DE2800880C3 - Drahtdrucker - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft einen Drahtdrucker mit Druckdräbten, die sich von den Betätigungselementen tür Druckstelle erstrecken und über ihre Länge durch führungsglieder und teilweise jeweils in einer Hülse feftjhrt sind.

Auf dem Gebiet der Schnelldrucker, welche insbesondere in elektronischen Datenverarbeitungssystemen ♦erwendet werden, hat der Draht-Matrixdruckkopf eine so Immer größere Bedeutung erhalten. Mit einem solchen Druckkopf können Buchstäben, Ziffern und Symbole durch eine Folge von Punkten gedruckt werden, welche jeweils durch den Aufschlag der Enden mehrerer Drahtdrückelemente auf einen Aufzeichnungsträger, üblicherweise unter Zuhilfenahme eines Farbbandes, erzeugt werden,

Ein bei solchen Draht-'Matrixdruckköpfen auftreten* des Problem besieht darin, daß es häufig zu Ermüdungsbrüchen der Druckdrähte und der für das Zurückführen dieser Druckdrähte in die Ausgangsstellung benötigten Federn kommt Diese Brüche sind eine Folge des Durchbiegens und Schwingens der Druckdrähte infolge der hohen Kräfte, die benötigt werden, um die Drähte innerhalb eines relativ kurzen Abstandes auf den zu bedruckenden Aufzeichnungsträger bzw. das diesem zugeordnete Farbband zu schlagen. Um die Gefahr solcher Brüche zu vermindern oder zu eliminieren, wurden in einigen bekannten Druckern (vgl. z. B. DE-OS 22 53 470) die einzelnen Druckdrähte in Röhrchen oder in Schraubenfedern geführt, welche mit dem Druckerrahmen fest verbunden waren. Infolge der zwischen den Druckdrähten und den Röhrchen auftretenden Reibung kam bei solchen Druckern die auf die Druckdrähte ausgeübte Antriebskraft nicht voll zur Wirkung. Diese Schwierigkeiten haben wiederum zu weiteren konstruktiven Änderungen der Drucker geführt, die darin bestanden, eine Schmierung der Druckdrähte innerhalb der Röhrchen vorzunehmen, was zu einer Kostensteigerung und Komplizierung der Anordnung führte.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Drucker der eingangs genannten Art das Auftreten von Querbewegungen und Schwingungen der Druckelemente und damit die Gefahr von Ermüdungsbrüchen auf einfache Weise zu beseitigen, ohne daß unerwünschte Nebenerscheinungen auftreten.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 definierte Erfindung gelöst Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Bei den nur mit freisitzenden Hüllen umgebenen Drähten ist die impulsweise bewegte Masse kleiner als bei durchgehender Umhüllung. Auch tritt bei den freisitzenden Hüllen eine verzögerte Mitnahme der Hülle auf, die den Anschlag nicht abbremst

Mit der in den Patentansprüchen und in der Beschreibung verwendeten Aussagen, daß die Hülsen auf den Druckelementen »frei sitzen«, ist gemeint, daß die Hülsen als lose Passung auf den Druckelementen angeordnet sind und sich sowohl 'n axialer als auch in radialer Richtung in bezug auf die Druckelemente frei bewegen können.

Weitere Vorteile der erfindungsgemäßen Druckvorrichtung bestehen darin, daß die Dämpfungsmittel für die Druckelemente billig sind, und zwar sowohl im Hinblick auf die Teile als auch im Hinblick auf die gesamte Anordnung und daß die Druckvorrichtung eine hohe Zuverlässigkeit und Lebensdauer besitzt.

