DE2506662B2 - Punktmatrixdrucker - Google Patents
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Description
60
Die Erfindung betrifft einen Punktmatrixdrucker gemäß Oberbegriff des Hauptanspruchs.
Ein solcher Drucker ist aus der FR-PS 21 61 289 bekannt
Bei dem bekannten Drucker läuft die Leitspindel ununterbrochen, und für den Druckvorgang wird über
das Tastenfeld die Führungsmutter mit der Leitspindel in Verbindung gebracht und aus ihr ausgerückt, damit
jedes einzelne Zeichen gedruckt werden kann. Es wird dazu ein zusätzlicher Kommutator benötigt, der für die
Synchronisierung der Bewegung der Führungsmutter in und außer Eingriff mit der Leitspindel sorgt, um ein
störungsfreies Ineinandergreifen zu gewährleisten, wogegen während des eigentlichen Drückens der
Druckkopf nicht mit der Leitspindel in Verbindung steht, damit er nicht weggezogen wird. Der ununterbrochene
Lauf der Leitspindel macht eine Klinkenanordnung erforderlich, damit der Druckkopf nach dem
Drucken eines Zeichens nicht wieder in seine Ausgangsposition gezogen wird. Während der kontinuierlichen
Drehung der Leitspindel benötigt diese für ihren Antrieb ständig Energie, so daß der Drucker an eine
große Energiequelle, vorzugsweise an das Netz, angeschlossen sein muß.
Aus der DE-AS 12 21649 ist ein mit Drucknadeln
ausgestatteter Punktmatrixdrucker bekannt, in welchem während des Zeilenrücklaufs des Druckkopfes das
Nadelpaket zurückgezogen wird. Ein solcher Druckkopf besitzt einen verhältnismäßig komplizierten
Mechanismus, was zu einem beträchtlichen Gewicht und entsprechender Trägheit bei der Beschleunigung
des Druckkopfes führt, so daß entweder der Drucker zu langsam arbeitet oder größere Antriebskräfte und damit
ein höherer Energieverbrauch benötigt werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Punktmatrixdrucker der eingangs bezeichneter Art zu
schaffen, der nicht nur mit geringem Aufwand herstellbar ist sondern sich vor allem durch niedrigen
Energiebedarf auszeichnet, so daß das Gerät mit einer Batterie gespeist und damit tragbar ausgebildet werden
kann.
Die Lösung dieser Aufgabe geschieht mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs.
Im Gegensatz zu dem eingangs erwähnten bekannten Gerät sind weder dessen Klinkenanordnung noch der
zusätzliche Kommutator erforderlich, da der Druckkopf allein durch die Leitspindel während des Vorschubs in
Schreibrichtung gesteuert und somit auch während des Drückens in Ruhe gehalten wird. Der Druckkopf muß
nicht wie bei dem bekannter Gerät für hinreichend genaue Schrittbewegungen mit beträchtlicher Reibung
geführt sein, derer Überwindung einen zusätzlichen erheblichen Energieverbrauch bedeuten würde.
Die Ausrüstung des Druckkopfes mit Dünnschichtwiderstands-Druckelementen
für das Drucken auf wärmeempfindlichem Material gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist an sich bekannt aus
der DE-AS 11 78 241.
Bei dem hier beschriebenen Drucker ist dies aber besonders vorteilhaft, weil derartige Druckelemente
ohne Abheben über das thermisch empfindliche Druckpapier bewegt werden können und dabei weder
Schreibspuren hinterlassen noch das Druckpapier beschädigen.
Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher
erläutert.
