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Diese Erfindung betrifft einen Anschlagdruckerantrieb zur Verwendung in
preiswerten Schreibmaschinen, bei denen eine Anschlaggeräuscherzeugung
während des Druckbetriebs wesentlich verringert wird.
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Das Büro stellte für viele Jahre eine stressige Umgebung dar, teilweise
aufgrund der großen Anzahl von unangenehmen Geräuschquellen, wie
beispielsweise Schreibmaschinen, Hochgeschwindigkeitsanschlagdruckern,
Papiershreddern und anderer Büromaschinengerätschaft. Dort, wo verschiedene
solcher Vorrichtungen zusammen in einem einzigen Raum untergebracht sind,
kann sich die kumulierende Geräuschbelastung gerade auf die Gesundheit
und das Wohlbefinden der Anwesenden auswirken. Diese Situation ist
ausreichend erkannt worden und wurde durch die staatlichen Organe behandelt,
die Standards für maximal annehmbare Geräuschpegel in Büroumgebungen
festgelegt haben. Versuche wurden durch Büromaschinenhersteller auf dem
Gebiet von Anschlagsdruckern vorgenommen, um die Geräuschbelastung zu
verringern. Einige dieser Verfahren umfassen das Umschließen von
Anschlagdruckern mit geräuschdämpfenden Abdeckungen, den Aufbau von
Anschlagdruckern, bei denen das Anschlaggeräusch verringert wird, und den
Aufbau von leiseren Druckern basierend auf einer
Nichtanschlagtechnologie, wie beispielsweise Tintenstrahl- und Wärmeübertragungs-Technologien.
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Die preiswerte, persönliche Schreibmaschine wird in erster Linie für die
Verwendung im Haushalt (einschließlich sowohl persönlicher Verwendung als
auch eine büromäßige Verwendung im Haus) und für eine Verwendung in der
Schule gekauft. Es ist insbesondere in diesen Umgebungen erwünscht, den
akustischen Geräuschpegel des Druckmechanismus an der Quelle auf Pegel zu
verringern, die nicht störend bzw. belastend sind. Zum Beispiel sollten
zuhause andere familienmitglieder nicht durch das Klappern des
Schreibens, wenn es in Gemeinschaftsräumen vorgenommen wird, gestört werden. In
einer Sekundär-Schule oder College-Umgebung sollten Kollegen und andere
nicht gestört werden, wenn der Benutzer in einer Bücherei, einer
Lernhalle
oder einem Schlafraum schreibt. Seither ist eine solche Benutzung
nicht möglich gewesen, da Schreibmaschinen notorisch geräuschvolle
Vorrichtungen sind. Der ruhige Betrieb unserer preiswerten, geräuscharmen
Schreibmaschine wird eine solche Benutzung ermöglichen, da die Ruhe
solcher nützlichen Anwendungen zu neuen physischen Umgebungen führt und eine
Beweglichkeit erleichtert. Ein daraus abgeleiteter Vorteil wird eine
unabhängigere Kommunikation unter Arbeitsgruppenmitgliedern sein, da der
Benutzer in der Lage ist, unmittelbar in der Gruppe in einer nicht
störenden Art und Weise zu arbeiten.
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Das industrielle Schreibmaschinenmarktsegment befindet sich an dem oberen
Ende der Produktionskostenskala, d.h. in dem Bereich von $ 1000 bis
$ 2000. Demzufolge stellt das zunehmende Ansteigen der Herstellkosten,
die durch verschiedene Aufbauänderungen notwendig sind, einen relativ
kleinen Prozentsatz der Herstellkosten dar, die an den Endkunden
weitergegeben werden. An dem entgegengesetzten Ende der Produktionskostenskala,
d.h. in dem Bereich von $ 150 bis $ 300, steht der Verbraucher- oder
Verbrauchsgüter-Markt. Deutlicherweise wird irgendeine Modifikation, die
durch Bewerkstelligung eines geräuschverringernden Aufbaus notwendig
wird, notwendigerweise extrem niedrig in den Kosten sein, da eine
zunehmende Erhöhung der Produktkosten, die an den Kunden weitergegeben
werden, keinen großen Prozentsatz eines Marktzuwachses garantieren wird.
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Eine Erläuterung einer Geräuschmessung ist dazu geeignet, die
nachfolgenden Ausführungsformen zu erläutern, die eine Geräuschverminderung
betreffen, die durch unsere Erfindung erreicht wird. Geräuschmessungen
werden oftmals als dBA-Werte bezeichnet. Die "A"-Skala, durch die die
Schallwerte identifiziert werden, stellen menschlich wahrgenommene
Lautstärkepegel im Gegensatz zu absoluten Schallintensitätswerten dar. Wenn
Schallenergie angenommen wird, die in dB (oder dBA) -Einheiten angegeben
wird, sollte angemerkt werden, daß die Skala logarithmisch ist und daß
eine Differenz von 10 dB gleich einem Faktor 10 entspricht, eine
Differenz von 20 dB eine Differenz gleich einem Faktor 100 entspricht, eine
Differenz von 30 dB einen Faktor von 1000 entspricht, usw..