Zum besseren Verständnis der Erfindung wird im folgenden ein Ausführungsbeispiel desselben anhand von Zeichnungen beschrieben. In diesen zeigt

Fig. t eine Schnittansicht längs der Linie 1-1 der Fi g. 2 eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Druckkopfes:

Fig 2 eine Schnittansicht längs der Linie 2-2 der Fig. 1:

Fig. 3 eine teilweise weggebrochene Ansicht des Rahmens des langgestreckten Druckelements und des Dämpfungsmittels des Druckkopfes; und

Fig,4 eine vergrößerte Ansieht des in Fig.3 dargestellten Rahmens von unten, aus welcher das Druckende des Druckkopf.es ersichtlich ist

insbesondere unter Bezugnahme auf die F i g, 1 und 2 wird im folgenden ein Drahl-Matrixdrückkopf 10 im einzelnen beschrieben, Ein Rahmen 12 ist vorgesehen. Um mehrere langgestreckte Druckdrähte 14 zu halten,

von denen der Einfachheit halber und zur Erhaltung der Übersichtlichkeit der Zeichnung nur zwei dargestellt sind. Jeder Druckdraht ist an seinem die Bewegungsbzw. Aufschlagenergie aufnehmenden Ende mit einer Kappe 16 versehen, die aus Kunststoff oder einem anderen geeigneten Material bestehen kann und dazu dient, die die Antriebskraft aufnehmende Fläche zu vergrößern. Jedem Druckdraht 14 ist ferner eine Feder 18 zugeordnet, die an einevn oberen Ende, d. h. zwischen der Kappe 16 und dem Rahmen 12, angeordnet ist (F i g. 1 und 3 J und dazu dient, den Druckdraht 14 nachgiebig in Aufwärtsrichtung vorzuspannen. Bei einem der beiden Druckdrähte 14 in F i g. 1 ist die Feder 18 weggelassen, um eine deutlichere Darstellung der Kappe 16 zu ermöglichen.

Der Rahmen 12 besteht aus drei Seitenwänden 20,22 und 24, einem Druckende-Führungsglied 26, zwei Zwischenführungsgliedern 28 und 30, welche in Nuten der Seitenwände 20 und 22' angeordnet sind, und einem oberen Führunsglied 32 welches mit den Seitenwänden 20, 22 und 24 des Rahmens eine Einheit bildet Die Führungsglieder 26, 28, 30 und 32 zwingen die verschiedenen Druckdrähte 14 in eine vorgegebene Bahn, um sie von einer zirkulären Anordnung am oberen Ende in eine lineare Anordnung am unteren Ende überzuführen. Diese Überführung wird dadurch erreicht, daß jeder Druckdraht 14 durch ein separates Loch 34 in dem oberen Führungsglied durch ähnliche Löcher in den Führungsgliedern 30 und 28 und schließlich in eine definierte Position innerhalb eines Lagerteiles 36 am Druckende-Führungsglied 26 (siehe auch F i g. 4) geführt wird. Das Lagerteil 36 besteht aus einem Material mit hoher Abriebfestigkeit, niedrigem Reibungskoeffizienten und niedrigem Wärmedehnungskoeffizienten.

Zwei Befestigungsflansche 38 und 40 erstrecken sich seitwärts von den oberen Enden der Seitenwände 20 und 22. Oberhalb der Flansche 38 und 40 weist der Rahmen 12 einen kreisförmigen Querschnitt auf und wird durch das obere Führungsglied 32, welches ebenfalls kreisförmig ist, abgeschlossen. Ein mit einer Bohrung versehener Bolzen 42 erstreckt sich von dem Führungsglied 32 nach oben und dient in einer später noch näher beschriebenen Weise zur Befestigung der Betätigungsmittel für die Druckdrähte 14 an dem Rahmen 12.

Wie aus F i g. 1 und 2 ersichtlich, i't eine Platte 44 mit einer zentrisch angeordneten Öffnung 46 versehen und ist mittels geeigneter Verbindungselemente 48, wie beispielsweise Schrauben, mit den Flanschen 38 und 40 des Rahmens 12 verbunden. Der Teil des Rahmens 12 mit kreisförmigem Querschnitt erstreckt sich durch die Öffnung 46 hindurch. In der Platte 44 sind mehrere, bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel neun. Öffnungen vorgesehen, um eine entsprechende Anzahl von Betättgungselementen für die Druckdrähte 14 befestigen tu können.

