DE3340596C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft einen Matrix-Druckerkopf mit mehreren jeweils mit
einer Drucknadel verbundenen und federgehaltenen Ankern, mit magnetischen
Antriebskreisen zum Antrieb der Anker, bestehend aus einer gemeinsamen
ankerseitigen Jochplatte, einem gemeinsamen, die Anker in Ruhestellung
haltenden Dauermagneten, von dem der Magnetpfad einerseits über ständer
artige Vorsprünge als Kerne für Spulen über in Ausnehmungen der Joch
platte ragende Ankerstücke und andererseits über ein gemeinsames topf
förmiges, sich vom Boden über den Umfang des Matrix-Druckerkopfes er
streckendes Joch zur Jochplatte verläuft.
Ein bekannter Matrix-Druckerkopf der gattungsgemäßen Art ist in der
DE-OS 31 35 957 dargestellt. Dieser Matrix-Druckerkopf weist mehrere
Kerne auf. Auf einem plattenförmigen Dauermagneten liegt eine weitere,
als Joch wirkende Platte aus magnetischem Material mit denselben Ab
messungen wie der Dauermagnet. Diese als Joch wirkende Platte trägt die
Kerne, die wiederum jeweils eine Spule tragen. Die von den Kernen ge
tragenen Spulen sind also über diese Platte, das Joch, magnetisch mit
einander gekoppelt. Jeweils mit einer Drucknadel verbundene Anker werden
jeweils von einer Federplatte gehalten. Der Dauermagnet hält die Anker
in Ruhestellung. Wird eine Spule aktiviert, so wird die Magnetkraft des
Dauermagneten kompensiert, und die Federplatte mit dem Anker zusammen
mit der Drucknadel wird in Druckrichtung bewegt.
Die Konstruktion des bekannten Matrix-Druckerkopfs bedingt eine gewisse
Wechselwirkung der einzelnen Kerne und eine Abhängigkeit der Aktivierungs
bedingungen von der Anzahl der jeweils erregten elektromagnetischen Spulen.
Ist nur eine Spule aktiviert, so weichen die Feldlinien des Dauermagneten
über das Joch in die benachbarten Kerne aus und erhöhen dort die Halte
kraft. Werden alle Magnetkreise erregt, so ist eine überproportional hohe
Stromstärke des Erregerstroms erforderlich. Folglich steigt der Stromver
brauch mit der Anzahl der erregten Magnetkreise bzw. Spulen überpropor
tional an, und hohe Druckgeschwindigkeiten können dann nicht mehr erreicht
werden.
Eine ähnliche Problematik wie beim zuvor erläuterten Matrix-Druckerkopf
zeigt auch der Matrix-Druckerkopf nach der US 42 25 250. Der eine Ring
form aufweisende Dauermagnet erstreckt sich am Außenumfang um die Elektro
magnete und ist in Abschnitte unterteilt. Eine als magnetisches Joch
wirkende Grundplatte führt trotz der segmentförmigen Unterteilung des
Dauermagneten zu einer Kopplung der Elektromagnete. Die Segmentierung
des ringförmigen Dauermagneten bei diesem Matrix-Druckerkopf mag zwar
die gegenseitige magnetische Beeinflussung der Kerne etwas verringern,
was jedoch auf Kosten der gesamten magnetischen Feldstärke des Dauer
magneten geht, da dieser durch die Zwischenschaltung von nicht dauer
magnetischen Abschnitten praktisch halbiert ist. Außerdem wird die
Trennung der einzelnen Wege des magnetischen Flusses, die durch die
Segmentierung des Dauermagneten hier grundsätzlich möglich wäre, durch
die durchgehende, alle Kerne tragende Tragplatte und den durchgehenden
Abdeckring zum größten Teil aufgehoben.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Matrix-Druckerkopf
zu schaffen, mit dem größtmögliche Druckgeschwindigkeiten erreicht werden
und bei dem die Wechselwirkungen zwischen den Kernen weitestgehend re
duziert sind.