Es zeigt F i g. 1 eine perspektivische Ansicht eines Datenendstellengerätes
mit einem Punktmatrixdrucker gemäß der Erfindung; Teile des Gehäuses des Gerätes sind
weggebrochen, um Einzelheiten des inneren Aufbaues sichtbar zu machen;
F i g. 2 eine perspektivische Ansicht von Teilen des Gerätes gemäß F i g. 1 einschließlich des Druckkopfes
mit dem zugehörigen Antriebsmechanismus;
F i g. 3 ein Teilschnitt in der Ebene 3-3 der F i g. 2, der die Anordnung des Druckkopfes und der Halterungsvorrichtung
für das wärmeempfindliche Papier in bezug aufeinander zeigt;
F i g. 3A ein Teilschnitt, in der der Druckkopf in seiner
vom Papier abgehobenen Lage dargestellt ist;
Fig.4 eine auseinandergezogene perspektivische Teildarstellung des Antriebsmechanismus für den
Papierschub;
F i g. 5 eine Seitenansicht der Papieranlagefläche des
Druckkopfes;
F i g. 6 eine schematische Darstellung der Aufzeichnung von Buchstaben auf dem Papier mittels des
Druckkopfes; und
Fig.7 eine schematische Gesamtdarstellung der verschiedener mechanischen und elektrischen Teile
eines Datenendstellengerätes und einer zugehörigen EDV-Anlage.
Das in F i g. 1 dargestellte Datenendsteliengerät hat etwa die Form und Größe einer kleinen tragbaren
Schreibmaschine, und für die Verwendung mit genormten, ca. 21,5 cm breitem wärmeempfindlichem Papier
kann das ganze Gerät eine Grundfläche von etwa 25 mal 23 cm und eine Höhe von etwa 7,5 cm haben. Das
Gerät hat ein vorzugsweise aus einem einstückigen Kunststoffteil gebildetes Hauptgehäuse 10 mit einem
Boden und hochstehenden Seitenteilen. Zwischen den Seitenteilen ist eine in F i g. 1 nur zum Teil dargestellte
Tastatur 12 angeordnet, sie kann entfernt werden, wenn Zugang zu dem inneren elektrischen und mechanischen
Mechanismus gewünscht wird. Am linken Ende des Gehäuses 10 befindet sich eine teilweise weggebrochen
gezeichnete Endkappe 11, die durch Lösen von Schrauben ebenfalls entfernt werden kann, so daß der
ganze Mechanismus des Gerätes zugänglich ist.
Die Tastatur 12 kann eine ebene Kunststoffplatte enthalten, die eine Anzahl von Tasten 16 aufnimmt,
deren Oberseiten alphanumerische Zeichen oder andere Angaben tragen. Beim Niederdrücken einer Taste 16
wird ein dieser individuell zugeordneter Stromkreis erregt, wie noch erläutert werden wird.
Bei Betätigung einer einem alphanumerischen Zeichen entsprechenden Taste 16 wird ein Druckkopf 18
über einen gegenüberliegenden Teil eines wärmeempfindlichen Papieres P in Bewegung gesetzt. Der
Druckkopf 18 ist schwenkbar und verschiebbar auf einer als Führungsstange ausgebildeten Schwenkhalterung 20
gelagert, die sich vom einen plattenartigen Seitenteil des Gehäuses 10 zum anderen erstreckt, und enthält eine
Führungsmutter 22 die mit einer Leitspindel 24 in Eingriff gebracht werden kann, die drehbar in den
Seitenteilen gelagert ist Wenn sich also die Leitspindel 24 dreht, bewegt sich der Druckkopf 18 quet über die
Einheit und damit über das Papier P, gegen das normalerweise sein oberes, vorspringendes Ende durch
eine einfache Feder 26 gedrückt wird. Die Steigung der Gewindegänge der Führungsmutter 22 und der
Leitspindel 24 ist so gewählt, daß der Druckkopf durch eine ganze Zahl von Umdrehungen (z. B. zwei
Umdrehungen) der Leitspindel um eine Strecke über das Papier P bewegt wird, die einem zu schreibenden
Zeichen entspricht.