Eine Spule 52. ein Kern 54, ein L-förmiges äußeres Polstück 56 und ein Anker 58 bilden jeweils das elektromagnetische Betätigungselement für jeden so Druckdraht. Mittels einer Anker-Abstandsscheibe 59 wird ein Luftspalt zwischen den Ankern 58 und den Polen der Kerne 54 geschaffen, um eine schnellere Freigabe der Anker zu erreichen. f.n dem horizontalen Schenkel des L-förmigen Polstückes 56 ist eine Bohrung *0 vorgesehen, um das untere Ende des Kerns 54 in Preßpassung aufzunehmen.

Mittels einer Schraube 64 Und einer Unterlägsscheibe 66 ist ein Halteelement 62 mit dem Bolzen 42 des Rahmens 12 verbunden. Das Verbindungselement 62 weist einen kreisförmigen zentrischen Teil 68 auf, welcher in seiner Bodenfläche eine ringförmige Nut enthält. In dieser Nut 70 liegt ein Ring 72 mit kreisförmigem Querschnitt, welcher als Stoßdämpfer und zur Bildung einer Bezugsfläche für die Kappe 16 der gegen das Ende des Ankers 58 schlagenden Drucknadel 14 dient. An dem kreisförmigen zentralen Teil 68 des Verbindungselementes 62 sind neun sich sternförmig nach außen erstreckende Arme 74 ausgebildet. Jeder dieser Arme 74 ist mit einer ersten und einer zweiten Ankerhaltevorrichtung 76 bzw. 78 versehen. Das eine Ende jedes Ankers 58 wird jeweils von der Haltevorrichtung 76 aufgenommen und gehalten, während das andere Ende jedes Ankers von der Haltevorrichtung 78 geführt wird. In dem in F i g. 1 dargestellten zusammengebauten Zustand der Vorrichtung drücken die Arme 74 des Halteelementes 62 auf die nach außen gerichteten überstehenden Enden der Anker, wodurch deren nach innen gerichtete mit dem Druckdraht zusammenarbeitende Enden um einen jeweils durch ^e Außenkante der Polstücke 56 gebildeten Drehpunkt nach oben in Anlage mit dem Ring 72 gedreht werden. Die den Druckdrähten 14 zugeordneten Kappen 16 werden mit diesen Enden der Anker 58 mit Hilfe der Kraft der Federn 18 in Anlage gehalten.

Das gemeinsame Verbindungselement 62 hat bezüglich des Zusammenbaus und des Betriebs des Druckkopfes 10 eine Reihe von Funktionen zu erfüllen, nämlich das Fixieren der Anker 58 in der richtigen Lage in bezug auf die übrigen Elemente der Vorrichtung, Ausüben einer Kraft auf die Anker, um diese vorzuspannen. Vorsehen von Mitteln zum Einstellen des Luftspaltes zwischen den Ankern 58 und entsprechenden Polen der Spulenkerne 54, Bilden einer Bezugsfläche für die Anker 58 und die Druckdrahtkappen 16, um sicherzustellen, daß alle betätigten Druckdrähte 14 während eines Druckzyklus annähernd gleichzeitig auf den Aufzeichnungsträger aufschlagen, und Absorbieren von Lnergie bei der Zurückbewegung der Anker 58 und Druckdrähte 14 nach der Betätigung mit Hilfe des Ringes 72 mit kreisförmigem Querschnitt

Die Erzeugung von Zeichen, wie Ziffern, Buchstaben oder Symbolen mittels des Druckkopfes erfolgt durch eine Folge von Druckzyklen. Die Bildung eines gewünschten Zeichens auf dem Aufzeichnungsträger erfolgt durch selektive Betätigung einer vorbestimmten Kombination von Druckdrähten 14 durch Erregen der entsprechenden Spulen 52 während jedes Druckzyklus. wonach der Druckkopf in bezug auf den Aufzeichnungsträger um eine Rasterbreite des Zeichenmosaiks weiterbewegt wird, wonach der nächste Druckzyklus durchgeführt werden kann.