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Typische Schreibmaschinen erzeugen ein Anschlaggeräusch in dem Bereich
von 65 bis etwas über 80 dBA. Diese Schallpegel werden dahingehend
angenommen, daß sie lästig sind. Zum Beispiel erzeugt die
IBM-Selectric-Kugeleinheit etwa 78 dBA, während der Xerox-Memorywriter etwa 68 dBA
erzeugt und der billige Smith-Corona Correcting Portable etwa 70 dBA
erzeugt. Wenn das Geräusch auf die hohen 50er dBA's verringert wird, wird
es als unangenehm oder störend empfunden. Es ist in höchstem Maß
erwünscht, das Anschlagsgeräusch auf einen Wert in der Nähe von 50 dBA zu
verringern. Die preiswerte Schreibmaschine der vorliegenden Erfindung ist
typischerweise bei etwa 50 dBA gemessen worden. Dies stellt eine starke
Verbesserung in der Größenordnung von einem etwa 100 Mal geringeren
Schalldruck als derzeitige, preiswerte Schreibmaschinen dar, eine
bemerkenswerte Leistung für eine weniger stressige Umgebung.
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Die Hauptgeräuschquelle in der modernen Schreibmaschine wird dann
erzeugt, wenn der Hammer aufschlägt und das Schriftzeichenfeld verschiebt,
um einen Abdruck auf einem Aufnahmeblatt zu bilden. Schriftzeichenfelder
werden auf eine Druckstation an den Enden der sich drehenden Speichen
eines Typendruckrads getragen und an einer solchen vorbei geführt. Wenn
ein ausgewähltes Schriftzeichen gedruckt werden soll, wird es an der
Druckstation angehalten und der Hammer schlägt es gegen ein farbband, das
Aufnahmeblatt und eine Trägerauflageplatte mit einer ausreichenden Kraft,
um Farbe von dem farbband auf das Aufnahmeblatt zu übertragen.
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In herkömmlichen Anschlagschreibmaschinen mit einem ballistischen Hammer
wird eine Hammermasse von etwa 2,5 Gramm ballistisch durch einen mittels
Solenoid betätigten Klöppels zu der
Schriftzeichen/Farbband/Papier/Auflageplatten-Kombination hin gestoßen. Nachdem der Hammer gegen die
hintere Oberfläche des Schriftzeichenfelds angeschlagen hat, fährt sein
Moment fort, es zu und gegen die Farbband/Papier/Auflageplatten-Kombination
zu treiben und die Auflageplattenoberfläche zu deformieren. Wenn die
Auflageplatte
die Hammeranschlagenergie absorbiert hat, versucht sie, ihre
normale Form durch Antreiben des Hammers zurück zu seiner
Ausgangsstellung wieder anzunehmen, wo er angehalten werden muß, gewöhnlich durch
einen anderen Aufschlag. Diese Reihe von Hochgeschwindigkeitsaufschlägen
ist die Hauptquelle des unangenehmen Anschlaggeräuschs in diesen Druckern.
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Typischerweise ist der Auflageplattendeformationsaufprall sehr kurz, und
zwar in der Größenordnung einer Dauer von 100 Mikrosekunden. Intuitiv ist
es bekannt, daß ein scharfer, schneller Aufschlag geräuschintensiv sein
wird und daß ein langsamer Aufschlag weniger geräuschvoll sein wird.
Demzufolge würde es, wenn die Aufschlagdauer verlangsamt werden würde,
möglich werden, die Anordnung ruhiger zu gestalten. In an dem unteren Ende
der Skala einzuordnende Schreibmaschinen mit Druckgeschwindigkeiten in
dem Bereich von 10 bis 12 Schriftzeichen pro Sekunde beträgt die mittlere
Zeit, die zwischen Schriftzeichenanschlägen zur Verfügung steht, etwa 85
bis 90 Millisekunden. Mehr der verfügbaren Zeit kann für den Hammerschlag
verwendet werden, und zwar mehr als die üblichen 100 Mikrosekunden. Falls
zum Beispiel die Auflageplattendeformationszelt auf gerade 5 bis 10
Millisekunden gestreckt würde, würde dies eine fünf- bis hundertfache
Erhöhung oder Dehnung in der Anschlagimpulsbreite darstellen. Es ist also
erkennbar, daß, um einen langsamen Anschlag zu bilden, um die
Auflageplatte mit derselben Stärke zu verformen, und zwar zur Freigabe der Tinte
von dem Farbband, eine größere Hammermasse (oder effektive Masse)
verwendet werden muß. Dies rührt daher, da eine Manipulation des Zeitbereichs
der Deformation den Frequenzbereich der Schallwellen, die davon ausgehen,
so daß die Impulsdeformationszeit verlängert wird, die Schallfrequenz (in
Wirklichkeit ein Spektrum von Schallfrequenzen), die von der Deformation
ausgeht, proportional verringern wird, und die wahrgenommene
Geräuschabgabe der unteren Frequenzen wird verringert. Da dies ein Resonanzsystem
darstellt, wird die Masse umgekehrt proportional zu dem Quadrat der
frequenzverschiebung sein. Deshalb wird ein hundertfaches Anwachsen des
Zeitbereichs (100 Mikrosekunden bis 10 Millisekunden) proportional die
Frequenzabgabe verringern, wenn ein zehntausendfaches Anwachsen der Masse
bewirkt wird. Es ist deutlich, daß es nicht praktikabel sein wird, die
wirkliche Masse des Hammers um einen solchen faktor zu erhöhen. Als eine
Alternative zu dem Erhöhen der Hammermasse für sich kann dessen effektive
Masse durch die Einrichtung in Form eines mechanischen Wandlers erhöht
werden.
