 
  296.       good cart machine performance.  
  297.     
  298.       The position of the motor capstan relative to the deck plate 
  299.       must be as near perpendicular as possible.  Specifications on the 
  300.       motor drawing should call out for shaft to mounting block angular 
  301.       dimensions of 90 degrees +/- .25 degrees.  As discussed before, the 
  302.       flatness and parallelism of the deck plate is key to proper 
  303.       component assembly of the motor and deck. 
  304.     
  305.       Incoming quality control of the motor to sort out any damaged or 
  306.       out of specification motor capstans is essential to producing a 
  307.       quality product to the customer. 
  308.     
  309.  
  310.       Cartridge Guidance System
  311.  
  312.       The tape cartridge must be exactly 
  313.       positioned on the deck plate to result in top performance.  This 
  314.       positioning is the function of the cartridge guidance system 
  315.       (see Fig. 1).  As the cartridge is placed in the mouth of the 
  316.       cart machine, the cartridge must be positioned firmly downward 
  317.       on the deck and also sideways against the right hand cartridge 
  318.       guide.  The insertion of the cartridge is of course stopped by 
  319.       the head box main frame.  These three bench marks, namely the 
  320.       deck plate, right-hand cartridge guide and head box main frame, 
  321.       are specifically located by NAB code and cannot be violated. 
  322.       Pressure pads supply the downward force and can be adjusted for 
  323.       optimum drag for NAB type cartridges.  The spring on the left 
  324.       hand cartridge guide forces the tape carrier to the far right 
  325.       during insertion. 
  326.     
  327.       The aluminum material used in the manufacturing of the left and 
  328.       right hand cartridge guides is adequately strong and is black 
  329.       anodized (MIL-A-8625) for increased wear resistance and cosmetic 
  330.       appearance.  The pressure pads are molded from black Delrin 500, a 
  331.       plastic material of low friction coefficient and high abrasion
  332.       resistance (see drive cam material). 
  333.     
  334.  
  335.       Head Box
  336.  
  337.       See included paper titled: "PHASE LOK V HEAD BOX 
  338.       ASSEMBLY: DESIGN, OPERATION, ALIGNMENT AND MAINTENANCE" By 
  339.       Richard L. Anderson. 
  340.     
  341.     
  342.  III. SYSTEM OPERATION 
  343.  
  344.       The purpose of the tape cartridge transport system is to correctly 
  345.       guide an inserted NAB cartridge in to position, rotate the pressure 
  346.       roller up into place against the motor capstan and pull the magnetic 
  347.       tape across the heads located in the head box.  After pressure roller 
  348.       rotation, the system must reach a point of equilibrium.  This 
  349.       balanced condition can best be described by the use of a free body 
  350.       diagram (FBD) (see Fig. 3).  As in every free body diagram, the 
  351.       summation of all forces and moments (torques) must equal zero.  In 
  352.       the diagram of Fig. 3, only the total moments about the cross shaft 
  353.       (Mcs) will be of concern.  Thus: 
  354.     
  355.                 Mcs = (Fs)(L1) - (Frs)(L2) - (Fpr)(L3) = 0 
  356.     
  357.       Where:  Fs = Force Of Solenoid (lbs.) 
  358.               Frs = Force Of Return Spring (lbs.) 
  359.               Fpr = Force On Pressure Roller (lbs.) 
  360.               L1 = Distance From Fs To Cross Shaft Center Line (in.) 
  361.               L2 = Distance From Frs To Cross Shaft Center Line (in.) 
  362.               L3 = Distance From Fpr To Cross Shaft Center Line (in.) 
  363.     
  364.       Knowing Frs, L1, L2 and L3 for the "C" series design, one can 
  365.       solve for Fs and Fpr.  Those results are presented in Fig. 4. 
  366.     