Der erfindungsgemäße Matrix-Druckerkopf
ist dadurch gekennzeichnet, daß jeder Kern einen an
einer am Dauermagneten ausgebildeten Kernhaltefläche unmittelbar zur An
lage kommenden und befestigten Befestigungsteil mit geringer Dicke auf
weist und daß die Querschnittsfläche des Befestigungsteils größer ist
als die entsprechende Querschnittsfläche des Kerns. Unter Beibehaltung
der Konstruktion mit den ständerartigen, also nach oben ragenden Vor
sprüngen werden die Wechselwirkungen zwischen den Kernen dadurch weitest
gehend verringert, daß jeder Kern unmittelbar auf eine entsprechende
Kernhaltefläche am Dauermagneten aufgesetzt ist. Dazu hat jeder Kern er
findungsgemäß einen Befestigungsteil geringer Dicke, also einer etwa
plattenartigen Ausgestaltung, dessen Querschnittsfläche größer ist als
die entsprechende Querschnittsfläche des Kerns. Es entsteht die Funktion einer jochartigen
Platte, die von der Vielzahl der den Kernen jeweils einzeln zugeordneten Be
festigungsteilen übernommen wird, deren spezielle Bemaßung dann auch noch zu einem aus
reichenden seitlichen Abstand der Kerne voneinander führt. Dadurch wird die
Wechselwirkung zwischen den Kernen verringert, gleichwohl aber der magnetische
Fluß durch die Kerne selbst nicht verringert. Insgesamt ist es mit dem er
findungsgemäßen Matrix-Druckerkopf möglich, erhebliche höhere Druckgeschwindig
keiten zu erzielen als bisher.
Besonders zweckmäßig ist es, wenn sich die Querschnittsfläche des Befestigungs
teils von der Kernhaltefläche zum Kern hin verjüngt. Die Seiten des Befesti
gungsteils können also gewissermaßen konisch zulaufend angeordnet sein.
Des weiteren ist es konstruktiv zweckmäßig, wenn die Breite des Befestigungs
teils radial gesehen von innen nach außen zunimmt.
In besonderer Weise hilfreich für die Erreichung einer größtmöglichen Druck
geschwindigkeit ist schließlich eine Konstruktion, bei der der Anker einen
vorstehenden, mit der Jochplatte in Berührung stehenden Drehpunkt sowie
mindestens eine gekrümmte Fläche aufweist, die jeweils in eine entsprechende
gekrümmte gehäuseseitige Fläche eingepaßt ist, wobei der Mittelpunkt der ge
krümmten Fläche im Drehpunkt liegt.
Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand
der Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigt
Fig. 1 in einer Seitenansicht, teilweise im Schnitt, ein Ausführungs
beispiel eines erfindungsgemäßen Matrix-Druckerkopfs,
Fig. 2 in einem Ausschnitt, in Draufsicht, ein Joch eines Matrix-Drucker
kopfs gemäß Fig. 1,
Fig. 3 in perspektivischer Ansicht einen Kern eines Matrix-Druckerkopfs
gemäß Fig. 1,
Fig. 4 ausschnittsweise eine Abwicklung der Kerne im Matrix-Druckerkopf
aus Fig. 1,
Fig. 5 in Draufsicht einen Anker eines Matrix-Druckerkopfs gemäß Fig. 1,
Fig. 6 den Anker aus Fig. 5 in einer Seitenansicht,
Fig. 7 den Anker aus Fig. 5 in einer perspektivischen Ansicht,
Fig. 8 im Querschnitt, einen Führungshalter für einen Matrix-Druckerkopf
gemäß Fig. 1,
Fig. 9 den Führungshalter aus Fig. 8 in einer Ansicht von unten,
Fig. 10 einen abgewandelten Kern für einen erfindungsgemäßen Matrix-Drucker
kopf und
Fig. 11 ausschnittsweise eine Abwicklung der Kerne eines Matrix-Druckerkopfs
gemäß Fig. 10.
Wie die Fig. 1 bis 9 zeigen, ist hier ein Joch 20 mit Rippen 21 vorgesehen.
Das Joch 20 mit den Rippen 21 besteht aus einer gesinterten Legierung mit
einem SiFe-Gehalt von 3%, um Maßhaltigkeit, magnetische Effizienz und
Wirtschaftlichkeit zu gewährleisten. Ein ringförmiger Dauermagnet 22 ist
unten am Joch 20 befestigt und mehrere Kerne 25 befinden sich an Ankern 23
gegenüberstehenden Kernhalteflächen 24 des Dauermagneten 22. Die Kerne 25
haben normalerweise einen bestimmten Abstand von den entsprechenden Ankern 23.