Zum Transport des Druckkopfes um die einem Zeichen entsprechende Strecke wird bei jeder Betätigung
einer entsprechenden Taste 16 der Tastatur 12 ein Gleichstromimpuls einem kleinen Gleichstrommotor 28
zugeführt, der an der einen Seitenwand des Gehäuses angebracht ist, über einen Riementrieb mit der
Leitspindel 24 verbunden ist und durch den Impuls für den gewünschten Vorschub des Druckkopfes 18
gespeist wird. Eine wenigstens annähernd konstante Geschwindigkeit des Druckkopfes über das Papier läßt
sich dadurch leicht erreichen, daß man die dem Motor für jeden Zeichenschritt zugeführte Energie entsprechend
steuert. Am Ende der Leitspindel 24 ist ferner ein kleines Zahnrad 32 angebracht, das mit einem größeren
Zahnrad 34 kämmt, welches auf einem Wellenstummel 36 montiert ist, der ferner ein Klinkenrad 38 sowie einen
Kommutator 40 trägt, auf dessen Oberfläche sich eine Anzahl von Kontakten 42 befindet, auf denen eine
Bürste 44 schleift, die elektrisch mit einer Betätigungsschaltung für die elektrische Erregung und Erhitzung
der Elemente des Thermodruckkopfes verbunden ist, wie noch näher erläutert werden wird. Das Klinkenrad
38 wird normalerweise durch eine Sperrklinke 46 an einem schwenkbar gelagerten Hebel 48 gesperrt, der in
seine sperrende Stellung durch eine kleine Feder 50 gedrückt wird. Die Kraft der Feder wird kurzzeitig
durch einen kurzen Gleichstromimpuls überwunden, der einem an der Seilenwand angebrachten zweiten
Gleichstrommotor 52 gleichzeitig mit dem Impuls für den die Leitspindel antreibenden Gleichstrommotor 28
zugeführt wird, so daß die Klinke 46 momentan ausrastet und auf der Oberfläche des Klinkerades 38
gleitet, bis diese eine vollständige Umdrehung ausgeführt hat, und dann ein weiteres Drehen verhindert. Auf
diese Weise kann ein ganz bestimmter Drehwinkel der Leitspindel auch ohne Verwendung eines teueren
Schrittmotors oder entsprechender Einrichtungen erreicht werden, wobei eine exakte Fehlerkorrektur
möglich ist. Es sei darauf hingewiesen, daß der zweite Gleichstrommotor 52 in der Praxis wie eine Magnetspule
arbeitet und hinsichtlich der Betätigung der Sperrklinke 46 auch durch eine solche ersetzt werden
kann.
Durch Wahl des Übersetzungsverhältnisses des Zahnradgetriebes kann erreicht werden, daß die
Leitspindel 24 bei einer Umdrehung des Kommutatorzahnrades 34 genau ein bestimmtes Vielfaches einer
Umdrehung, z. B. zwei Umdrehungen, ausführt.
Nachdem der Druckkopf 18 durch eine Folge von Umdrehungen der Leitspindel 24 bis zur rechten Seite
des Papiers ρ transportiert worden ist und also eine Druckzeile aufgezeichnet hat, kann eine in der Tastatur
12 enthaltene Rücklauftaste betätigt werden, um einen dritten, ebenfalls an der linker Seitenwand befestigten
Gleichstrommotor 54 zu erregen, der über ein Gelenkgestänge 56 mit einer Winkelstange 58 verbunden
ist, die parallel zur Führungsstange der Schwenkhalterung 20 verschiebbar durch eine öffnung im
Druckkopf 18 führt und diesen aus der Berührung mit dem Papier wegzuschwenken gestattet, wie am
deutlichsten aus Fig.3A ersichtlich ist. Beim Wegschwenken wird der Druckkopf 18 gleichzeitig von der
antreibenden Leitspindel 24 abgekuppelt und kann dann durch eine einen dauernden Zug ausübende Rückstellfeder
60, die zwischen den Druckkopf 18 und die linke Seitenwand eingespannt ist, quer über das Papier
zurücktransportiert werden, so daß er dann wieder bereit ist, eine neue Zeile auf dem Papier aufzuzeichnen.
Ein erneuter Eingriff der Führungsmutter 22 in die Leitspindel 24 ist automatisch gewährleistet, da die
Leitspindel, die einen bestimmten Einrückpunkt für den Druckkopf hat, im Verhältnis 1 :1 bezüglich der
Anhaltpunkte der verschiedenen Zeichenschritte des
Druckkopfes eingestellt ist.