W'im eine Spule 52 erregt wird, dann wird ein Magnetfluß erzeugt, welcher bewirkt daß der Anker 58 nach unten in Kon.akt mit dem Pol des Spulenkerns 54 gezogen wird. Durch die Bewegung des Ankers 58 wird Energie auf den Druckdraht 14 übertragen, wodurch dieser in axialer Richtung innerhalb des Rahmens 12 bewegt wird. Die auf den Draht 14 übertragene Beschleunigungskraft hat zur Folge, daß sich der Draht 14 entgegen der Kraft der Feder 18 bewegt und infolge der Trägheit bewegt sich der Druckdraht 14 auch dann noch weiter nach unten, wenn der Anker 58 in Berührung mit dem Pol des Spulenkerns 54 gelangt ist. Das den Druckaufschlag bewirkende Ende des Druckdrahtes 14 wird aus dem Lagerelement 36 heraus

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bewegt und schlägt auf den Aufzeichnungsträger, um dort eine punktförmigc Markierung zu hinterlassen. Die in dem sich bewegenden Druckdraht 14 gespeicherte Energie wird teilweise von dem Aufzeichnungsträger absorbiert Und teilweise auf den Druckdraht 14 zuriickübertragen, um die Wirkung der Feder 18 bei der Zurückbewegung des Druckdrahtes 14 in die Ausgangsstellung zu unterstützen.

Etwa zu dem gleichen Zeitpunkt, zu dem der Druckdraht 14 auf den Aufzeichnungsträger aufschlägt, wird die Spule 52 entregt. Durch das über den Arm 74 auf den Anker 58 einwirkende Moment wird dieser von dem Spulenkern 54 weggeschwenkt und kehrt in Anlage mit dem Ring 72 zurück.

Der bis jetzt beschriebene Aufbau entspricht einem herkömmlichen Draht-Matrixdruckkopf. Bei häufigem Gebrauch eines solchen Druckkopfes tritt jedoch die Schwierigkeit auf, daß es infolge von Materialermüdung zu einem Bruch der Druckdrähte 14 und der Federn 18 kommen kann. ίο

Die Druckdrähte 14 besitzen einen geringen Durchmesser, um die richtige Zeichenlinienbreite zu erreichen; ein typischer Durchmesser ist 0,3556 mm. Die Länge des Druckdrahtes ist relativ groß (beispielsweise 76,2 mm), um eine Auffächerung derselben von dem relativ engen linienförmigen Muster an dem Lagerglied 36 zu einem größeren zirkulären Muster zu ermöglichen, welches zwecks Zusammenarbeit der Druckdrähte 14 mit den Ankern 58 benötigt wird. Infolge dieses großen Länge-zu-Durchmesser-Verhältnisses des Druckdrahtes und infolge der relativ großen für den Druck erforderlichen Kraft ("Va 2 kg) neigt der Druckdraht dazu, sich zu krümmen. Diese Neigung kann durch Hinzufügen von Querkräfte aufnehmenden Führungsgliedern längs der Drahtiänge vermindert werden. Wie bereits eingangs erwähnt, wurden bei einigen bekannten Matrixdruckköpfen auch bereits mit dem Rahmen verbundene Röhrchen oder Schraubenfedern als Führungselemente verwendet, um die Wahrscheinlichkeit des Ausknickens oder Krümmens der -to Druckdrähte weiter zu vermindern.

Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel sind mehrere einfache Führungsglieder 28, 30 und 32 in Abständen voneinander längs des Druckdrahtes vorgesehen. Zwischen diesen Führungsgliedern besteht jedoch nach wie vor die Neigung des Drahtes, sich zu krümmen. Bei der üblichen hohen Betätigungsfrequenz (z. B. 650 Betätigungen pro Sekunde) bewirkt die Durchbiege- bzw. Krümmfrequenz eine Fibration bzw. ein Schwingen. Während einer durchschnittlichen so Matrixdruckkopf-Lebensdauer von 75 Mio. Zeichen mit durchschnittlich 22 Drahtbetätigungen pro Zeichen wird jeder Druckdraht 165 Mio. mal betätigt Dieser Wert liegt wesentlich über der charakteristischen Anzahl von Lastwechseln für die meisten einer Dauerbelastung ausgesetzten Bauelemente.

