DE3040399C2 - Antriebsmodul für einen mehrere Moduln umfassenden Druckkopf eines Nadeldruckers - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Antriebsmodul für einen mehrere Moduln umfassenden Druckkopf eines Nadeldruckers nach der Gattung des Anspruches 1.

Aus der DE-OS 26 30 931 ist bereits ein derartiges Antriebsmodul bekannt. Dieses Modul wird dabei in 7-bis 9facher Ausführung auf einer kr, «runden Scheiben fläche — als Grundlage für die Einzelmodule — für einen Punktmatnx-Nadeldrucker verwendet, wobei jedes Modul eine Nadel zum Drucken von 7 bis 9 Punktmatrixzeichen steuert. Das bekannte Modul weist dabei einen Antrieb mit einem magnetischen Kreis auf. der über einen Elektromagneten und einen permanenten Magneten verfügt. Über einen Luftspalt wird ein Anker bewegt, der einen Druckarm trägt, der an einem Ende die Schreibnadel aufweist. Der Arm wird dabei am anderen Ende von einer Anordnung aus zwei sich durchdringenden Blattfedern gehalter deren Mittellinien sich schneiden und deren jeweils andere Enden an einem Polschuh angreifen, derart, daß der Anker bei nichterregtem Elektromagneten gegen die Kraft der Blattfedern durch den Permanentmagneten in seiner Ruhestellung gehalten wird und durch Erregung des Elektroma gneten zum Anschlag, der durch die Vorspannkraft der Blattfedern bewirkt wird, freigebbar ist. Dabei prallt die Nadel auf die Oberfläche, die bedruckt werden soll. Der Nadelarm prallt von der Oberfläche des P jischuhs zurück und wird von der Polfläche des Elektromagneten gefangen, wobei letzterer zu dem Zeitpunkt, an dem sich der in seine Ruhestellung zurückschwingende Arm nähert, entregt wird.

Aus der DE-AS 21 39 458 ist ferner eine Antriebsvorrichtung für die Druckdrähte eines Druckkopfes bekannt, bei der, bedingt durch die Polanordnung, zwei senkrecht zueinander stehende Kraftkomponenten, die vom Dauermagnet kommen, zwei Rückstcilmomcnte ergeben,die den Anker bei nichl bcMiiligtcm F.lcklrcnnu-

gnet in Ruhestellung halten. Die eine (Haupt-) Kraft wirkt in der Normalen der Polfläche, die weitere Kraft entsteht in einem Schlitz und wirkt in der Normalen der Schlitzgrundfläche auf den Anker. Die Magnetflußverhältnisse sind zwar denjenigen der Erfindung insofern vergleichbar; die Bewegungsverhältnisse sind jedoch unterschiedlich, weil bei de' bekannten Vorrichtung eine Relativbewegung zwischen Anker und Polfläche nicht ausgeschlossen ist.

Schließlich ist aus der DE-OS 19 43 675 noch eine Drahrdruckvorrichtung bekannt, bei der auf einer dauererregten Magnetscheibe mehrere Einzelmodule sitzen.

Diese bekannten Moduln haben sich auf dem Markt gut eingeführt; sie erzielen Druckgeschwindigkeiten, die gleich derjenigen von langsamen Zeilendruckern sind (600 Zeichen je Sekunde) und kosten erheblich weniger als solche Zeilendrucker. Es haben sich jedoch bei längerem Gebrauch einige Probleme gezeigt Die zu geringe Starrheit zwischen der Polfläche und der Halterung der sich kreuzenden Blattfedern führt zu Re-.Sbewegungen der sich berührenden Flächen von Anker und Polschuh, was zu Verschleiß führt. Um nun die gewünschte Lebensdauer des Druckkopfes von mindestens 500 Millionen Zeichen zu erhalten, war es erforderlich, die aneinanderliegenden Flächen zu ölen. Das Ölen dieser aneinanderliegenden Flächen führt aber zu zwei Schwierigkeiten:

Die eine davon liegt darin, daß die Benutzer des Drukkers die Druckköpfe nicht ölen wollen, obwohl dieser Vorgang nur 8 Tropfen Öl erfordert, und nur ein- bis zweimal pro Woche durchzuführen ist. Das zweite Problem liegt darin, daß das Öl dazu führt, daß der Drucker gelegentlich einen Punkt oder zwei unterdrückt, wenn nach dem Einschalten der nachts durchweg abgeschalteten Maschine das erste Zeichen bedruckt wird.

Demgegenüber liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, die wirksame magnetische Kraft zu erhöhen, d.v.· Lagerung des Ankers mit dem Arm und der Drucknadel dahingehend zu verbessern, daß außer der Anzugsbewegung eine Querbewegung zwischen Anker und Joch vermieden wird.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß die Polschuhe zueinander senkrecht stehende und eng benachbarte Polflächen aufweisen, daß der Anker mit entsprechenden, zu den Polflächen parallelen Flächen versehen ist und in seiner Ruhestellung mit seiner einen Fläche an der Polfläche des ersten Polschuhs anliegt, während er mit seiner anderen Fläche und der Polftäche des zweiten Polschuhs einen schmalen, sich bei der Anschlagbewegung vergrößernden Luftspalt einschließt, daß die jeweils anderen Enden der Blattfedern an einem über die Polfläche des ersten Polschuhs hinausragenden Glied des ersten Polschuhs befestigt und so angeordnet sind, daß der die Schwenkachse der Blattfedern definierende Punkt etwa in der Ebene dieser Polfläche liegt, wodurch der Anker bei Erregung des Elektromagneten nur eine Bewegung entlang einer Bahn ausführen kann, bei der sich jede der beiden Mächen des Ankers von den entsprechenden gegenüberliegenden Polflächen wegbewegt.