  367.       It is quite obvious that the amount of pressure roller force (Fpr) 
  368.       is directly related to solenoid force (Fs).  As solenoid force 
  369.       increases, so does pressure roller force.  As pressure roller 
  370.       force increases, the urethane roller is pressed tighter against the 
  371.       motor capstan.  This force causes increased indention of the pressure 
  372.       roller.  This force versus indentation is well defined for a given 
  373.       urethane pressure roller with fixed diameter, height and durometer 
  374.       (hardness).  Likewise, as the indentation increases on the pressure 
  375.       roller, the ability to pull tape also increases.  This tape pull 
  376.       force (Ftp), pressure roller force (Fpr) and roller indentation 
  377.       relationship can be reviewed in Fig. 5 with the actual numerical 
  378.       results in Fig. 4. 
  379.     
  380.       So far, only the mechanical aspects of the pressure roller indenta- 
  381.       tion and tape pull have been discussed.  In reality, an optimum 
  382.       indentation must be determined in regards to wow/flutter readings. 
  383.       With too little indentation (less than .010") tape slippage occurs, 
  384.       with too much indentation (greater than .020") an unwanted rotating 
  385.       lumping action occurs.  Thus, the ideal compromise between good 
  386.       tape pull and low wow/flutter readings is near the .015" indentation 
  387.       point.  Therefore, the tape transport system must be designed to 
  388.       stabilize at this point of equilibrium. 
  389.     
  390.       Adequate tape pull is a controversial topic for today's broad- 
  391.       caster.  With the recent introduction of HOLN (high output, low 
  392.       noise) lubricated tape in NAB cartridges, the ability to success- 
  393.       fully pull these tapes is in question.  Due to these so called
  394.       "hot" tape's smoother surface, lower coefficient of friction and 
  395.       tendency to pack tighter, it requires additional force to pull 
  396.       these tapes out of the cartridge.  The "C" series tape transport 
  397.       system was especially designed to be strong pulling without 
  398.       affecting tape speed.  At the indentation value of .015", a tape 
  399.       pull of 1.0 lbs (16 oz) is accomplished.  From extensive testing 
  400.       of NAB cartridges with "hot" tapes, this 1.0 lb pull capability 
  401.       of Broadcast Electronic's system is comfortably sufficient. 
  402.     
  403.     
  404. IV.   SYSTEM MAINTENANCE     
  405.  
  406.       The three goals of maintaining any piece of equipment are: keep 
  407.       it clean, keep it oiled and keep it adjusted.  These goals are 
  408.       quite appropriate for the tape transport system. 
  409.     
  410.       Scheduled housecleaning of the system should be standard procedure 
  411.       for every cart machine owner.  The overall system should be kept 
  412.       free of dust, dirt and foreign contamination.  The motor capstan 
  413.       and pressure roller should be cleaned daily with isopropyl alcohol 
  414.       to remove all traces of tape oxide or tape lubricant.  Use of a 
  415.       clean cloth or Q-tip is recommended.  Periodic cleaning of the 
  416.       inside diameter of the pressure roller bearing with isopropyl 
  417.       alcohol, although not required, is beneficial to increased bearing 
  418.       life. 
  419.     
  420.       Since all of the components needing lubrication are either factory 
  421.       greased or self-lubricating, the "C" series system is essentially 
  422.       maintenance free.  For instance, the motor contains permanently 
  423.       lubricated ball bearings and the Turcite pressure roller bearing 
  424.       is self-lubricating.  The cross shaft is factory lubricated with 
  425.       silicone-based grease and the drive cable is pre-oiled.  The 
  426.       teflon based coating on the solenoid plunger likewise requires no 
  427.       additional maintenance. 
  428.     
  429.       Proper adjustment of the tape transport system is essential to 
  430.       good, reliable performance.  At times, periodic adjustment may 
  431.       become necessary for the cartridge guidance system, pressure 
  432.       roller/motor capstan and solenoid setting.  Refer to the techni- 
  433.       cal manual for instructions and gaging information. 
  434.     
  435.     
  436. V.    CONCLUSIONS     
  437.  
  438.       Proper design, operation and maintenance of a tape cartridge 
  439.       transport system is critical to a successful broadcasting organi- 
  440.       zation.  The cart machine manufacturer must apply sound fundamental 
  441.       engineering principles to the design.  Broad knowledge of mechanisms,
  442.       statics, dynamic motion, material selection, and manufacturing 
  443.       technique are just a few of the specializations needed.  Mixed in 
  444.       with all this theory must be a foundation of common sense and a 
  445.       commitment to a quality product.  