Drahtbrüche infolge einer Schwingungsdauerbelastung hängen von den in dem Draht auftretenden Spannungen ab. Sind die Spannungen niedrig (unterhalb der Dauerbelastungsgrenze), dann ist die Anzahl der möglichen Lastwechsel für einen Druckdraht praktisch unbegrenzt Sind dagegen die in dem Draht auftretenden Spannungen hoch (oberhalb der Dauerbelastungsgrenze), dann kommt es innerhalb einer endlichen Anzahl von Last^echseln zu einem Bruch. Die jeweils auftretende Spannung ist direkt proportional zu dem Radius der Durchbiegekurve (der Bogen des Drahtes während der Schwingung). Ein kleiner Radius erzeugt einen engeren Bogen und eine höhere Spannung.

Um die Gefahr eines Drahtbruches zu vermindern, müssen die während einer Fibration bzw. Schwingung auftretenden Spannungen herabgesetzt werden. Dies bedeutet eine Vergrößerung des Krümmungsradius durch Verminderung des Ausmaßes der radialen Bewegung des Drahtes während der Schwingung. Gemäß der Erfindung wird das Ausmaß dieser radialen Bewegung durch zusätzliche Dämpfungshülsen 80 vermindert, die, wie aus den Fi g. 1, 2 und 3 ersichtlich, den Draht 14 zwischen den festen Führungselementen 28, 30 und 32 umgeben. Die Hülsen 80 sitzen locker auf den Drähten 14 und sind frei, sich in bezug auf den jeweiligen Druckdraht in radialer Richtung zu bewegen, als auch bei Betätigung des Druckdrahtes sich mit diesem in axialer Richtung zwischen benachbarten Führungselementen, wie beispielsweise den Führungselementen 28 und 30 und den Führungselementen 30 und 32. zu bewegen. Es kann beispielsweise auf jedem Druckdrahl zwischen jedem Paar von Führungseiementen ein röhrchenförmiges Glied eingefügt werden.

Aus F i g. I ist ersichtlich, daß zwischen dem Endglied 26 und dem ersten Führungsglied 28 keine Hülse vorgesehen ist. Der Grund hierfür besteht darin, daß in diesem Teil des Rahmens des beschriebenen Ausführungsbeispiels die Drähte bereits einen so geringen Abstand voneinander aufweisen, daß die Hülsen nicht mehr ohne weiteres eingefügt werden können. Außerdem erstreckt sich das Lagerelement 36 des Endgliedes 26 nach oben in den Raum zwischen den beiden Seitenwänden 20 und 22, wie dies aus F i g. 1 ersichtlich ist, wodurch der »iührungslose« Abstand zwischen den Führungsgliedern des Drahtes 14 vermindert wird.

Da die Strecke der axialen Bewegungsmöglichkeit der Hülse 80 auf dem Draht 14 wesentlich größer ist als die durch die Spule 52 und den Anker 58 bewirkte Drahtbewegung, wird die Reibung zwischen dem Draht 14 und der Hülse 80 zu einem wesentlichen Teil eliminiert. Es hat sich gezeigt, daß die Dämpfungshülsen 80 die radiale Bewegung des Drahtes auf einen Wert vermindern, der wesentlich unterhalb des zu einem Drahtbruch führenden kritischen Spannungspunktes liegt.

Die Hülsen 80 können aus einem beliebigen, festen oder flexiblen Material bestehen. Zwei Materialien, die bei durchgeführten Tests mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung erfolgreich verwendet wurden, sind Polytetrafluoräthylen-Harz und Fluorkohlenstoffharz.