Der magnetische Kreis ist bei dem erfindungsgemäßen Druckkopf gegenüber dem bekannten Druckkopf dadurch verbessert, so daß der magnetische Kreis und der Arm in der selben Ebene mit der Spule des Elektro magneten liegen, woL*.'i die Spule als außenliegendes Element eines jeden Moduls des Druckkopfes vorgesehen ist. Diese Anordnung ergibt einen kurzen magneti-

sehen Kreis und ermöglicht die Anordnung der Elektromagnete und insbesondere deren Spulen an der Peripherie, wodurch bei Verwendung mehrerer Module die Spulen gut gekühlt sind. Dadurch können die Spulen mit einem hohen Strom belastet werden, ohne daß sie durch Überhitzung beschädigt werden.

Bevorzugt ist bei Verwendung mehrerer Moduln ein einziger, kreisringscheibenförmiger Dauermagnet verwendet, der allen Moduln gemeinsam ist wodurch Aufbau und Zusammenbau des Druckkopfes vereinfacht sind, insbesondere ist eine Basis oder BasisDlatte mit einer aufrecht stehenden, runden Nabe vorgesehen, und es ist der Dauermagnet an dem Hohlzylinderteil koaxial zu ihr befestigt. Die einzelnen Moduln sind aufrecht an einem Flansch angebracht, der sich von der Basis des Hohlzylinderteils radial nach außen erstreckt. Der Dauermagnet läßt sich leicht relativ zum Hohlzylinderteil positionieren und an ihm befestigen, und es sind die Spulen der Elektromagnete an Kernen montiert, die am Rand des Flansches befestigt sind, .-olschuhe der Elektromagnete, die gleichzeitig die Bieg_glieder für den Arm tragen, sind an denselben Kernen befestigt und bilden ein im wesentlichen zur Basis parallele? Glied, wobei die Kerne etwa parallel zur Achse der Nabe angeordnet sind. Wie nachher noch deutlicher erläutert wird, können die Biegeglieder schnell und exakt an den Polschuhen der Elektromagnete befestigt werden und bilden eine siarre Tragstruktur.

Ein für die Betriebseigenschaften des Druckkopfes vorteilhafter Effekt der Erfindung beruht auf dem ringförmigen Dauermagnet der relativ dünn ausgebildet sein kann als Folge des großen Gesamtvolumens und des daraus resultierenden Gesamtflusses, der mit der ringförmigen Anordnung erzielbar ist Der ringförmige Permanentmagnet ermöglicht es, den magnetischen Kreis gegenüber dem bekannten Druckkopf zu kürzen und dadurch effektiver zu gestalten.

Außerdem vermindert die Anordnung der Wagnetstruktur in Ausrichtung mit dem Arm die Länge des !regnerischen Pfades, so daß die Benutzung der speziellen Struktur in Verbindung mit dem ringförmigen Dauermagnet einen Pfad ergibt, der deutlich kurzer ist als bei der bekannten Anordnung, wodurch o'er Gesamtwirkungsgrad der erfindungsgemäße:. Anordnung wesentlich vergrößert wird.

D:e Anordnung der Spule eines jeden der Elektromagnete im äußersten Randbete'ch eines jeden Moduls ermöglicht eine gute Spulenkühlung und damit eine hohe Strombelastbarkeit.

Die ^uvor erläuterte magnetische Struktur bildet im wesentlichen ein Rechteck, wobei der Flansch und der Polschuh des Elektromagneten zwei der zueinander parallelen Seiten und der Kern (die Spule) und der Dauermagnet mit der Nabe und dem Polschuh die beiden anderen zueinander parallelen Seiten bilden. Der Dauermagnet-Zweig und der Polschuh des Elektromagneten sind kürzer als die zu ihnen parallelen Zweige, wodurch ein Luft» ,jalt in einer Ecke des magnetischen Kreises gebildet wird, in der der an dem Arm befestigte Anker vorgesehen ist. Die Anordnung des Ankers in der Ecke des magnetischen Kreises führt z~d einem extrem kleinen Anker, wodurch eine hohe Arbeitsgeschwindigkeit ermöglicht wird. Der Anker liegt in der Ruhelage an dem Polschuh des Elektromagneten an und weist dabei ständig einen engen Luftspalt als Abstand vom Polschuh des Permanentmagneten auf.

Die Anordnung des Ankers in der Ecke des magnetischen Kreises führt dazu, daß die Magnetstruktur auf

einer Seite des Armes angeordnet ist. Der Arm bewegt sich beim Druckvorgang von dieser Struktur weg und kann daher nahe zu der zu bedruckenden Oberfläche angeordnet werden. Es können daher gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung so kurze Nadeln verwendet werden, die den Einsatz einer Führungsplatte unnötig machen, wodurch eine weitere Verschließursache ausgeschaltet werden kann.

Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung beruht auf der Ausbildung der Halterung des Ankers, die zu einem erheblich verminderten Verschleiß der aneinander anliegenden Oberflächen von Anker und Elektromagnetpolschuh führt. Die den Arm tragenden, sich kreuzenden Biegeglieder sind so angeordnet, daß die wirksame Schwenkachse des Armes sich in der Ebene der Grenzfläche zwischen Anker und Elektromagnetpolschuh befindet. Als Folge ergibt sich ein prak tisch völliges Fehlen von Gleitbewegungen der betreffenden, aneinander anliegenden Oberflächen, wodurch die Lebensdauer des Druckkopfes stark erhöht wird. Außerdem ist die Traganordnung extrem starr, weil die Biegeglieder unmittelbar an dem Polschuh und eng benachbart zur Polfläche befestigt sind. Dadurch werden alle schwingungsbedingten Bewegungen des Polschuhs auf den starr gekoppelten Anker übertragen, so daß praktisch keine Querbewegung zwischen Polschuh und Anker auftritt, was Verschleiß und die Notwendigkeit der Schmierung ausschaltet.

Der erfindung·. emäße Druckkopf erreicht Dauerarbeitsgeschwindigkeiten von 800 Zeichen je Sekunde, wobei es sich herausgestellt hat, daß kein bemerkenswerter Verschleiß nach 400 Betriebsstunden (800 · 10* Zeichen) ohne Schmierung auftrat.

Durch die Erfindung wird also ein Hochgeschwindigkeits-Punktmatrix-Druckkopf geschaffen, der eine große Lebensdauer aufweist Dabei ist der erfindunesgemäße Druckkopf preiswerter herstellbar und leichter, da er nur etwa ein Drittel so viel Teile aufweist wie der bekannte Druckkopf.

Dabei ist von Vorteil, daß erfindungsgemäß die sich kreuzenden Biegeglieder, die den Druckarm tragen, eine Schwenkachse des Armes ergeben, die in der Ebene der Anlagefläche des Ankers am Polschuh des Elektromagneten liegt.

Von Vorteil ist schließlich, daß der magnetische Kreis rechteckförmig gestaltet und der Anker in einer Ecke des Rechtecks angeordnet ist, weil dadurch die durch den Magnetfluß in den Spalten erzeugten Drehmomente zwischen Anker und magnetischen Kreis sich addieren.

Von Vorteil ist schließlich, daß die Steuerung der Bewegung der von einem Arm getragenen Nadel zwischen der Ruhe- und der Druckstellung durch ein Modul erfolgt bei dem der steuernde magnetische Kreis sich im wesentlichen völlig auf der der zu bedruckenden Oberfläche gegenüberliegenden Seite des Armes befindet.

Durch die Verwendung eines einzigen Dauermagneten für eine Gruppe von Moduln wird ein Punktmatrix-Drucker geschaffen, bei dem die Steuerung des Druckvorganges durch selektive Erregung unterschiedlicher Elektromagnete eines jeden Moduls erfolgt die dem durch den allen Moduln gemeinsamen Dauermagnet erzeugten Fluß entgegenwirken.

Weitere Einzelheiten und Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform. Es zeigt

F i g. 1 eine Draufsicht auf einen Druckkopf von der Nadelseite her unter Darstellung einer ersten Ausführungsform der Modul- und Nadelanordnung,

F i g. 2 eine Draufsicht von der Nadelseite her auf ein einzelnes Modul,
F i g. 3 einen Schnitt nach der Linie 3-3 der F i g. 2,

Fig.4 eine perspektivische Explosionsdarstcllung der Biegeglied- und Armträger sowie des Ankers,

F i g. 5 eine Endansieht des Ankers und der Arm- und Biegegliedträger von der Mitte eines Moduls her,

Fig.6 eine Endansicht des Ankers und des Biegegliedträgers von außerhalb des Moduls.

Fig. 7 einen Schnitt nach der Linie 7-7 der Fig. 5. und

F i g. 8 eine Seitenansicht einer modifizierten Ausführungsform der Anordnung gemäß den F i g. 1 bis 7.

Anschließend verwendete Ausdrücke, die Orts- und Raumangaben bezeichnen, wie »vertikal, horizontal. OberplaUe. Grundplatte« entsprechen der Darstellung in der Zeichnung. Sie dienen lediglich der leichteren Erläuterung und geben nicht die Benutzungslage der Teile im Raum an. Vielmehr ist die Position des Druckkopfes auf dem Druckwagen so. daß als vertikal bezeichnete Elemente im allgemeinen horizontal angeordnet sind und sogenannte Ober- und Grundplatten zu Seitenplatten werden.

In f i g. 1 ist eine Draufsicht eines Druckkopfes dargestellt. wobei allerdings die Nadel- und Streifenführung sowie die Oberplatte entfernt sind. Die dargestellte Ausführungsform umfaßt acht Nadeltreiber 1 zum Drucken eines Schriftrasters mit sieben · fünf, sieben ■ sieben oder sieben · acht oder noch höherer Auflösung, wobei die achte Nadel für den Absteiger oder Absenker vorgesehen ist. Es können auch Schriftraster mit seiben · sieben und neun ■ sieben zum Drucken von Ober- und Untertypen verwendet werden. Bei acht · sieben oder neun · sieben Schreibrastern können alle vertikalen Positionen nach Bedarf gedruckt werden.

Der in F i g. 1 dargestellte Druckkopf ist von einem

Druckwagen gehalten, der nicht dargestellt ist und durch dessen Bewegung eine Typenzeile gedruckt werden kann.