  446.     
  447.       The cart machine owner must understand the operation and maintenance 
  448.       requirements of his own unique system in order to produce a cost 
  449.       effective yet quality signal to the listener.
  450.  
  451.  
  452.                         PHASE LOK V HEAD BOX ASSEMBLY: 
  453.     
  454.                  DESIGN, OPERATION, ALIGNMENT AND MAINTENANCE 
  455.     
  456.     
  457.                              Richard L. Anderson 
  458.     
  459.                          Broadcast Electronics, Inc. 
  460.     
  461.                                Quincy, Illinois 
  462.     
  463.     
  464.     
  465. I.    DESIGN     
  466.  
  467.       The design of the Broadcast Electronics Phase Lok V Head Box is the 
  468.       result of several years of extensive research and testing to obtain 
  469.       the ultimate device to accurately adjust and maintain tape head 
  470.       alignment during the most rigorous use possible, 100% duty cycle in 
  471.       a radio station studio. 
  472.     
  473.       The Phase Lok V micro-adjust head box is a completely removable unit 
  474.       that can be mechanically and electrically aligned and installed on 
  475.       any Broadcast Electronics "C" series deck without further adjustment.
  476.       Two (2) hardened and ground dowel pins accurately locate the head 
  477.       box assembly onto the deck plate.  Two (2) socket head cap screws 
  478.       secure the assembly to the deck plate. 
  479.     
  480.       The Phase Lok V Head Box Assembly serves as the positive stop for 
  481.       the tape cartridge.  It accurately locates the cartridge in the 
  482.       fully inserted position with relation to the capstan shaft, pressure 
  483.       roller and tape head penetration per the National Association of 
  484.       Broadcasters standards.  * NOTE, other deck components serve to 
  485.       position the cartridge to the right and downward position - to be 
  486.       explained in "Cartridge Guidance System", a section of the 
  487.       previous paper titled: "TAPE CARTRIDGE TRANSPORT SYSTEMS: DESIGN, 
  488.       OPERATION AND MAINTENANCE" By Jeffrey H. Steinkamp, P.E.  
  489.     
  490.       The following listed features are the reasons we feel the 
  491.       Broadcast Electronics Phase Lok V Head Box Assembly is by far the 
  492.       most rigid and maintenance free assembly used on any tape cartridge 
  493.       machine to date. 
  494.  
  495.     
  496.       1.  Frame: 
  497.     
  498.           The main frame of the Phase Lok V Head Box is made from an 
  499.           aluminum alloy (6063-T6) custom extrusion that is precision 
  500.           machined to very close tolerances to insure interchangeability 
  501.           and stability. 
  502.       
  503.           The surface is brushed finished and hard anodized per MIL-A- 
  504.           8625 for a rich, appealing and very durable finish. 
  505.  
  506.     
  507.       2.  Head Mounts: 
  508.     
  509.           The left and right head mounts are made from investment cast 
  510.           380 alloy aluminum.  These castings are precision machined to
  511.           very close tolerances.  This insures accurate positioning of the 
  512.           tape heads within the Head Box.  The castings are brushed fin- 
  513.           ished then hard anodized per MIL-A-8625 for a very durable and 
  514.           appealing finish. 
  515.     
  516.  
  517.       3.  Dual Locked Three (3) Axis Adjustments: 
  518.     
  519.           Each head mount is suspended in the frame by three (3) socket 
  520.           head die screws, three (3) very stiff compression springs and 
  521.           three (3) special cylindrical adjusting nuts.  This allows the 
  522.           tape head to be adjusted smoothly thru all axis, Height, Zenith 
  523.           and Azimuth.  Each head mount has two (2) lock screws.  One 
  524.           (1) screw locks the Height and Zenith and one (1) screw locks 
  525.           Azimuth.  This locking system insures head stability over a long 
  526.           period of rigorous use. 
  527.  
  528.     
  529.       4.  Tape Guides: 
  530.     