Typische Abmessungen für die Hülsen 80. weiche sich für einen Druckdraht mit einem Durchmesser von 03556 mm und einer Länge von 76,2 mm als geeignet erwiesen haben, sind eine Länge von 12,7 mm rriK einer Plus-Minus-Toleranz von 1,016 mm, ein Innendurchmesser von 0,6858 mm mit einer Plus-Minus-Toleranz von 0,1778 mm und ein Außendurchmesser von 1354 mm mit einer Plus-Minus-Toleranz von 0,1016 mm. Die Hülse kann einen kreisförmigen Querschnitt oder auch — wie in Fig.2 dargestellt — einen elliptischen Querschnitt aufweisen.

Als Massenverhältnis hat sich ein Verhältnis von etwa 17 zu 1 als zweckmäßig erwiesen, dies bedeutet, daß die Masse einer auf einem Druckdraht 14 angeordneten Hülse etwa das 17fache der Masse des Druckdrahtes 14 zwischen einander benachbarten Führungsgliedern beträgt Dieser Wert ist jedoch nicht kritisch und es kann ein weiter Massenverhältnisbereich verwendet werden.

Bei einem als geeignet befundenen Längenverhältnis

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ist die Länge der Hülse geringfügig größer als die Hälfte des Abslandes zwischen benachbarten Fuhrungsgliedern. Dadurch wird ein unerwünschtes Aufeinanderstoßen der Enden benachbarter Hülsen vermieden, was ansonsten während des Betriebs zu einem gegenseitigen Verklemnien der Hülsen führen könnte. Jedoch ist das genaue Längenverhältnis nicht kritisch und es kann somit innerhalb weiter Grenzen variieren, d. h. es

können auch Röhrchen verwendet werden, deren Länge geringer ist als die Hälfte des Abstandes zwischen zwei benachbarten Führungsgliedern. Die Masse der Hülse kann durch geeignete Wahl des Materials oder des Innen^ und Außendurchriiessers bestimmt Werden, um gegebenenfalls eine Längenänderung der Hülse unter Beibehaltung der gewünschten Dämpfungsfunklion zu kompensieren.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Drahtdrucker mit Druckdrähten, die sich von den Betätigungselementen zur Druckstelle erstrekken und über ihre Länge durch Führungsglieder und teilweise jeweils in einer Hülse geführt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülsen (80) mit keinem Teil der Druckvorrichtung (10) verbunden sind und somit zwischen den Führungsgliedern (28, 30, 32) frei beweglich auf den Druckdrähten (14) sitzen und daß die Hülsen (80) zwischen den Führungsgliedern (28,30,32) vorgesehen sind, zwischen denen die einzelnen Druckdrähte (14) einen ausreichenden Abstand voneinander haben.

2. Drahtdrucker nach Anspruch 1 mit zumindest drei Führungsgliedern, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülsen (80) auf jedem Druckdraht (14) zwischen dem ersten und zweiten Führungsglied (32, 30) und/oder zwischen dem zweiten und dritten Führungsg'ied (30,28) angeordnet sind.

3. Drahtdrucker nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge einer Hülse (80) größer ist als die Hälfte des Abstandes zwischen zwei benachbarten Führungsgliedern (28, 30,32).

4. Drahtdrucker nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Masse des bzw. der Druckdrähte (14) zwischen benachbarten Führungsgliedern (28, 30, 32) '/,2 der Masse der auf diesem Druckdraht zwischen diesen Führungsgliedern angeordneten Hülse (80) beträgt.

5. Drahtdrucker nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daü die Hülsen (80) einen kreisförmigen Querschnitt besitzen.

6. Drahtdrucker nach einem. sr Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülsen (80) einen elliptischen Querschnitt besitzen.

7. Drahtdrucker nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülsen -»o (80) aus einem Material mit niedrigem Reibungskoeffizienten bestehen.

8. Druckvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet daß die Hülsen (80) aus Polytetrafluoräthylen-Harz bestehen.

9. Druckvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülsen aus einem Fluorkohlenstoffharz bestehen.