Gemäß der Darstellung in den F i g. 1 bis 3 sind die Nadeltreiber 1 etwa entlang einem Kreis um einen Mittelpunkt 2 des Kopfes angeordnet Dabei ist keine exakte konzentrische Lage vorgesehen, um einerseits einen ausreichenden Platz an den nadelseitigen Enden von Armen 7 zu erhalten und Nadelbiegungen klein zu halten; die Nadeln sind in zwei parallelen Reihen 3, 4 mit jeweils vier Nadeln angeordnet und werden an ihren oberen Enden abgelenkt zur Bildung einer einzi^on Reihe aus acht Nadeln.

Die Nadeln 6 sind an jeweils einem Ende von etwa radial angeordneten Armen 7 befestigt, die durch Biegeglieder 8 schwenkbar sind.

Die Arme 7 erstrecken sich über Glieder eines magnetischen Kreises 9 und sind von sich kreuzenden Biegegliedern 11 und 12 an ihren rechten bzw. oberen Enden gehalten, wie es die Ansicht eines Polschuhes 13 des magnetischen Kreises in F i g. 3 zeigt

Der magnetische Kreis umfaßt eine in F i g. 3 dargestellte Basis 14 mit einem nach oben ragenden, zentral angeordneten Hohlzylinderteil 16, das an seinem oberen Ende in eine sich nach innen erstreckende Scheibe 17 mit einer zentralen öffnung 18 übergeht Das untere Ende des Hohlzylinderteils 16 geht über in einen sich radial nach außen erstreckenden Flansch 15, der mit Bohrungen versehen ist zur Aufnahme von Maschinenschrauben 10, die zur Befestigung der Polschuhe 13 und

von Spulen 31 an der Anordnung dienen.

Ein im wesentlichen ringförmiger Dauermagnet 19 mit einer zentralen öffnung 21 ist an der Oberseite der Scheibe 17 des Hohlzyünderteils 16 koaxial angeordnet.

Mittels zweier Hallescheiben, nämlich einer oberen Halleschcibc 22 und einer unteren Halteschcibe 23 ist der Permanentmagnet 19 zwischen der Scheibe 17 und einer weiteren Scheibe 24 fixiert. Die Scheibe 24 ist koaxial zum Hohlzylinderteil 16 angeordnet und mit einer zentralen öffnung 26 versehen; sie weist eine Vielzahl von Polschuhen 27 auf, die sich von dem äußeren Umfang entlang der Mittelebene der Arme 7 nach außen erstrecken.

Der Polschuh 13 der elektromagnetischen Struktur ist am oberen Ende einer Buchse 29 angeordnet, mit dem er vorzugsweise einstückig hergestellt ist und der mittels der Maschinenschraube 10 am Flansch 15 befestigt lsi. Die Atnac der Büchse ist parallel zur Achse des Hohlzylinderteils 16: dabei befindet sich der Polschuh 13 des Elektromagneten an dessen oberem Ende und es erstreckt sich dessen untere horizontale Oberfläche 30 unmittelbar oberhalb der Ebene der oberen Oberfläche der Scheibe 24. Die Spule 31 aus isoliertem Draht ist auf die Buchse 29 aufgesteckt und bildet die Wicklung des Elektromagneten.

Der Hauptteil des Polschuhes 13 erstreckt sich von der Oberfläche 30 nach oben und bildet ein aufrecht stehendes Glied 32, das über den Umriß des Hohlzylinders 29 horizontal übersteht und insbesondere sich in Riciitung des Arms 7 nach innen und symmetrisch zur Mittelebene des Armes 7 nach beiden Seiten erstreckt.

Der nach innen sich erstreckende Bereich des Gliedes 32 endet in einer an seiner Oberfläche 30 anschließenden verlängerten vertikalen Oberfläche 33, die den Pol des Elektromagneten bildet, wie es in F i g. 4 gezeigt ist. Die Oberfläche 53 endet in ihr?m ob?r<?n Rereich in einer breiten, quer verlaufenden horiiontalen Nut 34, die ihrerseits an einem nach innen gerichteten Vorsprung endet, der durch eine vertikale Aussparung 36 gegabelt ist. die in der Mittelebene des Armes 7 liegt und dadurch zwei Biegeglied-Halteelemente 37 und 38 bildet. Die Halteelemente 37 und 38 weisen vertikale Oberflächen 39 und 41 auf, die zwischen der Nut 34 und der Oberseite des Gliedes 32 liegen. Diese Oberflächen bilden Tragoberflächen für das blattfederartige Biegeglied 12 der aus sich kreuzenden Biegegliedern gebildeten Halterung des Armes 7.

Die Aussparung 36 im Glied 32 des Polschuhes 13 endet in einer flachen horizontalen Oberfläche 42, die den Träger für das zweite, als Blattfeder ausgebildete Biegeglied 11 der Halterung des Armes 7 bildet.