Fig.3 zeigt, daß der Druckkopf 18 aus einem Basisteil, der längs der Führungsstange der Schwenkhalterung
20 gleitet und die offene, an der Leitspindel 24 angreifende Führungsmutter 22 enthält, und einem
schwenkbaren Vorderteil 62 besteht, dessen Ende durch eine kleine Feder 66 federnd an das über die
Unterlageplatte 64 geführte Papier /"gedrückt wird. Die
Feder 66 ist einstellbar, um währerd des Aufzeichnungsvorganges den gewünschten Kontakt und Anpreßdruck
zwischen Kopf und Papier zu gewährleisten.
Das Papier P wird von einer Vorratsrolle R abgezogen, die auf einer sich von der einen zur anderen
Seitenwand des Gehäuses 10 erstreckenden Welle 68 gelagert ist, und läuft dann über eine Papierführung 70
und die Unterlagepaltte 64, wo es in Berührung mit dem Druckkopf 18 gelangt. Das Papier P läuft dann weiter
über eine Transportrolle 72, gegen die es kraftschlüssig durch eine Andruckrolle 74 gedrückt wird, und tritt
schließlich an einer für den Benutzer sichtbaren Stelle aus.
Für das Drehen der Transportrolle 72 um einen einem Zeilenabstand entsprechenden Betrag ist in der Tastatur
12 eine spezielle Taste.vorgesehen, bei deren Betätigung
ein Impuls einem vierten Gleichstrommotor 76 zugeführt wird, der über ein Gelenkgestänge 78 mit einer
Antriebsscheibe 80 verbunden ist, die ihrerseits über eine Einwegkupplung 84 mit einem Papiervorschubrad
82 gekoppelt ist, die sich alle, wie am besten aus F i g. 4 ersichtlich ist, auf einer Welle 86 der Transportrolle 72
befinden. Nachdem das Papier P um die eine Zeile entsprechende Strecke weiter transportiert und der
Motor 76 entregt worden ist, wird die Antriebsscheibe 80 durch eine mit dem Gelenkgestänge 78 verbundene
schraubenförmige Feder 81 wieder in die Ausgangslage zurückgeführt. Um einen genauen Vorschub- der
Transportrolle zu gewährleisten, sind an der Seite des Gleichstrommotors 76 kleine Anschläge 88 vorgesehen,
die den Winkel bei der jeder Erregung eintretenden Drehung begrenzen. Vorzugsweise ist auf der Welle 86
der Transportrolle noch eine zweite Einwegkupplung 90 angeordnet, die verhindert, daß die Transportwalze 72
durch die Wirkung der Feder 81 zurückgedreht wird. Die äußere Umfangsfläche des Papiervorschubrades 82
ist durch den oberen Teil des Gehäuses 10 zugänglich, so daß das Papier auch leicht von Hand weiter
transportiert werden kann.
Die das Papier berührende Seite des Druckkopfes 18 ist in Fig.5 stark vergrößert dargestellt. Der Druckkopf
18 hat Anschlußbuchsen 92, die elektrisch mit Goldleitungen 94 verbunden sind, welche als dünne
Schicht auf ein Substrat aus Keramik, Glas oder anderem Isoliermaterial geeigneter Dicke aufgebracht,
z. B. aufgedampft sind. Die Goldleitungen sind jeweils individuell mit ihren Enden an in einer vertikalen Spalte
angeordnete Dünnschichtwiderstände 96 angeschlossen, die ihrerseits mit einer gemeinsamen Masseleitung
98 verbunden sind und aus Chrom, Molybdän oder einem anderen Material mit vorgegebenem Widerstandswert
bestehen, so daß jeder Dünnschichtwiderstand durch einen vorgegebenen Strom innerhalb einer
Zeitspanne zwischen 2 und 4 Millisekunden auf die für die Aufzeichnung erforderliche Temperatur von 17O0C
erwärmt werden kann. Wenn z. B. als Stromquelle eine 5-Volt-Batterie 100 (Fig. 1) verwendet wird, wird die
Dicke der Widerstandsschichten so gewählt, daß sich ein Widerstandswert von etwa 20 Ohm ergibt. Die
körrjerliche Masse solcher Dünnschichtwiderstände % ist sehr gering, und ihre Abkühlzeit wird daher ebenfalls
im Bereich von etwa 2 bis 4 Millisekunden liegen, insbesondere da sich der Druckkopf in Berührung mit
dem Papier P befindet, das als Kühlkörper wirkt. Die Kühlung wird außerdem durch die Bewegung des
Druckkopfes weiter beschleunigt. Wenn der Druckkopf 18, wie dargestellt, eine vertikale Spalte mit neun
Dünnschichtwiderständen 96 enthält wird vorzugsweise eine 7 χ 9- Punktmatrix für jedes aufzuzeichnende
ίο Zeichen erzeugt, und man kann mit einer Schreibgeschwindigkeit
von ungefähr 30 Zeichen pro Sekunde arbeiten, was für die meisten Anwendungen mehr als
ausreichend ist. Selbstverständlich kann man bei entsprechender Erhöhung des Aufwandes zwei oder
mehr vertikale Widerstandsspalten auf dem Druckkopf vorsehen und dadurch die Aufzeichnungsgeschwindigkeit
entsprechend erhöhen. Die Herstellung des beschriebenen Druckkopfes ist verhältnismäßig billig.