  531.           The two (2) tape guides are a one piece non-magnetic (.050" THK) 
  532.           stainless steel stamping.  The tooling is a custom permanent 
  533.           die set to insure an accurate part.  The high luster finish is 
  534.           accomplished by the Electro-Polish process to insure a very 
  535.           smooth surface for tape contact.  The guides are mounted in the 
  536.           frame so no screw heads contact the tape cartridge or in no way 
  537.           can the tape cartridge contact the tape guides or tape heads, 
  538.           thus preventing the adjustments from being destroyed during 
  539.           operation. 
  540.     
  541.  
  542.       5.  Single Tool Adjustments: 
  543.     
  544.           One tool fits all.  BE furnishes a screwdriver handled ball 
  545.           nosed hex wrench (BE #710-0239) to make all Phase Lok V Head 
  546.           Box adjustments. 
  547.     
  548.           These adjustments are all located with free access without 
  549.           removing any other component except the top desk cover. 
  550.     
  551.     
  552. II.   OPERATION 
  553.  
  554.       The Phase Lok V Head Box is simple yet ultra-precision in operation. 
  555.       The unique three point suspension system of the head mount allows 
  556.       the tape head to be adjusted thru the Height, Zenith & Azimuth 
  557.       axes with a smooth yet positive action. 
  558.     
  559.       The three very strong compression springs mounted between the tape 
  560.       head mount and the head box main frame exerts a holding force of 
  561.       approximately 45 lbs. on each head mount to insure a stable setting 
  562.       of each adjustment.  The three head mount adjusting screws are 
  563.       precision tooling screws that are inserted into countersunk pockets 
  564.       in the main frame.  These pockets serve to keep the head mount 
  565.       centered within the assembly.  The three compression springs are 
  566.       mounted into pockets in the head mounts and the main frame to allow 
  567.       the adjusting screws to pass thru the center of the spring thus 
  568.       putting the holding force of the spring in the force line of the 
  569.       adjusting screw. 
  570.     
  571.       The cylindrical nut that is attached to head mount adjusting screw
  572.       also seats into a half round groove in the head mount.  This cylin- 
  573.       drical nut and half round groove allows the head mount to be 
  574.       rotated without binding during adjustment.  Two oval point set 
  575.       screws serve to lock the head mount adjustment in a very positive 
  576.       position, thus eliminating any need of further adjustments, unless 
  577.       a head needs to be replaced for some reason.  The two single piece 
  578.       tape guides are mounted to the inner surface of the vertical legs 
  579.       of the main frame by two (2) 4-40 screws each.  This allows easy 
  580.       access for tape guide adjustment if needed.  The tape guides are 
  581.       mounted so that no contact by the cartridge is possible, thus 
  582.       preventing any damage to the tape cartridge or tape guide adjust- 
  583.       ments. 
  584.     
  585.       The tape heads are securely held in place by a cup point set screw. 
  586.       This screw is located in the head mount so the pressure is directly 
  587.       over the printed circuit board in the tape head, thus preventing any 
  588.       damage to the head should excessive force be applied to the set 
  589.       screw.  The locating of the tape head in the mount is accomplished 
  590.       by fully seating the tape head into the mount and tightening the set 
  591.       screw to hold it in place.  
  592.     
  593.       In summary, the Phase Lok V Head Box represents the extra effort 
  594.       Broadcast Electronics has gone to in offering the Broadcaster the 
  595.       very best in tape handling equipment. 
  596.     
  597.     
  598. III.  ALIGNMENT     
  599.  
  600.       The alignment of the Phase Lok V Head Box includes track Height, 
  601.       Zenith and Azimuth of each tape head and the tape guide height 
  602.       (see Figures 1, 2 and 3). 
  603.     
  604.       All adjustments should be made using Broadcast Electronics com- 
  605.       bination tape head, tape guide and motor gage #300-0002 to insure 
  606.       the ultimate in machine performance. 
  607.     
  608.       A.  Loosen the Height/Zenith and Azimuth lock screws turning them 
  609.           counterclockwise approximately one full turn (see Fig. 1). 
  610.     