Eine Mehrzahl von weiteren Aussparungen, Nuten und Einschnitten sind in das Glied 32 eingearbeitet, diese dienen jedoch in erster Linie der Gewichtsreduzierung sowie der vereinfachten Hersteilbarkeit

Der Arm 7 trägt an seinem der Nadel 6 entfernten Ende einen Anker 46 des magnetischen Kreises, der gleichzeitig als Verbindung zwischen den Biegegliedern 11 und 12 und dem Arm 7 dient Wie in Fig.4 dargestellt weist der Anker eine Breite auf, die im wesentlichen gleich der Breite der Oberfläche 33 des Gliedes 32 ist, wobei seine Höhe etwa das Doppelte dieser Fläche ist wodurch eine der Oberfläche 33 gegenüberliegende Oberfläche 45 gebildet ist Der Anker weist einen zentral angeordneten, nach oben gerichteten Vorsprung 47 mit einer flachen, horizontalen, oberen Oberfläche 48 auf, die zur Befestigung des anderen Endes des aJs Blattfeder ausgebildeten Biegegliedes 11 dient

Der rückwärtige Bereich des Ankers 46 an der der Oberfläche 45 gegenüberliegenden Seite (in Fig.4 rechts und in F i g. 3 links dargestellt), ist beidseitig von dem Vorsprung 47 mit je einer Vertiefung 51 und 52 versehen. Das blattfederartige Biegeglied 12 ist gegabelt und bildet ein nach unten offenes, U-förmiges Element mit Schenkeln 53 und 54 sowie einen die Schenkel verbindenden Steg 56. Die Enden der Schenkel 53 und 54 befinden sich in den Vertiefungen 51 und 52 und sind mit den angrenzenden Oberflächen durch Hartlötung verbunden. Der Steg 56 des U-förmigen Gliedes ist mit den Oberflächen 39 und 41 des Gliedes 32 verbunden, vorzugsweise ebenfalls durch Hartlötung.

Der Arm 7 ist mu zwei seitlichen Laschen 57 versehen. die Oberflächen 49 gegenüberliegen, die sich von der Oberfläche 48 des Ankers nach unten erstrecken; die Laschen 57 sind an die Oberflächen 49 durch Hartlöten befestigt.
Wie aus F i g. 3 ersichtlich, sind die verschiedenen EIemente des Druckkopfes so bemessen, daß der Anker 46 parallel und unmittelbar oberhalb des Polschuhes 27 der Scheibe 24 liegt und einen schmalen Luftspalt 58 zwischen Anker 46 und Polschuh 27 begrenzt. Ist die Spule 31 des Elektromagneten nicht erregt, so hält der von dem Dauermagnet 19 gelieferte magnetische Fluß den Anker 46 in Anlage an der Oberfläche 33 des Elektromagneten. In dieser Position sind die Biegeglieder 11 und 12 erheblich vorgespannt und üben ein im Uhrzeigersinn wirkendes Drehmoment um das Zentrum der sich kreuzenden Biegeglieder 11 und 12 auf den Arm 7 aus, das eine Aufwärtsbewegung der Nadel 6 hervorzurufen sucht.

In der in F i g. 3 dargestellten Position des Ankers kreuzen sich die Mittellinien der Biegeglieder 11 und 12 in einem Punkt 20 im Raum, der in der Berührungsebene zwischen der Oberfläche 45 des Ankers 46 und der Oberfläche 33 des Gliedes 32 liegt. Dieses Merkmal ist durch entsprechende Dimensionierung des Ankers 46 und des Gliedes 32 erzielt, so daß das Biegeglied 12 gemäß der Darstellung in den F i g. 3 und 7 abgebogen sein muß, wodurch es das Biegeglied 11 an der zuvor erwähnten Stelle schneidet Dieses Merkmal ist von besonderer Bedeutung für die Erzielung einer großen Lebensdauer ohne Schmierung, weil es dafür sorgt, daß die Aufprallbewegung des Ankers 46 an der Oberfläche 33 exakt senkrecht zur Oberfläche erfolgt und dadurch ein Reiben der Oberflächen gegeneinander vermieden wird. Ein weiteres wichtiges Merkmal, das zur Verminderung des Verschleißes beiträgt, ist die Verwendung des Polschuhes 13 als Träger für die Biegeglieder 11 und 12. Der Arm kann ganz nahe an den Polschuh 13 herangeführt werden, wodurch eine steife Struktur gebildet wird, die, falls überhaupt, nur eine sehr kleine Schleifbewegung zwischen dem Anker 46 und dem Polschuh 13 zuläßt Dadurch tritt praktisch kein Verschleiß der Einzelteile auf und es wird eine hohe Lebensdauer erzielt; Anker und Polschuh sind dabei die einzigen Teile, die mechanischer Abnutzung unterliegen, abgesehen von der Führungsplatte und den Nadeln, die aber ohne Bedeutung für den Erfindungsgegenstand sind.

Die Anordnung der Halterung für den Arm 7 vereinfacht und erleichtert den Zusammenbau des Druckkopfes in großem Ausmaß. Der Anker wird am Arm 7 und den Biegegliedern 11 und 12 befestigt und dann gegen die Oberfläche 33 des Gliedes 32 in exakter Ausrichtung gepreßt Die Biegeglieder werden dann an ihren Tragoberflächen befestigt, und es ist damit die Montage beendet

Die Feststellung, daß der Anker 46 in einer Ecke einer im wesentlichen rechteckförmigen Struktur des magnetischen Kreises angeordnet ist, bezieht sich auf den Umstand, daß der Flansch 15 den unteren Bereich des Rechtecks bildet, während die Buchse 29 dessen rechte Seite bildet. Der untere horizontale Bereich des Gliedes 32 ist ein obces Seitenteil des Rechteckes, und das Hohlzylindertcsl 16, der Dauermagnet 19 und die Scheibe 24 bilden dessen linken Bereich. Der Polschuh 27 der Scheibe 24 und der Anker vervollständigen den linken und den oberen Teil des Rechtecks. Es wird darauf hingewiesen, daß alle die erwähnten Einzelteile mit Ausnahme des Dauermagneten 19 aus einem hochpermeablen Material bestehen wie beispielsweise aus Weicheisen oder Siliziumverbindungen oder aus einem der neueren Werkstoffe, die sogar noch höhere Flußdichten zulassen. In vielen Fällen werden jedoch Weicheisen oder Siliziumverbindungen bevorzugt, da sie preiswert sind und leicht bearbeitet werden können.