Die Kerne 25 bestehen aus einer gegossenen Legierung mit einem SiFe-Gehalt
von 2,5 bis 3,5%, um Wirbelstromverluste und Sättigung der magnetischen Fluß
dichte zu berücksichtigen. Jeder Kern 25 besitzt einen Befestigungsteil 26,
mit dem er an der Kernhaltefläche 24 des Dauermagneten 22 befestigt ist,
und einen ständerartigen Vorsprung 28, an dem eine elektromagnetische
Spule 27 angebracht ist. Der Befestigungsteil 26 ist so ausgebildet, daß
die Fläche, die die Kernhaltefläche 24 berührt, größer ist als die Fläche
des Querschnitts des Vorsprungs 28, während dessen Höhe H verhältnismäßig
gering ist. Dadurch ist ein verhältnismäßig großer Abstand S zwischen be
nachbarten Kernen 25 gewährleistet. Das bedeutet, daß gegenseitige Störungen
zwischen benachbarten Kernen 25 relativ gering sind. Ferner ist der Be
festigungsteil 26 im Grundriß keilförmig, so daß er von der Mitte des
Jochs 20 gesehen an der Außenumfangsseite eine größere Breite hat als an
der Innenumfangsseite. Obwohl die Vorsprünge 28 benachbarter Kerne 25
einen verhältnismäßig großen Abstand voneinander haben, kann die magne
tische Flußdichte vom Dauermagneten 22 durch die Kerne 25 relativ hoch
gehalten werden. Zwischen dem Joch 20 und einem Führungshalter 29 befindet
sich eine Jochplatte 30, die aus mehreren einzelnen Tauchjochs besteht.
Die Jochplatte 30 weist Ausnehmungen auf, in die Ankerstücke 31 der Anker 23
hineinragen. Der Anker 23 weist neben dem Ankerstück 31 aus magnetischem
Material, das als Tauchkolben wirkt, ein Kunststoffteil 37 auf, in das das
Ankerstück 31 und eine Drucknadel 32 eingesetzt sind. Ein Drehpunkt 33, der
mit der Jochplatte 30 in Berührung kommt, steht von einer Seite des Kunst
stoffteils 37 des Ankers 23 vor. Das Kunststoffteil 37 weist ferner zwei
Paare gekrümmter Flächen 38 bzw. 39 auf, die an einander gegenüber
liegenden Seiten und an den Enden ausgebildet sind. Die gekrümmten
Flächen 38, 39 haben ihre Mittelpunkte im Drehpunkt 33 und besitzen einen
unterschiedlichen Kurvenradius. Ferner hat das Kunststoffteil 37 oben
einen Vorsprung 40, der in ein Ende einer Schraubenfeder 34 paßt. Die
Anker 23 werden durch die Feder 34 in die jeweilige Druckrichtung be
wegt. Der Führungshalter 29 weist mehrere Führungsrippenpaare 35 mit Flächen 41, 42 auf,
die mit den gekrümmten Flächen 38, 39 in Eingriff kommen, wobei auch
deren Mittelpunkte in den Drehpunkten 33 der Anker 23 liegen, um die Dreh
bewegung der Anker 23 zu führen. Der Führungshalter 29 hat ferner am Ende
eine Nadelführung 36.
Bei der zuvor beschriebenen Anordnung werden die Ankerstücke 31 der Anker 23
durch die Magnetkraft des Dauermagneten 22 normalerweise an die Kerne 25 an
gezogen gehalten. Ist jedoch eine elektromagnetische Spule 27 erregt, so
werden die Magnetströme des Dauermagneten 22 entsprechend kompensiert, wo
durch der betroffene Anker 23 um seinen Drehpunkt 33 durch die Kraft der
Feder 34 in seine Druckrichtung bewegt wird. Die Ker
ne 25 mit dem Abstand S voneinander sind so ausgebildet, daß die Fläche
des Befestigungsteils 26, die mit der Kernhaltefläche 24 in Berührung ist,
verhältnismäßig groß ist, während die Höhe H verhältnismäßig gering ist.
Deshalb lassen sich Magnetströme zwischen benachbarten Kernen 25 wirkungs
voll beschränken. Da der Dauermagnet 22 mit jedem der Kerne 25 mit einer
dem Anker 23 gegenüberliegenden Seite in Berührung ist, wird die Länge der
Magnetbahn vom Dauermagneten 22 zum Anker 23 kurz, wodurch auch ein even
tueller magnetischer Streufluß über einen Luftspalt vermieden wird. Dem
entsprechend ist der Stromverbrauch gering und ist die Druckgeschwindigkeit
hoch. Weil der ständerartige Vorsprung 28 jedes Kerns 25 zu einem offenen
Ende des Jochs 20 weist und senkrecht zum Dauermagneten 22 steht, ist die
Montage der Spulen 27 einfach. Obwohl die Kerne 25 einen bestimmten Abstand
voneinander haben, um magnetische Störungen zwischen ihnen zu vermeiden,
wird die Fläche 25, die mit der Kernhaltefläche 24 in Berührung ist, groß
gehalten, und die magnetische Flußdichte des Dauermagneten 22 ist ebenfalls
hoch, so daß die Anker 23 schnell und stark angezogen werden können. Wenn
ein Dauermagnet 22 aus einer Kobaltlegierung mit einem Element der seltenen
Erden verwendet wird, läßt sich die Linearität der B/H-Kurve, d. h. der
Kennlinie für die Beziehung zwischen magnetischer Flußdichte und magneto
motorischer Kraft, verbessern, so daß die Magnetkraft selbst bei Bestehen
eines starken magnetischen Gegenfeldes nicht abfällt.