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Das allgemeine Konzept, das in der vorliegenden Schreibmaschine
ausgeführt wird, d.h. eine Verringerung des Impulsgeräuschs, das durch
Verlängerung des Deformationsimpulses und durch den Anschlag mit einer
vergrößerten Hammermasse bewirkt wird, ist seit vielen Jahrzehnten erkannt
worden. Bis auf 1918 zurückgehend wurde in der US-A-1,261,751 (Anderson)
ein ruhigerer Betrieb der Druckfunktion einer Schreibmaschine durch
Erhöhung der "Zeit, die wirklich dazu verwendet wird, den Abdruck zu
erzeugen" vorgeschlagen. Eine Schwinghebelschreibmaschine, die auf den
Prinzipien arbeitet, die in diesem Patent beschrieben werden, war zu dieser
Zeit kommerziell erhältlich.
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Der leise Anschlagdruckmechanismus, der die Betriebstheorie der
vorliegenden Erfindung verkörpert, wird in den nachfolgenden zwei gemeinsam
übertragenen Patenten erläutert, von denen sich die US-A-4,681,469
(Gabor) auf ein starkes Vergrößern der effektiven Masse des Hammers
bezieht, um den Hammer auf die Auflageplatte unter einer relativ niedrigen
Geschwindigkeit zu führen und eine Auflageplattendeformation zu bewirken,
die über eine verlängerte Zeitdauer stattfindet. In der US-A-4,668,112
(Gabor et al) wird gelehrt, die Bewegung des Hammers von seiner
Ausgangsstellung zu seiner Beaufschlagung der Anschlagkraft zu steuern, wobei die
Hammermasse zu der Auflageplatte bewegt wird und fortfahren wird, sich zu
bewegen, bis ein Aufprallen auf die Auflageplatte bewirkt wird. Wenn sich
der Hammer der Oberfläche der Auflageplatte nähert, wird seine
Geschwindigkeit wesentlich verringert, so daß der Anschlag unter einer sehr
geringen Geschwindigkeit stattfindet. Auf die Einleitung einer Berührung
folgend wird die Hammerkraft vergrößert, um die Auflageplatte zu
deformieren.
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Sowohl nach der US-A-4,681,469 als auch nach der US-A-4,668,112 drückt
ein Massenumformer, der einen schweren, hebelartigen Griffstab aufweist,
der durch einen Schwingspulenmotor angetrieben wird, eine Schubstange zu
der Auflageplatte in einer gesteuerten Art und Weise hin und von dieser
weg. Die Schubstange wiederum bewegt eine Druckspitze (Hammer) in eine
deformierende Berührung mit der Auflageplatte. Ein Sensor, der auf der
Druckspitze befestigt ist, zeigt den Augenblick einer Berührung mit der
Auflageplatte so an, daß eine zusätzliche Aufbringung einer kinetischen
Energie durch den Schwingspulenmotor an der Auftreffstelle erhalten
werden kann. Durch die Einrichtungen dieser Anordnung bewegt eine geeignete
Steuereinrichtung, die mit dem Schwingspulenmotor verbunden ist, die
Druckspitze über einen engen Abstand zwischen seiner Ausgangsstellung und
der Oberfläche der Auflageplatte in einer gesteuerten, ballistischen Art
und Weise, d.h. die Druckspitze wird in Bewegung gesetzt und wird an der
Auflageplattenoberfläche unabhängig ihrer Lage ankommen
("Selbstnivellierung"), und steuert dann die Dauer der Auflageplattendeformation mit
dieser hohen, effektiven Masse.
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In der US-A-4,893,950 (Ragen et al) wird gelehrt, ein gemeinsames
Steuerteil zur Aufrechterhaltung des Verengungsspaltabstands und zur
Positionierung des Schreib- und des Korrekturbandes zu verwenden. In der
deutschen Offenlegungsschrift 29 19 209 (Triumph Werke) wird ein
Typenraddrucker gelehrt, bei dem ein einzelner Motor 24 Nocken 19, 20 und 21
antreibt. Der Nocken 19 treibt einen Arm 3 an, der das Typenrad 1 vertikal
in eine Druckstellung bewegt, und Nocken 20 und 21 heben wahlweise das
Schreibfarbband 10 oder das Korrekturband 18 in die Druckstellung. In der
U.K. Patentanmeldung 2,067,472 (Olivetti) wird eine
Typenradschreibmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 gelehrt, wobei ein
Betätigungsmotor 75 den Hammer 49 antreibt, ebenso wie die Positionierung und
Zuführung des Schreibfarbbands 46, und nimmt möglicherweise ähnliche
Funktionen hinsichtlich des Korrekturbands 48 vor.