Durch magnetische Kräfte hervorgerufene Drehmomente in den beiden Luftspalten, die sich ergeben, wenn der Anker 46 abgehoben wird, addieren sich wegen der Art der Positionierung dieses Ankers. Während eines Druckzyklus wird der Elektromagnet erregt und erzeugt einen Fluß, der dem des Dauermagneten 19 entgegengerichtet ist, so daß die auf den Anker 46 ausgeübte magnetische Kraft weit unter diejenige Kraft reduziert wird, die von den Biegegliedern 11 und 12 aufgebracht wird. Der Arm 7 schwenkt um das Biegezentrum im Punkt 20, wodurch die Nadel 6 auf ein Farbband aufschlägt, wodurch dieses auf die zu bedruckende Oberfläche gepreßt wird. Die Schwenkbewegung des Armes um seine Schwenkachse führt zur Bildung eines Luftspaltes zwischen den Oberflächen 33 und 45. Der Spalt zwischen dem Anker 46 und dem Polschuh 27 der Scheibe 24 vergrößert sich ebenfalls, weil der Anker sowohl nach oben ais auch nach "links um seine Achse schwenkt

Die Aufschlagkraft der Nadel auf dem Farbband, dem Papier und der Auflage bewirkt ein Rückprallen des Armes; vor diesem Zeitpunkt wird der Elektromagnet entregt. Dadurch wird der Magnetfluß in den erwähnten Luftspalten wieder wirksam und zieht den Anker in die in F i g. 3 dargestellte Position. Die abwärts gerichtete, auf den Anker wirkende Kraft liegt links vom Schwenklager und bewirkt daher ein Drehmoment, das zu einem Schwenken des Armes 7 im Gegenuhrzeigersinn führt. Die auf den Anker von dem aus der Poloberfläche 33 austretenden Fluß ausgeübte Kraft ist horizontal gerichtet und verläuft unterhalb der Schwenkachse und übt daher ebenfalls ein Drehmoment im Gegenuhrzeigersinn auf den Arm aus. Es addieren sich daher die auf den Arm wirkenden Kräfte und sind größer als bei in ihrer Größe vergleichbaren bekannten Anordnungen.

Der Aufbau des magnetischen Kreises, wie er vorstehend beschrieben wurde, ist sehr kompakt so daß die Länge des magnetischen Kreises auf ein Minimum reduziert ist, das im Grunde nur durch die Größe der wesentlichen Komponenten des magnetischen Kreises bestimmt ist Die Länge der Struktur bestimmt neben anderen Einflüssen den magnetischen Widerstand (Reduktanz) des Magnetpfades und damit den Fluß, der darin durch den Magnet hervorgerufen werden kann. Es hat sich herausgestellt, daß die Verminderung der Pfudlänge zu einer Verminderung des Streuflusses führt und eine Verkleinerung der Magnetdicke von 2G% erlaubt verglichen mit der bekannten, geschützten Anordnung.

Ein weiteres Merkmal, das zu den gesamten Betriebseigenschaften d^ Diruckkopfes beiträgt ist die Anordnung der Spulen 31 im äußeren Bereich des Druckkopfes, Dadurch wird eine gute Kühlung erreicht, wodurch ein relativ starker Spulenstrom verwendet werden kann,

5 ohne Überhitzung zu bewirken. Als Folge hiervon können die Spulen kleiner (kürzer) ausgebildet werden, wodurch die Magnetpfiadlänge zusätzlich vermindert wird. Gemäß den vorstehend geschilderten Eigenschaften, nämlich der sich addierenden Kräfte in den Luftspalten, des hohen Flusses im magnetischen Kreis aufgrund seiner minimalen Länge und des hohen Stromes, der in den Spulen zulässig ist, wird ein Druckkopf verwirklicht, mit dem Dauerarbeitsgeschwindigkeiten von 800 Zeichen je Sekunde (3,8 kHz) erzielt werden können. Die Losreiß· und Rückholkräfte, die auf den Anker wirken, sind im wesentlichen gleich, so daß ein rasches Zurücklaufen des Armes erreicht wird; auch dies trägt zu der hohen Betriebsgeschwindigkeit bei.

Die zuvor erwähnte Arbeitsgeschwindigkeit führt zu einem Druckvorgang mit etwa sechs Zeilen mit 132 Typen je Sekunde; diese Zahl wird etwas reduziert (auf fünf derartige Zeilen) wenn Durchsatzgeschwindigkeiten aufgrund von Nicht-Druck-Zeiten während des Wagenrücklaufes einbezogen werden, obwohl die verlorene Zeit durch Drucken in beiden Richtungen vermindert werden kann.

