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Es geht um die Lagerung der Plattenspieler-Tellers

Der große Dual-Platten-Teller
und der kleine Teller unten drunter

Es gibt ja beim Plattenspieler nicht nur die Problematik des Tonarms und des Abtatssystems und die Problematik der Kombination von beiden bezüglich der Resonanzfrequenz, der Plattenteller hat auch so seine Meriten.

Der Plattenteller soll schon mal gar nicht wackeln, das wäre ganz schlimm, "eiern" darf er auch nicht und rumpeln darf er natürlich auch nicht. Dennoch soll er möglichst schwer sein, damit er möglichst gleichmäßig rund läuft.

Deshalb gibt es zwei Forderungen an das Lager des Tellers.
Die Lagerachse sollte so lang wie möglich sein, damit der Teller rund läuft. Also je weiter die beiden Kugellager (oder Gleitlager) voneinander entfernt sind, desto weniger machen sich die Toleranzen bemerkbar.

Und wenn der Teller so schwer wie möglich sein soll, dann muß auch das Lager am Fuß der Teller-Achse diesen senkrechten Druck auffangen - also diese Last aushalten und verschleißfrei drehen.
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Die Achse im Chassis oder im Platten-Teller des Plattenspielers

Die Achse aus dem Daul 1249 Wechsler

Die senkrechte Achse des Tellers ist in der Länge durch die Bauhöhe des Spielers begrenzt. Es gibt da ganz "lustige" Konstellationen von ganz flachen Abspielgeräten. Erwarten Sie dort also keine Wunder. Bei unserem Dual 604, der ist nahezu fabrikenu, wackelt der billige leichte 30cm Alu-Blech-Teller bis zu ±2mm, und das ist aus meiner Sicht ganz schlimm.

Eine extra lange polierte und "gehonte" Achse in einer sehr eng tolerierten Lagerbuchse ist die Gewähr für (nahezu) unendliche Kipp- und Wackel-Stabilität. Die großen Thorens- und EMT- Laufwerke machen das so. Normale Kugellager sind hier weniger hilfreich, weil man das Rollen der Kugeln nicht nur hört, sondern auch messen kann. Die Kugeln in diesem waagrecht betriebenen Kugellager werden nämlich beim langsamen Drehen so gut wie nicht belastet. Darüber gibt es ganze 100-seitige Kapitel bei den Kugellagerherstellern.

Anders ist es bei dem Auflager für die senkrechte Kraft, also das Fußlager der Tellers. Dort liegt / drückt immer die gesamte Last des Tellers samt der Platte drauf. Doch das kommt weiter unten.
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Wo das Problem absolut eskalierte: Bei der Video-Kopftrommel.

Als die Amerikaner 1952 bis 1956 den ersten Videorecorder erforscht  und entwickelt hatten, stolperten Sie über ein Problem der mechanischen Toleranz.

Die Theorie war damals, man lasse das 2" breite (Ton)-Band recht langsam an einer dafür ganz schnell drehenden Tromel mit 4 speziellen Video(ton)köpfen vorbei laufen und diese Magnetköpfe schreiben eine schräge Spur auf das Magnetband mit einer Breite von etwa 250µm "Müh = tausendstel Millimenter" - für damalige Zeiten war das unglaublich schmal. Die Tonband-Spuren waren damals alle im 6mm (Vollspur) oder 3mm (Halbspur) Bereich.

So weit - so gut, aber man wollte das Band ja wieder abspielen können. Und auf einmal zeigte sich, ja, die geschriebenen Video-Spuren (4 Spuren pro Bild) waren drauf, aber beim Abspielen schwabbelte der Kopf nur selten auf der Mitte der Spur. Er schwankte trotz der fast 15.000 Umdrehungen leicht hin und her. Von den vier nacheinander gelesenen Bildteilen fehlte mal der obere oder der untere oder ein mittlerer Teil.

Die kaum noch meßbaren (mechanischen) Abweichungen bei der Rotation dieser Trommel, deren Achse sowieso schon eine enorme Länge im Vergleich zum Außendurchmesser der Trommel hatte, führten dazu, daß die 4 Magnet-Köpfe die Video-Spuren nicht "trafen".

Nach den Kugellagern kamen die Luftlager.