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Es ist die erste Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen preiswerten,
leisen Anschlagdrucker zu schaffen, bei dem eine große, effektive Masse
dahingehend wirkt, die Auflageplatte während einer verlängerten
Berührungsdauer zu deformieren.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein serieller Anschlagdrucker
geschaffen, der einen Trägerrahmen, eine Auflageplatte, die für eine
Drehung auf dem Trägerrahmen befestigt ist, ein Druckelement, das
Schriftzeichenabdruckbereiche, die darauf angeordnet sind, besitzt, eine
Druckelementauswahleinrichtung zur Bewegung des Druckelements, um einen
ausgewählten Schriftzeichenabdruckbereichs an einer Druckstellung zu
positionieren, ein Beschriftungsfarbband und ein Korrekturband, wobei jedes
Band wahlweise zwischen dem Druckelement und der Auflageplatte
positionierbar ist, einen Hammer zur Bewegung eines ausgewählten
Schriftzeichenabdruckbereichs zur Deformierung der Auflageplatte mit einer Druckkraft,
Einrichtungen zur Bewegung des Hammers zu der Auflageplatte hin und von
dieser Weg, und einen Schlitten, der für eine Hin- und Herbewegung im
wesentlichen parallel zu der Auflageplatte, des Schlittens, der daran das
Druckelement, die Druckelementauswahleinrichtung, das Schreibband, das
Korrekturband, Einrichtungen zur Positionierung der Bänder, Einrichtungen
zum Vorschub des Beschriftungsfarbbands, Einrichtungen zum Vorschub des
Korrekturbands trägt, den Hammer und die Einrichtung zur Bewegung des
Hammers trägt, befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, daß
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die Einrichtungen zur Bewegung des Hammers, die Einrichtungen zur
Positionierung der Bänder, die Einrichtungen zum Vorschub des
Beschriftungsfarbbands und die Einrichtung zum Vorschub des Korrekturbands einen
einzigen DC-Motor umfassen, der den Hammer antreibt, wenn der Motor entweder
in Uhrzeiger- oder in Gegenuhrzeigerdrehrichtung der Drehung von einer
Ausgangsstellung aus angetrieben wird, der die Einrichtungen zum Vorschub
des Beschriftungsfarbbands in nur eine Drehrichtung des Motors von der
Ausgangsstellung aus positioniert und antreibt und der das Korrekturband
in nur der entgegengesetzten Richtung der Drehung des Motors von der
Ausgangsstellung
aus positioniert und antreibt, wodurch bei jedem
Hammeranschlag eines der Bänder angeschlagen wird.
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Mit dem Anschlagdrucker der Erfindung werden niedrige Kosten unter
Verwendung eines einzigen DC-Motors zum Antrieb des Hammers und zum
Schreiben oder Korrigieren durch Positionierung eines Farbbands oder eines
Korrekturbands an der Druckstellung und Vorschub des ausgewählten Bands
erreicht.
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Andere Aufgabenpunkte und weitere Merkmale und Vorteile dieser Erfindung
werden aus der nachfolgenden, genaueren Beschreibung ersichtlich, die in
Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen vorgenommen wird, in denen:
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Figur 1 eine perspektivische Ansicht zeigt, die schematisch den Schlitten
bzw. Wagen, den Reaktionsstab und andere relevante Merkmale eines
preiswerten und geräuscharmen Anschlagdruckers darstellt;
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Figur 2 eine schematische Teildraufsicht zeigt, und zwar von dem
Schlitten aus nach unten gesehen;
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Figur 3 eine schematische Seitenaufrißansicht zeigt, die den DC-Motor,
dessen Antriebswelle und den Anschlag-Hammer und Farbbandantriebselemente
daran darstellt;
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Figur 4 eine schematische Schnittansicht zeigt, die im wesentlichen
entlang der Schnittlinie 4-4 der Figur 3 vorgenommen ist, die die
Hammer-Antriebseinrichtungen darstellt;
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Figur 5 eine schematische Schnittansicht zeigt, die im wesentlichen
entlang der Schnittlinie 5-5 der Figur 3 vorgenommen ist, die die
Korrekturband-Antriebseinrichtungen darstellt;
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Figur 6 eine schematische Schnittansicht zeigt, die im wesentlichen
entlang
der Schnittlinie 6-6 der Figur 3 vorgenommen ist, die die
Tinten-Farbbandantriebseinrichtungen darstellt; und
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Figur 7 eine graphische Darstellung der
Hammernocken-Übertragungskennlinien zeigt;
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Figur 8A eine graphische Darstellung der
Hammernocken-Übertragungskennlinien für einen Nocken zeigt, der zur Verwendung in Verbindung mit einer
Korrekturpatrone geeignet ist;
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Figur 8B eine graphische Darstellung der
Farbbandpatronen-Abdeckungsanhebungsnocken-Übertragungskennlinie zeigt; und
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Figur 9 ein Zustandsdiagramm zeigt, das einen typischen Druckzyklus für
diese Vorrichtung darstellt.