Wenn der in den F i g. 1 bis 7 dargestellte Druckkopf mit langen Nadeln arbeitet, muß eine nicht dargestellte Führungsplatte für die Nadeln zwischen den Armen 7 und der Oberfläche, auf die die Nadeln aufprallen, angeordnet werden. Diese Führungsplatte führt zu einer Durchbiegung der Nadeln, so daß alle Nadelenden zu einer einzigen Reihe ausgerichtet sind. Die Nadeln können in der Position gemäß Fig. 1 gehalten sein, um cinen großen Raum zwischen den die Nadeln aufnehmenden öffnungen in der Führungsplatte zu erhalten. Es ist offensichtiich, daß dann, wenn aiie Nadein 6 in einer einzigen Reihe angeordnet sind, das Material zwischen den Aussparungen sehr dünn und dadurch das Bohren der Aussparungen siufwendig ist Das Staffeln der Nadeln erhöht das Volumen des Materials zwischen den Aussparungen und reduziert die Bohrkosten. Bei einer solchen Anordnung und bei dem Druckkopf gemäß F i g. 8 sind die Nadeln um einen Abstand versetzt der der Anzahl von Zeitzyklen des Drucktaktgebers in den elektronischen Steuerschaltungen zueinander entspricht Bewegt sich beispielsweise der Druckkopf in der Ansicht gemäß F i g. 1 von links nach rechts, dann werden die entsprechenden Nadeln der rechten Reihe betätigt und es werden entsprechende Nadeln der linken Reihe betätigt nach einer Verzögerungszeit, die gleich der Zeit ist, die erforderlich ist, um den Kopf um eine Strecke zu bewegen, die gleich dem Abstand zwischen den Mittellinien der rechten und der linken Nadelreihe ist Dadurch werden die Aufdrucke auf dem Druckträger ausgerichtet

Die Führungsplatte wird verwendet, wenn mit unterschiedlicher Schritteilung gedruckt werden soll oder wenn eine exaktere Ausrichtung der Nadeln verlangt wird, um ausgezeichnete Abdrucke zu erzielen. Muß jedoch die gewünschte Druckqualität nicht so hoch sein, so wird eine ausreichende Qualität durch die Anordnung gemäß Fig.8 erzielt, bei der die Führungsplatte entfällt und stattdessen kurze Nadeln verwendet werden, wodurch das Schlagen der Nadeln soweit reduziert wird, daß eine annehmbare Druckqualität erreicht wird.

In Fig.8 ist eine derartige Kurznadelvcrsion des

Druckkopfes dargestellt Gleiche Teile sind mit densel-

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ben Bezugsziffern wie in den Fig. 1 bis 7 (um einen Anführungsstrich ergänzt) versehen, da diese Teüc in beiden Versionen identisch sind.

In der Kurznadelversion des Druckkopfes sind alle Teile mit Ausnahme der Nadel und des Armes identisch. Der zusätzliche Raum oberhalb der Scheibe 24 kann ausgeschaltet werden. Ein Druckarm T gemäß F i g. 8 ist von den Laschen 57 nach links hin nach oben abgewinkelt, wodurch eine kurze und kräftige Nadel verwendet werden kann, die das Farbband und das Papier erreicht. die sich im Abstand zum oberen Ende des Gliedes 32 befinden müssen. Dieser Abstand wird gering gehalten, um die Seitenbewegung der Nadel zu vermindern, wenn sie auf das Band und das Papier auftrifft, wodurch ein Verschmieren vermieden wird und die Ausrichtung der auf das Papier aufgebrachten Punkte nicht übermäßig abhängig ist von der Nadelbewegung, die zur Erzeugung der Punkte erforderlich ist. Im übrigen ist die Wirkungsweise der Anordnung gemäß F i g. 8 identisch mit der der zuv->r beschriebenen Ausführungsform.

Ein wesentliches Merkmal des Druckkopfes gemäß Fig. 8 liegt darin, daß aufgrund der Anordnung des Druckarmes oberhalb aller anderen Elemente des Druckkopfes ein aufwärts abgewinkelter Arm verwendet werden kann, ohne daß irgend eine Abänderung anderer Elemente des Druckkopfes gegenüber den anderen Figuren erforderlich ist. Alle übrigen Vorteile der Langnadeiversion werden aurh bei der Kurznadelversion erzielt.

Zusammengefaßt liegen einige der Merkmale, die zur hohen Arbeitsgeschwindigkeit und der langen Lebensdauer des Druckkopfes beitragen, darin, daß der elektromagnetische Pol und der Träger der Biegeglieder des Armes aus einem einzigen Stück gebildet sind, so daß bein». Auftreten von Schwingungen der Pol und der Träger sich gemeinsam bewegen, um Reibung des Ankers am Polschuh zu minimieren. Darüber hinaus ist die Anordnung von Arm und Anker so getroffen, daß der Anker unmittelbar von den Biegegliedern gehalten ist. was in Verbindung mit der winzigen Masse des Armes eine erhebliche Einschränkung unerwünschter Bewegungen des Ankers relativ zum Polschuh ergibt, also Schwingungen des Ankers und des Systems stark gedämpft sind. Ferner vermindert die Möglichkeit, die Schwenkachse in die Ebene der Polschuh-Anker-Trennfläche zu legen. Relativbewegungen zwischen den sich berührenden Oberflächen zusätzlich. Eine zusätzliche Dämpfung der Schwingungen des Armes ergibt sich aus dem Umstand, daß die beiden wirksamen Luftspalte (wenn der Arm vom Druckvorgang zurückkehrt) zusammenwirken und den Anker zurückziehen, wodurch sie ein definiertes Armmoment erzeugen.