Diese ersten Kopfträger von AMPEX hatten zwei der besten Kugellager, die in den USA überhaupt verfügbar waren und die wurden auch noch bezüglich Laufruhe selektiert. Aber das half nichts. Die Kugellager verschlissen deutlich nach etwas über 2000 Laufstunden und man hörte das auch. Daß die 4 Videoköpfe nur etwa 150 Stunden funktionierten, bevor sie abgeschliffen waren, ist eine andere Story. Eine Lösung mußte her und zwar schnell. So wurde in diese Maschine ein Kompressor samt Luftfilter nachgebaut und die Achse der Trommel bekam 2 abgedíchtete "Luftlager". Der Kompressor mußte immer laufen und nach dem Anlauf drehte die Trommel immer noch mit fast 15.000 U/min - aber jetzt nahezu verschleißfrei - "in der Luft". Damit war zwar das Verschleißproblem der Kugellager minimiert worden, aber die nach wie vor zu ungenaue Rotation der Trommel war nur marginal verbessert.

Jetzt der Bezug zu unseren Plattenteller-Lagern

Im Rahmen dieser Recherche, wo denn die Grenzen der Genauigkeiten liegen, rechnten die Ingenieure aus, wenn der Abstand der beiden Lager der Achse "a" sei und der Kreisradius der Trommel "r" sei, dann wirke sich die Fertigungs- Toleranz der Kugellager in dem Verhältnis a zu r aus. Um also eine 10 mal bessere Toleranz bei der Spurgenauigkeit des Videokopfes zu erhalten, müsse die Achse der Trommel mindstens 10 mal länger sein als der Radius der Kopftrommel. Das war natürlich gar nicht zu machen.

Und dabei spielte die Rotartionsgeschwindigkeit noch gar keine Rolle. Bei unserem Plattenspieler-Teller haben wir aber allermeist einen (ganz langsam laufenden) Plattenteller mit enem Radius von 15cm und eine Geräte-Bauhöhe von vielleicht 7 bis 10cm. Man könnte natürlich die Achse des Tellers auf 1m verlängern, dann wäre man auf der sicheren Seite. Doch das geht nur bei den teuersten Schneidemaschinen, die sowieso in kein Wohnzimmer mehr passen und bei denen die Tellerachse durchaus 80cm beträgt.

Zurück zum modernen Videorecorder und DAT Recorder.

Die Entwicklung ist seit den 1950er Jahren natürlich nicht stehengeblieben. Auch hier haben die Japaner den Amerikanern gezeigt, es geht noch dramatisch besser.
Die öfter erzählte Story berichtet von den billigsten japanischen Kugellagern, die zu Millionen von Stück in die Millionen von Videorecordern eingebaut wurden, und die, wenn man sie in die amerikanischen Kreiselkompaß-Systeme der schnellsten und modernsten Kampfjets einbauen würde, die Genauigkeit der Lokalisierung (des Bombenabwurfes) um Faktor 10 erhöhen würden. Aber das Pentagon hatte abgelehnt, diese Kugellager kämen nicht aus den USA.

Diese Videorecorder sowohl VHS als auch SVHS und die anderen Schrägspur- Formate schreiben inzwischen Spurbreiten von bis zu 13µm und nicht mehr von üppigen 250µm wie anfänglich. Auch die Kopftrommeln sind von weit über 20cm Durchmesser (Grundig) auf ca. 30mm geschrumpft.

Das bedeutet aber, daß die mechanische Präzision auch bei der Massenfertigung in Grenzbereiche vorgedrungen ist, bei denen man nur noch wenig zu korrigieren hat.

Der DAT-Recorder als Beispiel

Der DAT Recorder (System SONY 1997) hat solch eine 30mm Kopftrommel und schreibt bei 2000 U/min Schrägspuren mit ca. 13um auf das Band. Die Kopftrommeln sind nicht mehr kugelgelagert. Die Achsen sind zwar duchgängig am Stück, jedoch sind die die Kräfte aufnehmenden Lager jeweils so weit wie möglich außen an den Enden der Achse. Doch verglichen mit unseren Plattentellern müssten bei uns die Lager der Tellerachse 30cm auseinander liegen.

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Die senkrechte Kraft (= das Tellergewicht) abfangen

Lassen wir mal die Paradigmen des Gewichtes eines Plattentellers außer Acht. Das sind fast religiöse Ansichten. Der Physiker weiß um die Vorteile einer möglichst großen Schwungmasse beim gleichmäßigen Drehen. Alle diese Vorgänge kannn man mathematisch in Formeln darstellen und dann sieht man, daß die drehende Masse eine ganz gewichtige Rolle spielt.

Aber wie lagere ich die Achse mit dem großen Gewicht drauf ? Hier gibt es auch wieder unterschiedliche Philosophien.

Die polierte Stahlkugel unten in der Achse liegt auf einem sehr harten Keramik Plättchen. Andere legen ein Kunststoff-Plättchen unter. Knackpunkt, die harte polierte Kugel (meist auch aus einem Kugellager) muß absolut genau zentriert in der Achse eingepresst sein, weil sie ja "nur" in der ganz kleinen Mitte der Kugel die Berührung nach unten hat. Sie darf also nicht exzentrisch "eiern".