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Die herausragenden Merkmale des neuen, preiswerten und geräuscharmen
Anschlagdruckers 10 der vorliegenden Erfindung werden nun unter Bezugnahme
auf die Zeichnungen beschrieben. Eine Umhüllung (nur die Grundplatte 12
ist dargestellt) nimmt dessen relativ wenige, sich bewegende Teile auf.
Vertikal nach oben stehende linke und rechte Seitenplatten 14 und 16 sind
jeweils an der Grund- und Träger-Auflageplatte 18 dazwischen, für eine
Drehung in Sitzen darin, befestigt. Die Auflageplatte bzw. -walze wird
durch einen geeigneten (nicht dargestellten) Motor über einen
Getriebeantriebszug einschließlich eines Antriebszahnrads 20 und eines
angetriebenen Zahnrads 22 an der Auflageplattenwelle 24 angetrieben. Die
Seitenplatten tragen auch die Enden eines hochpolierten Antriebsstabs 26 und
die Enden eines Reaktionsstabs 28, der genau bzw. exakt
maschinenbearbeitete Führungskanten 30 besitzt. Der Reaktionsstab ist so befestigt, daß
er derart eingestellt ist, um sicherzustellen, daß die Führungskante
parallel zu der Auflageplattenoberfläche verläuft.
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Ein Druckerschlitten 32, der Schlittenrahmenplatten 34 und 36 aufweist,
von denen jede ein Lager 38 besitzt, die daran befestigt sind, wird auf
dem Führungsstab 26 für eine Hin- und Herbewegung darauf entlang, und
zwar quer über die Länge der Auflageplatte, getragen. Die
Schlittenumkehrbewegung wird durch einen (nicht dargestellten) Motor gesteuert, der
einen gezahnten Abstandsantriebsriemen 40 antreibt, der an dem Schlitten
befestigt ist, und zwar über Riemenscheiben 42 und 44. Wenn sich der
Schlitten 32 entlang des Führungsstabs 26 auf den Lagern 38 bewegt, wird
er dazu tendieren, sich in einer Uhrzeigerrichtung dort herum (aus Sicht
der Figur 1) unter dem Einfluß der Schwerkraft zu drehen und spannt einen
Lagerschuh 36 gegen die Führungskante des Reaktionsstabs 28 vor. Der
Schuh ist aus einem harten Material mit geringer Reibung, wie
beispielsweise Delrin , hergestellt. Die Schlittenbefestigungsanordnung
erleichtert einen preiswerten Aufbau der Druckvorrichtung, da sie den kritischen
Punkt bei der Anordnung der Führungsstange beseitigt, die nur ein Element
erfordert, und zwar den Reaktionsstab 28, der exakt positioniert werden
muß. Durch Einstellung der Enden des Reaktionsstabs relativ zu den
Seitenplatten 14 und 16 kann die Führungskante 30 genau parallel zu der
Auflageplatte positioniert werden, so daß, wenn der Schlitten 32 den Drucker
überquert, sämtliche Druckelemente, die daran getragen werden, in ihrer
genauen Stellung relativ zu der Auflageplatte sein werden.
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Die Druckelemente weisen ein Typenrad 50, eine
Hammer-Anschlaganordnung 52 und eine farbbandverpackungsanordnung 54 (siehe Figuren 4 und 5)
auf. Ein Typenradantriebsmotor 56, der an den Schlittenrahmenplatten 34
und 36 befestigt ist, besitzt eine Antriebsverbindung 58, mit der eine
Typenradnabe 60 zur Drehung der Schriftzeichenfelder 62 (die an den Enden
des Typenrads 64 angeordnet sind) nach einer Druckstation benachbart zu
der Auflageplatte verbunden werden kann. Wahlweise Drehung des
Antriebsmotors 56 unter einer Prozessorsteuerung, die durch Tastenanschläge
ausgelöst wird, bringt die erwünschten Schriftzeichenfelder 62 zu der
Druckstation und hält sie dort fest. Eine elastische Plattenführung 66, die
auch an den Schlittenrahmenplatten befestigt ist, hält ein
Abbildungsaufnahmeblatt 68 in engem Kontakt mit der Auflageplattenoberfläche.