Das Ergebnis der vorstehenden Merkmale ist ein Druckkopf, der bequem mit einer Arbeitsgeschwindigkeit von 800 Zeichen je Sekunde eingesetzt werden kann und eine nahezu unbegrenzte Lebensdauer aufweist, abgesehen von dem Verschleiß der Nadeln in der Führungsplatte, soweit eine solche verwendet wird.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

65

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Antriebsmodul für einen mehrere Moduln umfassenden Druckkopf eines Nadeldrucker mit einem magnetischen Kreis, bestehend aus einem selektiv erregbaren Elektromagneten (29,31) samt einem ersten Polschuh (13), einem Permanentmagneten (19) samt einem zweiten Polschuh (27), sowie einem Luftspalt, in dem ein mit der Nadel (6) über einen Arm (7) starr verbundener Anker (46) angeordnet ist, wobei der Anker (46) von jeweils einem Ende zweier Blattfedern (11, 12) gehalten wird, deren Mittellinie sich in einem Punkt (20) schneiden und deren jeweils anderen Enden am ersten Polschuh (13) angreifen, derart, daß der Anker 46) bei nicht erregtem Elektromagneten (29, 31) gegen die Kraft der Blattfedern (11,12) durch den Permanentmagneten /19) in seiner Ruhestellung gehalten wird und durch Erregung des Flelctrornagneten (29₈ 31) zum Anschlag, der durch die Vorspannkraft der Blattfedern (11, 12) bewirkt wird, frei gebbar ist. dadurch gekennzeichnet, daß die Polschuhe (13, 27) zueinander senkrecht stehende und eng benachbarte Polflächen (33) aufweisen, daß der Anker (46) mit entsprechenden, zu den Polflächen (33) parallelen Flächen (45) versehen ist und in seiner Ruhestellung mit seiner einen Fläche (45) an der Polfläche (33) des ersten Polschuhs (13) anliegt, während er mit stirer anderen Fläche und der Polfläche des zweiten Polschuhs (27) einen schmalen, sich bei der Anschlagbewegut,g vergrößernden Luftspalt (58) einschließt, dab die jeweils anderen Enden der Blattfedern (11,12) an einem übor die Polfläche (33) des ersten Polschuhs (13) hinausragenden Glied (32) des ersten Polschuhs (13) befestigt und so angeordnet sind, daß der die Schwenkachse der Blattfedern (11, 12) definierende Punkt (20) etwa in der Ebene dieser Polfläche (33) liegt, wodurch der Anker (46) bei Erregung des Elektromagneten (29, 31) nur eine Bewegung entlang einer Bahn ausführen kann, bei der sich jede der beiden Flächen (45) des Ankers (46) von den entsprechenden parallelen Polflächen (33) wegbewegt.

2. Antriebsmodul nach Anspruch 1 in einem mehrere Moduln umfassenden Druckkopf eines Nadeldruckers, dadurch gekennzeichnet, daß der Dauer magnet(19)allen Moduin(l)gemeinsam ist.

3. Antriebsmodul nach Anspruch I oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß der Dauermagnet (19) die Gestalt einer Scheibe aufweist, daß er mit einer Scheibe (24) mit Polschuhen (27) versehen ist. und daß die Moduln etwa kreisförmig entlang der Scheibe (24) angeordnet sind.

4. Antriebsmodul nach Anspruch 3. dadurch gekennzeichnet, daß eine Basis (14) mit einer zentralen Nabe (16) und einem daran anschließenden Flansch (15) vorgesehen ist. daß der Dauermagnet (19) koaxial an der N.ibe (16) befestigt ist. und daß die Elektromagneten (13, 29, 31) an dem Flansch (15) befestigt sind.

5. Antriebsmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektromagnete etwa äquidistant zueinander angeordnete Spulen (31) aufweisen, deren Achsen zueinander und zur Achse des Dauermagneten parallel sind.

6. Antriebsmodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Polschuh (13) jedes Elcktro-

magneten sich in Richtung auf die Achse des Dauermagneten (19) erstreckt, daß je ein Dauermagnetpolschuh (27) an der dem Flansch (15) abgewandten Seite des Dauermagnets (19) vorgesehen ist, dessen Außenfläche radial innerhalb de* Polschuhs (13) des Elektromagneten diesem benachbart angeordnet ist. und d?.ß der zugeordnete Anker (46) im geringen Abstand zu dem Dauermagnetpolschuh (2.") gehalten und in Anlage an den Polschuh (13) des Elektromagneten bewegbar ist

7. Antriebsmodul nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Polschuh (13) zwei Halteoberflächen (39, 41) und (42) vorgesehen sind, die einander benachbart und zueinander senkrecht radial bzw. axial ausgerichtet sind-

8. Antriebsmodul nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgespannten Blattfedern (11) und (12), die den Anker (46) tragen, sich in einer Ebene (33,45) kreuzen, die mit der Ebene der Anlage des Ankers (46) an dem Polschuh (13) des Elektromagneten zusammenfällt, wobei die Blattfedern einerseits an dem Anker und andererseits an je einer der Halteflächen (39, 41) bzw. (42) des Elektromagneten-Polschuhes (13) befestigt sind.

9. Antriebsmodul nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, da.'λ sich die Arme (7) an denen jeweils ein Anker (46) befestigt ist, etwa zur Mittelachse des ringförmigen Dauermagneten (9) erstrecken.