Bei einem Wechsler muß aber die Achse hohl sein, also geht das mit der einen mittigen Kugel nicht.
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Es geht natürlich auch mit präzisen Kugellagern

Dann gibt es die (Dual-) Lösungen mit einem (offenen) Spezialkugellager für axiale Kräfte.
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Vorher ein Blick auf die ganz normalen Kugellager :
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Miniatur-Lager
in einem Lüfter
für radiale Lasten
für axiale Lasten


Vorab muß man nämlich wisssen, daß 98% aller Kugellager für die "radiale" Belastung konstruiert sind, also für die Räder und Achsen von Eisenbahnen, Autos und sowie Fahrrädern usw. Soll ein Kugelager aber eine "axiale" Belastung aushalten - wie bei der (Schlag-) Bohrmaschine -, muß der Konstrukteur die Lauf- oder Berührungsflächen für die Kugeln in den beiden Lagerschalen ganz anders positionieren und dimensionieren. Über das Thema gibt es ganze Bücher.

ofenes Lager im Dual 1249

Kugellager für senkrechte Lasten

Für unsere Zwecke muß es ein besonderes Kugellager sein. Da der Teller mit seinem ganzen Gewícht auf dieses Lager drückt und zwar immer nur senkrecht von oben und !! da dazu der Teller auch noch relativ langsam läuft, rollen die Kugeln (hoffentlich) so lange lautlos, wie das Lager-Fett schön geschmeidig ist.

Beim Dual 1249 zum Beispiel wird die senkrechte Last auf 5 Kugeln verteilt, die zwischen zwei planen ebenen Metallscheiben in einem Kunststoffring gehalten und geführt werden. Ist das Fett aber (nach 40 Jahren) ausgetrocknet / verharzt, dann hört man die (Fett-) Brocken unter den Kugeln.

Ich habe auch Lösungen gesehen, bei denen eine Stahlspitze in einem Diamant- oder Rubin- Lagerblock diese Last abgefangen hat. Das mag bei leichten Tellern funktionieren, bei schweren Tellern treten dann enorme punktuelle Drücke an den klitzekleinen Berührungsstellen auf.
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Der Direct Drive Motor - zwei Varianten

Videorecorder Kopftromme
Präzisionskugellager

Vom Konzept her ist dieser Motor (prinzipiell) genial. Nachdem die Eleltronik so weit entwickelt war, ganze Steuer-ICs anzubieten, die man nur noch "vor den Motor" setzt, haben fast alle anderen Antriebe ausgedient.

Leider gibt es hier unter dem gleichen Ideal zwei unterschiedliche Richtungen. Die Einen wollen alles soweit abschminken, daß sich der Motor mit dem Teller oben drauf gerade noch dreht, je billiger desto besser ??

Die Anderen wollen den perfekten Antrieb. Und das kostet Geld. Denn dafür braucht man schon mal eine ebenso lange Achse wie bei den früheren Modellen. Je weiter die Kugelager voneinander entfernt sind, desto stabiler läuft die Aches und oben drauf der Teller. Es ist fast so wie bei dem großen Achs-Abstand eines 7er BMWs und dem kurzen Abstand eines Smart. Der Smart hüppelt über jede Bodenwelle, der BMW nimmts gelassen.

Bei den großen Profi-Videorecorden war die (Rundlauf-) Stabilität der sehr schnell laufenden Kopf-Trommeln ebenso kritisch wie hier das Rundlaufverhalten des großen Tellers. Bei den profesonellen Herstellern lagen daher die beiden Kugellager an dieser Achse bis zu 15cm auseinander.

Wobei immer wieder die Randbedingungen bei diesen Vergleichen oder Mustervorlagen zu beachten sind. Die Kopftrommel eines Videorecorders dreht mit 1.500 oder sogar 3.000 Umdrehungen pro Minute, ganz früher sogar mal mit 15.000 U/min. Da spielt die drehende Masse eine wichtige Rolle bei der Rotations-Stabilität. Unser drehendes Sysem macht aber nur 33 1/3 U/min und das ist dann kritisch, zumal oben drauf der 30cm Teller sitzt.
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Wenn die beiden Achs-Lager zu dicht beeinander sind

Wir haben leider ein unrühmliches Beispiel geerbt, einen Dual 604 Direct Drive Spieler. Er sieht zwar aus wie ein Spitzenklasse Modell, aber es ist gerade mal ein Mittelklasse Laufwerk. Der Plattenteller wackelt in der waaegrechten Lage und zwar bis zu ±2mm. Das machen die Spitzenmodelle von Thorens und Revox und auch die alten von Dual nicht.
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