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Die Hammer-Anschlaganordnung 52 ist am besten in Figur 4 zu sehen, wobei
die Schlittenrahmenplatte 34 aufgeschnitten worden ist, um sie besser zu
zeigen. Ein Hammerbetätigungs-DC-(Gleichstrom-) Motor 70 ist auf der
Schlittenrahmenplatte 34 derart befestigt, daß sich dessen
Antriebswelle 72 durch und über beide Rahmenplatten hinaus erstreckt. Ein
Antriebsnocken 64, der an der Welle befestigt ist, bewegt eine
Nockenfolge- bzw. -abtasteinrichtung 76, um einen Kniehebel 78 zu drehen, auf dem
er getragen wird, und zwar um den Schwenkstift 80. Der Hammer 82 ist an
dem gegenüberliegenden Ende des Kniehebels verstiftet und gleitet durch
ein stationäres Führungslager. Da die Nockendrehung in einer
vorgegebenen, gesteuerten Art und Weise durch den DC-Motor bewirkt wird, und zwar
in Abhängigkeit von Signalen, die von der Steuereinrichtung 86 empfangen
werden, die auf einer Leiterplatte 88 befestigt ist, die an dem Schlitten
gesichert ist, wird der Hammer zu der Auflageplatte und von dieser weg
bewegt. Zusätzlich zu der Drehung des Nockens 74 dreht der Motor 70 eine
Zeitsteuerscheibe 90, die in Form einer einfachen, optischen
Kodiereinrichtung vorliegen kann, die dazu geeignet ist, eine Verschiebung und
Richtungsausgangssignale zu erzeugen, um Positionierungsinformationen
zurück zu der Steuereinrichtung zu senden. Die Steuereinrichtung
verwendet diese Informationen einerseits, um die momentane Hammerstellung
gespurt zu halten, und um andererseits die Systemgeschwindigkeit abzuleiten.
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Kleine DC-Motoren des Typs, die in dieser Erfindung eingesetzt werden,
sind weit verbreitet in kleinen Geräten in Verwendung. Demzufolge sind
sie billig und leicht von mehreren Herstellern erhältlich. Am wichtigsten
ist allerdings, daß DC-Motoren Kennlinien besitzen, die insbesondere für
die Beaufschlagung der Hammerkraft erwünscht sind, die in der
vorliegenden Erfindung erforderlich sind. Sie bringen nämlich hohe
Geschwindigkeiten unter geringer Belastung mit sich und erzeugen hohe Drehmomente unter
niedrigen Geschwindigkeiten. In der vorliegenden Anwendung kann der Motor
anfänglich schnell den Hammer bewegen, um den Zwischenraum zwischen der
"Ausgangs-" Stellung des Hammers und dem Beginn der
Auflageplattendeformation
zu schließen und demzufolge das notwendige Drehmoment zu
beaufschlagen, um die Deformationskraft zu steuern, nachdem eine Berührung
hergestellt worden ist. Weiterhin kann die Berührung leicht durch
Ermittlung eines plötzlichen Abnehmens der Geschwindigkeit des Motors bestimmt
werden. Die Motorbewegung kann mit einem einfachen Rückkoppelsystem unter
einer Prozessorsteuerung basierend auf der Stellung, Geschwindigkeit und
Richtung der Zeitsteuerscheibe 90 gesteuert werden.
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Um ein niedrigeres Anschlaggeräusch zu erhalten, muß der Hammer
anfänglich eine Berührung unter einer sehr niedrigen Geschwindigkeit vornehmen,
allerdings muß er sich, um eine zufriedenstellende Druckgeschwindigkeit
zu erhalten, schnell über den Zwischenraum hinweg bewegen. Die
Bewegungskennlinien werden durch das Nockenprofil und die
DC-Motordrehgeschwindigkeit bestimmt, wie sie durch die Steuereinrichtungen 86 festgelegt
werden. Eine Darstellung der Nockenverschiebungscharakteristiken bzw.
-kennlinien kann anhand der Figur 7 ersehen werden. Ein erster Nockenbereich
wird zu der dargestellten, sinusförmigen Hammerverschiebung führen. Eine
harmonische Bewegung wurde ausgewählt, um den Hammer weich so zu bewegen,
um ein akustisches Geräusch und eine Komponentenabnutzung zu minimieren.
Ein zweiten Nockenbereich wird zu der flachen, geradlinigen Verschiebung
(z.B. 25 um/Grad der Motordrehung) führen. Der geradlinige
Nockenbereich sollte den Bereich überlappen, in dem ein Anschlag erwartet wird,
d.h. von der Oberfläche eines Mehrfachblattsatzes (x&sub1;) zu der
Oberfläche eines Einzelblatts (x&sub2;). Hierzu muß die Führungskante 30 des
Reaktionsstabs 28 zu der Auflageplattenoberfläche hin oder von dieser weg
eingestellt werden, so daß der x&sub1; - x&sub2; -Verschiebungsbereich des
Antriebsnockens 74 mit diesen der Aufnahmeblattbedingungen übereinstimmt.