Versuche haben gezeigt, daß sich nicht nur hohe Schreibgeschwindigkeiten erreichen lassen, sondern daß nur eine geringe Energie von etwa 3 bis 5 W- ms zur Aufzeichnung eines Punktes benötigt wird, so daß man für ein Zeichen im Mittel nur eine Heizenergie von 30 bis 60 W · ms benötigt. Eine lange Lebensdauer der verwendeten Batterie ist daher gewährleistet
Versuche haben gezeigt, daß sich nicht nur hohe Schreibgeschwindigkeiten erreichen lassen, sondern daß nur eine geringe Energie von etwa 3 bis 5 W- ms zur Aufzeichnung eines Punktes benötigt wird, so daß man für ein Zeichen im Mittel nur eine Heizenergie von 30 bis 60 W · ms benötigt. Eine lange Lebensdauer der verwendeten Batterie ist daher gewährleistet
Wenn eine bestimmte Taste gedrückt und der Vorschub des Druckkopfes 18 über das Papier für eine
einem Zeichen entsprechende Strecke eingeleitet wird, stellt der Kommutatorkontakt die richtige Erregung der
in einer vertikalen Spalte angeordneten Dünnschichtwiderstände 915 in jeder der sieben Positionen sicher,
und es ergibt sich eine Punktmatrix für die jeweiligen Zeichen, wie sie beispielsweise in F i g. 6 dargestellt ist.
Mit der beschriebenen speziellen Punktmatrix lassen sich alle alphanumerischen Zeichen in einer sehr gut
lesbaren Weise wiedergeben. Die Lesbarkeit der Zeichen wird dadurch noch verbessert, daß man ein
gewisses Verschmieren von horizontalen Linien während des Aufzeichnens zuläßt, so daß sich der Eindruck
einer durchgehenden Linie ergibt.
Da der Druckkopf 18 während seiner Bewegung über das Papier in Berührung mit diesem bleibt, wird seine
Berührungsfläche vorzugsweise mit einer dünnen Schicht eines verschleißfesten Materials überzogen.
Hierfür kann beispielsweise eine 100 bis 200 A dicke Schicht aus Saphir, Aluminiumoxid od. dgl. verwendet
werden.