Das Gewicht der Anker 23 ist gering, so daß eine hohe Druckgeschwindigkeit
erzielt werden kann. Da der Drehpunkt 33 jedes Ankers 23 mit einem ebenen
Teil der Jochplatte 30 in Berührung ist, wird eine gleichmäßige Drehbewegung des Ankers 23
erleichtert. Da ferner jeder Anker 23 mit seinen gekrümmten Flächen 38, 39 so gehalten
wird, daß die Kurvenradien ihre Mitte im Drehpunkt 33 haben, wird die Posi
tion des Drehpunkts 33 genau eingehalten, wodurch der Hub der Drucknadel 32
und die Anschlagkraft gleichmäßig gehalten werden.
Grundsätzlich kann der Anker 23 auch insgesamt aus einer magnetischen
Substanz bestehen, so daß eine Unterteilung in Ankerstück aus magnetischem
Material und Kunststoffteil zur Halterung von Ankerstück und Drucknadel
entfällt.
Die Fig. 10 und 11 zeigen eine Abwandlung eines Kerns 25 für einen Matrix-
Druckerkopf der zuvor erläuterten Art, bei der lediglich von Bedeutung ist,
daß das Befestigungsteil 26 hier von einer Seite gesehen eine Trapez
konfiguration hat, deren Breite an der Berührungsseite mit der Kernhalte
fläche 24 am größten ist und mit Entfernung von der Kernhaltefläche 24
abnimmt. Deshalb ist hier die Magnetflußdichte durch die Kerne 25 nicht
vermindert, und magnetischer Streufluß ist begrenzt. Die effektiven Ab
stände zwischen benachbarten Befestigungsteilen 26 sind verhältnismäßig
groß, wodurch auch der magnetische Streufluß zwischen benachbarten Be
festigungsteilen 26 reduziert ist.
Claims (4)
1. Matrix-Druckerkopf mit mehreren jeweils mit einer Drucknadel verbundenen
und federgehaltenen Ankern, mit magnetischen Antriebskreisen zum Antrieb der
Anker, bestehend aus einer gemeinsamen ankerseitigen Jochplatte, einem ge
meinsamen, die Anker in Ruhestellung haltenden Dauermagneten, von dem der
Magnetpfad einerseits über ständerartige Vorsprünge als Kerne für Spulen
über in Ausnehmungen der Jochplatte ragende Ankerstücke und andererseits
über ein gemeinsames topfförmiges, sich vom Boden über den Umfang des Ma
trix-Druckerkopfes erstreckendes Joch zur Jochplatte verläuft, dadurch
gekennzeichnet, daß jeder Kern (25) einen an einer am Dauer
magneten (22) ausgebildeten Kernhaltefläche (24) unmittelbar zur Anlage
kommenden und befestigten Befestigungsteil (26) mit geringer Dicke aufweist
und daß die Querschnittsfläche des Befestigungsteils (26) größer ist als
die entsprechende Querschnittsfläche des Kerns (25).
2. Matrix-Druckerkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich
die Querschnittsfläche des Befestigungsteils (26) von der Kernhalte
fläche (24) zum Kern (25) hin verjüngt.
3. Matrix-Druckerkopf nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß
die Breite des Befestigungsteils (26) radial gesehen von innen nach außen
zunimmt.
4. Matrix-Druckerkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Anker (23) einen vorstehenden, mit der Jochplatte (30)
in Berührung stehenden Drehpunkt (33) sowie mindestens eine gekrümmte
Fläche (38, 39) aufweist, die jeweils in eine entsprechende gekrümmte
gehäuseseitige Fläche (41, 42) eingepaßt ist, wobei der Mittelpunkt der gekrümmten
Fläche (38, 39) im Drehpunkt (33) liegt.
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