Die Linearität dieses zweiten Bereichs führt zu einer linearen Beziehung
zwischen dem Motorstrom und der Hammerkraft, so daß dessen Neigung so
ausgewählt wird, um die maximale Kraft zu erhalten, die für ein
bestimmtes System unter Berücksichtigung des Drehmoments, das von dem Motor zur
Verfügung steht, benötigt wird. Die Druckkraft wird freigegeben, wenn der
Hammer 82 gegen die Auflageplatte geschlagen wird und der Schuh 46 gegen
den Reaktionsstab 28 geschlagen wird. Das Vorhandensein des
Reaktionsstabs überführt den Hammer in eine hoch effektive Masse in dem Augenblick
des Aufschlags, wodurch ermöglicht wird, die hohe Druckkraft bei der
niedrigen Hammergeschwindigkeit zu erhalten. Idealerweise würde, wenn der
Hammer und der Reaktionsstab zueinander ausgerichtet wären, die
Druckkraft und die Reaktionskraft gleich oder entgegengesetzt zueinander sein
und keine anderen Systemelemente würden beim Aufschlag beansprucht und
unter Kraft gesetzt werden. Allerdings ist es unter Berücksichtigung der
Design-Vorgaben oftmals nicht möglich, diese Kräfte zueinander
auszurichten, wobei in diesem Fall eine Kraft durch den Schlitten und andere
Elemente des Systems vorliegen wird, einschließlich des Führungsstabs 26,
die sämtlich minimiert werden sollten.
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Wie in den Figuren 4 und 5 dargestellt ist, kann die
Farbbandverpackungsanordnung 54, die eine Beschriftungsfarbbandpatrone 92 und eine
Korrekturbandpatrone 94 aufweist, entfernbar auf einer Farbbandaufnahme 96 bzw.
einem -deck befestigt werden, die auf der Oberseite der
Schlittenrahmenplatten so befestigt sind, um sich um einen Schwenkstift 98 zu
verschwenken. Ein Arm 100, der von der Aufnahme bzw. dem Deck abhängt, ist mit den
Rahmenplatten über eine Feder 102 verbunden, die das Deck in eine
Gegenuhrzeigerrichtung (aus Sicht der Figur 5) um den Schwenkstift 98 zum
Anheben des Korrekturbands zu der Druckstellung drückt. Das
Beschriftungsband und das Korrekturband sind jeweils innerhalb ihrer entsprechenden
Patrone aufgenommen, wobei jede wahlweise vor dem Hammer, und zwar an der
Druckstellung, positioniert und durch den einzigen DC-Motor 70
vorgeschoben werden kann. Eine solche Anordnung ist schematisch dargestellt.
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Zum Vorschieben des Beschriftungsfarbbands ist ein
Antriebsschneckenzahnrad 104 auf der Motorantriebswelle 92 über eine Einwegkupplung 106 zur
Drehung eines angetriebenen Schneckenzahnrads 108 befestigt, das auch für
eine Drehung über eine schlittenseitig befestigte Einwegekupplung 110
befestigt ist. Demzufolge können sich die Schneckenzahnräder nur in einer
Richtung der Motorwellendrehung bewegen. Wenn die Schneckenzahnräder
gedreht werden, treiben sie eine
Beschriftungsfarbbandantriebscapstanwelle 112 an, die in einem Kreuzschlüssel 114 endet. Der Schlüssel wird
in einem passenden Schlitz in der Beschriftungsfarbbandpatrone zum
Vorschieben des Beschriftungsfarbbands in einer bekannten Art und Weise
aufgenommen.
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Das Korrekturband wird unterhalb des Beschriftungsfarbbands getragen und
wird an der Druckstation positioniert, wenn das Farbbanddeck 96 nach oben
verschwenkt wird. Da das Farbbanddeck 96 normalerweise in seine nach oben
gerichtete Stellung durch eine Feder 102 gedrückt wird, ist es notwendig,
Einrichtungen vorzusehen, um es normalerweise in seiner unteren
Druckstellung zu halten. Dies wird durch den
farbbanddeck-Positionierungsnocken 116 vorgenommen, der auch an der Motorantriebswelle 72 befestigt
ist, und zwar in Kombination mit der Nockenfolgeeinrichtung 118, die an
dem Ende eines Arms 120 befestigt ist, der von dem farbbanddeck abhängt.
In seiner "Ausgangs-" Stellung zieht der Deckpositionierungsnocken das
Deck nach unten. Wenn es erwünscht ist, das Deck anzuheben, um eine
Korrektur zu bewirken, wird der Deckpositionierungsnocken 116 von seiner
Ausgangsstellung aus gedreht, um der Feder 102 zu ermöglichen, das Deck
nach unten zu schwenken. Dadurch, daß dem Deck ermöglicht wird, daß es
durch die Feder angehoben wird, im Gegensatz dazu, den Motor dazu zu
verwenden, gleichzeitig das Deck anzuheben und den Hammer zu bewegen, werden
die Leistungserfordernisse minimiert und ein kleinerer, billigerer Motor
kann verwendet werden. Zu jedem Zeitpunkt, zu dem das Deck nach oben
verschwenkt wird, wird das Korrekturband umgekehrt durch eine
Capstanwelle 122 vorgeschoben, die aus dem abhängenden Arm 120 durch einen
herkömmlichen Vorschubmechanismus angetrieben wird, wie beispielsweise eine
Klinkenrad-Sperrklinkenanordnung 124.