Der Betrieb des Datenendstellengerätes als ganzes läßt sich am besten anhand der schematischen
so Darstellung gemäß F i g. 7 erläutert. Bei Betätigung einer Taste 16 wird ein konventioneller Codierer 102
betätigt, der ein spezifisches Binärcodezeichen (ASCII-Code) erzeugt, das dann abgetastet und zur Modulator
einer Trägerschwingung in einem FM-Sendeempfängei 104 verwerdel wird. Die vom Sendeempfänger 104
abgestrahlte Energie wird von einem Sendeempfängei 106 empfangen, der mit einem Rechner 108 an einei
Zentralstation verbunden ist Die erzeugten Dater werden zum örtlichen Sendeempfänger 104 zurück
eo übertragen und über den nun als Decodierer arbeiten' den Codierer 1102 einer Speichereinheit 110 zugeführt
die die Daten für die anschließende Erregung vor Treibern 112 !speichert, die an einen üblichen Impuls
generator 116 angeschlossen sind und die einzelner DUnnschichtwiderstände % in der Spalte des Druck
kopfes 18 erregen. Der Docierer 102 steuert fernei einen Steuerimpulsgenerator 118 für die Betätigung dei
Motoren für den Vorschub und das Anhalten dei
Druckkopfes, so daß sein Vorschub und eine Drehung des Kommutators 40 bewirkt werden, welcher über
einen Zähler 114 die Abgabe von Steuersignalen vom Speicher 110 zu den Treibern 112 für die Dünnschichtwiderstände
96 des Druckkopfes steuert.
Wie in Fig. 7 angedeutet ist, kann wahlweise eine direkte Verbindung zwischen Codierer und Drucker
oder eine indirekte Verbindung über eine Fernleitung zu einem Rechner hergestellt werden.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen
Claims (3)
1. Punktmatrixdrucki;r, der in einem Druckkopf
wenigstens eine vertikale Spalte mit Druckelementen zum zeilenweisen Drucken von mehrere
vertikale Spalten breiten Zeichen aufweist, wobei eine Leitspindel sich parallel zur Druckzeile
erstreckt, von einem Antriebsmotor drehbar ist und in eine auskuppelbare Führungsmutter am Druckkopf
eingreift, eine Rückholfeder vor dem Druck einer Zeile den Druckkopf in die Zeilenanfangsstellung
bringt, eine synchron mit der Leitspindel umlaufende Kommutatorscheibe vorgesehen ist mit
einer Kommutatorteilung, die einer Druckkopfver-Schiebung
von einem Spaltenschritt entspricht, und eine Abtastbürstenanordnung die Kommutatorscheibe
abtastet und Spaltensignale erzeugt, während eine Steuerschaltung die Zuordnung zwischen
der Stellung des Druckkopfes und den Druckbefehlen herstellt, um die Druckelemente synchron mit
den Spaltensignalen mit Erregersignalen zu versorgen, dadurch gekennzeichnet, daß der
Druckkopf (18) mehrere, in seiner Druckstellung gemeinsam am Aufzeichnungsträger anliegende
regelmäßig angeordnete elektrisch erregbare Druckelemente aufweist und an einer Schwenkhalterung
(20) sitzt, mit der er zwischen der Druckstellung in Anlage an der Druckfläche (P, 64)
und mit in die Leitspindel (24) eingreifender Führungsmutter (22) und einer ausgeschwenkten
Stellung bewegbar ist, in der Führungsmutter (22)
und Leitspindel (24) getrennt sind und der Druckkopf (18) von der Druckfläche (P) abgehoben ist, daß
eine Andruckvorrichtung (26) den Druckkopf (18) elastisch in Druckstellung hält, daß eine Ausrückvorrichtung
(54, 56) den Druckkopf (18) gegen die Wirkung der Andruckvorrichtung (26) in die
ausgeschwenkte Stellung drückt, in der er durch die Rückstellfeder (60) in eine Anfangsstellung rückstellbar
ist, und daß der Antriebsmotor (28) durch einen Steuerimpulsgeneratur (118) derart steuerbar ist,
daß er sich stetig über die einem Zeichen entsprechende Spaltenbreite bewegt.
2. Drucker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der durch den Steuerimpulsgenerator
(118) jeweils ausgelöste Vorschub in Zeilenrichtung durch eine Klinkensperreinrichtung begrenzbar ist,
in deren mit der Leitspindel (24) drehfest gekuppeltes Klinkenrad (38) eine Sperrklinke (46, 48)
eingreift, die durch einen steuerbaren Antrieb (52) ausrückbar ist
3. Drucker nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckkopf mit
Druckelementen in Form von Dünnschichtwiderständen (96) ausgerüstet ist, die zur Speisung durch
Betätigungssignale mit der Druckkopf-Taktschaltung elektrisch verbunden sind.
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