  611.       B.  Position the head alignment end of gage 300-0002 against the 
  612.           front of the tape head.  Turn the Height/Zenith adjusting 
  613.           screws as needed to align the top edge of the upper pole piece 
  614.           with the top edge of the gage.  These adjustments should be 
  615.           made in alternating steps to keep the head movement to a mini- 
  616.           mum. 
  617.     
  618.       C.  Check Zenith adjustment and adjust until front of tape head is 
  619.           parallel to the front of gage. 
  620.     
  621.       D.  Repeat B and C until both Height and Zenith are correct. 
  622.           Tighten the Height/Zenith lock screw slightly to stabilize 
  623.           the head mount during Azimuth adjustment. 
  624.     
  625.       E.  Recheck B and C, make corrections if necessary. 
  626.     
  627.       F.  Make rough Azimuth adjustment by turning Azimuth adjusting 
  628.           screw to bring the head mount parallel to main head frame.
  629.   
  630.       G.  Repeat for the other head. 
  631.     
  632.       H.  To align the tape guides, loosen the two mounting screws lo- 
  633.           cated on the side of the main frame (see Fig. 3).  Insert the 
  634.           tape guide gage 300-0002 into the tape guide.  Check to be 
  635.           sure that the gage is flat on the deck surface.  While holding 
  636.           gage firmly in place, alternately tighten the two mounting 
  637.           screws (see Fig. 3).  Check to see that the inside edge of the 
  638.           upper guide finger just contacts the top edge of the gage.  
  639.           Repeat for other guide. 
  640.     
  641.           CAUTION:  Misadjustment or worn guides will seriously affect 
  642.                     stereo phase performance and damage valuable tapes. 
  643.                     Check the tape guides and tape heads for indications 
  644.                     of wear and replace as needed. 
  645.     
  646.       I.  Head Azimuth should be made using the alignment procedure 
  647.           outlined in the Technical Manual of each particular cart machine.
  648.     
  649.       J.  The final step is to tighten the Height/Zenith lock screw and 
  650.           the Azimuth lock screw while the machine is connected to the 
  651.           various test equipment.  NOTE:  Make special note that no 
  652.           change in readings or measurements occur. 
  653.     
  654.     
  655. IV.   MAINTENANCE     
  656.  
  657.       The Phase Lok V Head Box is without a doubt the most maintenance 
  658.       free head box design used to date.  The only maintenance required 
  659.       is periodic cleaning of the tape heads and tape guides with a 
  660.       Q-tip moistened with isopropyl alcohol to remove any tape oxide.  
  661.       Then wipe dry with a dry clean Q-tip.  Regular inspection and 
  662.       cleaning will prevent faulty recordings and damaged tapes.  The 
  663.       extra care taken to properly align all individual components within 
  664.       the tape path will produce the best in frequency response and phase 
  665.       stability.  The Phase Lok V Head Box will maintain that stability 
  666.       if properly aligned and maintained.
  667.  
  668.  
  669.                                ACKNOWLEDGEMENTS 
  670.     
  671.     A special thank you to Kathy Klingler for word processing, Jeff
  672.     Houghton and Bill Glore for the illustrations and Steve Ford and 
  673.     Jan Vance for publication assistance.
  674.     
  675.     
  676.                                THE AUTHORS 
  677.     
  678.     Jeffrey H. Steinkamp earned his BSME from the University of Illinois in
  679.     Champaign, IL.   Mr. Steinkamp is presently serving as Manager of
  680.     Mechanical Engineering for Broadcast Electronics, Inc. in Quincy, IL. 
  681.     He is a registered professional engineer in the states of Illinois, New
  682.     York and Texas, and is an active member of the National Society of
  683.     Professional Engineers.
  684.     
  685.     Richard L. Anderson attended Bradley University in Peoria, IL. Mr.
  686.     Anderson is presently employed as a Mechanical Designer for Broadcast
  687.     Electronics, Inc. in Quincy, IL.  He has specialized in professional
  688.     cartridge machine design for 25 years.  He is a certified manufacturing
  689.     engineer charter member, by The Society of Manufacturing Engineers.  He
  690.     is a 4 year graduate Tool & Die Maker from The Caterpillar apprentice
  691.     academy and is certified by the State of Illinois as a Class A tool
  692.     maker.
  693.  
  694.