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Durch einen Aufbau der maximalen Gesamtnockendrehung für den Hammerzyklus
geringer als 180º kann der Hammerantriebsnocken 64 die Form einer
spiegelbildlichen Abbildung aufweisen, wie dies dargestellt ist. Eine Drehung
von einer Ausgangsstellung aus sowohl in der Uhrzeiger- als auch der
Gegenuhrzeigerrichtung wird den Hammer in ähnlicher Weise antreiben. Wie in
Figur 8A dargestellt ist, würde der Hammerantriebsnocken 74 um etwa 170º
und zurück (von seiner "Ausgangs" -Stellung aus) für den normalen
Druckzyklus gedreht werden, währenddessen der Hammer angetrieben wird, und die
Einwegkupplungen 106 und 110 ermöglichen dem Beschriftungsfarbband, daß
es vorgeschoben wird. Wenn eine Korrektur erwünscht wird, dreht der Motor
den Antriebsnocken 74 um etwa -170º und zurück (von seiner
"Ausgangs" -Stellung aus). Eine Drehung in diesem Sinn treibt nicht die
Beschriftungsfarbband-Vorschubcapstanwelle an, sondern sie dreht den
Deckpositionierungsnocken 116 (wie in Figur 8B dargestellt ist), um der
feder 102 zu ermöglichen, das Farbbanddeck 96 zur Positionierung des
Korrekturbands an der Druckzone anzuheben. Zusätzlich schiebt sie das
Korrekturband, wie vorstehend ausgeführt ist, vor.
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Wie nun die Figur 9 zeigt, ist dort ein Zustandsdiagramm dargestellt, das
einen typischen Druckzyklus für diese Vorrichtung zeigt, wobei die
Hammergeschwindigkeit in Abhängigkeit deren Verschiebung von ihrer
"Ausgangs" -Stellung ausgedruckt ist.
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In einem Beschleunigungszustand A wird der Hammer nach vorne für ungefähr
die Hälfte des Abstands zu dem erwarteten Aufschlagpunkt durch Zuführung
eines gesteuerten Stroms zu dem DC-Motor beschleunigt.
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In einem Abbremszustand B wird der Hammer zu einem Punkt x&sub1; (der Beginn
des geraden Bereichs der Übertragungskennlinie) durch Zuführung einer
umgekehrten Spannung zu dem DC-Motor verzögert, bis die Geschwindigkeit
eine vorgegebene, langsame Annäherungsgeschwindigkeit von etwa eins bis
zwei Inch (Zoll) pro Sekunde erreicht.
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In einem Näherungszustand C nähert sich der Hamer der Auflageplatte unter
der gesteuerten, langsamen Geschwindigkeit, bis der Aufschlag auftritt,
der als eine plötzliche Änderung in der Geschwindigkeit gekennzeichnet
ist und ermittelt wird.
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Während eines Deformationszustands D wird ein konstanter Strom zu dem
Motor zugeführt, um eine festgelegte Deformationskraft zu erzeugen, wobei
die Größe des Eindrückstroms von der Kraft abhängig ist, die zum Drucken
des ausgewählten Schriftzeichens erforderlich ist.
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Nach dem Drucken des Schriftzeichens wird ein Rückführzustand E bewirkt,
während dem der DC-Motor umgekehrt für etwa die Hälfte des Abstands zu
der "Ausgangs" -Stellung beschleunigt wird.
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Abschließend wird in einem Verzögerungszustand F der Hammer durch
Zuführung eines umgekehrten Potentials verzögert, bis er sich nahe seiner
"Ausgangs" -Stellung befindet, gefolgt durch ein dynamisches Abbremsen,
um den Hammer an seine "Ausgangs" -Stellung zu bringen.
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Da jedes Schriftzeichen in der vorstehend beschriebenen Art und Weise
gedruckt wird, wird die Nockenstellung der Hammeraufschlagstelle an dem
Ende des Annäherungszustands C in einem Speicher aktualisiert. Während
des nächsten, darauffolgenden Zyklus wird die aktualisierte Information
dazu verwendet, einen neuen Abbremseinleitpunkt zu berechnen. Auf diese
Weise gesteuert liefert das System eine automatische, "rollende"
Kompensation entlang der axialen Länge der Auflageplatte, um mechanische
Variationen in dem Abstand von der "Ausgangs" -Stellung des Hammers zu der
Auflageplattenoberfläche zu überwinden, wie beispielsweise eine
Auflageplattenschräge, eine Auflageplattenexzentrizität, Papiermaterialdicke,
usw.. Ein Initialisierungszyklus kann vor dem anfänglichen Druckzyklus
durchgeführt werden, um Speicherwerte einzurichten. Alternativ können
Initialisierungsfehlerwerte basierend auf der Annahme verwendet werden,
daß der Aufschlag unter einer minimalen Stellung auftreten wird. Dann
stellt in jedem darauffolgenden Zyklus der Steueralgorithmus den
Abbremspunkt so ein, um die Dauer des langsamen Annäherungszustands C zu
minimieren.
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Es sollte verständlich werden, daß die vorliegende Offenbarung nur
beispielhaft vorgenommen wurde, und daß verschiedene Änderungen in Details
des Aufbaus und die Kombination und die Anordnung der Teile vertauscht
werden kann, ohne den Schutzumfang der Erfindung, wie er nachfolgend
beansprucht wird, zu verlassen.