DE8501935U1 - Matrixdruckkopf - Google Patents

Description

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Die Neuerung betrifft einen Matrixdruckkopf mit mehreren, jeweiLs mittels eines separaten Magnetantriebs in DrucksteLlung nach vorwärts und zurück bewegbaren Drucknadeln, die an einem die Bewegungen übertragenden Element des Magnetantriebs befestigt sind, wobei das Magnetantriebs-ELement innerhalb des Befestigungsbereiches jeweils eine Breite aufweist, die die Rnordnung einer mittig im Befestigungsbereich des Magnetantriebs-Elementes befindlichfern Durchtrittsöffnung zuläBt, deren Querschnittsgrundform zumindest mit einem Teil des Umfangs der eingesetzten und weich- oder hartgelöteten Drucknadeln unter Berücksichtigung einer entsprechenden Herstelltoleranz übereinstimmt.

Derartige Matrixdruckköpfe werden in serieller Bauart und in Zeilendruckerbauart hergestellt. Die Betätigung zielt hierbei auf eine möglichst hohe Rnzahl von Abdrucken einzelner rünktdruckelemente ab. Serielle Matrixdrucker erreichen heute schon eine Schreibleistung von ca. 400 Zpjchen/sec. und Zeilendrucker von bis zu 9CrU Zeichen/sec. Entsprechend diesen f-hreibleistungen sind Matrix-Zeichendrucker thermisch und verschleJOtechnisch beansprucht. Die Standzeit sowie etwaige Ausfallzeiten der Matrixdrucker sind jedoch für den Benutzer ausschlaggebende Merkmale, einen Matrixdrucker auszuwählen.

Neben den Problemen des elektrischen bzw. elektronischen Teils eines Matrixdruckers sind auch mechanische Probleme zu beachten. So ist z.B. die Befestigung des Druckelements, d.h. einer Drucknadel immer noch nicht zufriedenstellend gelöst.

Man unterscheidet bei der Befestigung der Drucknadeln zwei grundverschiedene bekannte Bauarten.

Eine erste bekannte Bauart benutzt zwar ebenfalls das Prinzip des Bewegungen übertragenden Magnetantriebselements, bevorzugt jedoch

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Lediglich eine kinematische Kopplung durch KraftschluB zwischen dem Magnetantriebselement (z.B. einem Klappanker) und einer getrennten Drucknadel, an der ein Kopf befestigt ist. Während der Kraftübertragung liegt der Kopf der Drucknactel an einer ebenen Fläche des Magnetantriebselementes an. Diese erste Bauart folgt jedoch wegen der Massenungleichheit won Drucknadeln mit Drucknadelkopf einerseits und der Masse des Klappanker* andererseits nur schwer der Frequenz des Magnetantriebs. Mit der ersten bekannten Bauart sind daher Schwingungsprobleme und Steuerungsprobleme verbunden (ein solches Beispiel bildet der Gegenstand der US-PS 4,478,528).

Eine zweite bekannte Bauart vermeidet die Probleme der ersten Bauart, indem die Drucknadeln jeweils unmittelbar jnd starr am vorderen Ende des Magnetantriebselementes befestigt sind. Damit folgt die Drucknadel zwangsweise der Steuerung der Matrixdrucker-ELektronik. Diese zweite bekannte Bauart (ein Beispiel ist aus der DE-OS 26 30 931 ersichtlich) ist jedoch fertigungstechnisch schwierig zu beherrschen. Die Befestigung der Drucknadel bedarf besonderer Hilfsvorrichtungen, wobei immer noch die Gefahr besteht, daß durch eine zu grofle Toleranzvorgabe der Hilfsmittel die Rusrichtung und Rnordnung der Drucknadeln unzureichend ist. Ein weiterer Nachteil der bekannten Befestigung stellt das extrem wichtige Verbinden der Drucknadeln mit dem Magnetantriebselement dar, das unter Wärmeeinwirkung beim Weich- oder Hartlöten entsteht. Die Erwärmung der Drucknadeln beim induktiven Löten kann in Extremfallen zum Bruch der Drucknadel nach einer relativ kurzen fietriebszeit des Matrixdruckers führen. Die Ursache hierfür ist eine Gefügeänderung im Werkstoff der Drucknadeln entweder während des Erwärmens oder während des nachfolgenden Rbkühlens.

Diesem Stand der Technik gegenüber ist es auQerdem bekannt

(DE-fl-24 49 235), eine besondere Buchse für die Drucknadsln vorzusehen,

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die in dem MagnetantriebseLement verschweißt wird. Diese Buchse kann auch noch mit elastomerem Material in dem Magnetantriebselement gelagert sein. Eine solche Buchse gewährleistet jedoch wegen der Toleranzungenauigkeit weder eine gröflere Lagegenauigkeit noch eine Verstärkung der Drucknadelbefestigung.

Ein weiterer bekannter Vorschlag (DE-fl-25 58 380) sieht eine eingangs bezeichnete Befestigung einer Drucknadel vor. Die flchse der Durchtrittsöffnung ist jedoch jeweils senkrecht durch das entweder gerade oder abgewinkelte MagnetantriebseLement geführt, so daß die Drucknadel einer nachteiligen Krümmung unterworfen wird, die in nicht näher dargestellten Führungen, sogenannten Stützebenen fixiert werden muß. Ferner ist die bekannte Drucknadelbefestigung nachteilig aufgrund einer äußeren Verschweißung an einem nach auße-> ragenden Ende der Drucknadel. Eine solche Befestigung ist daher bruchgefährdet.

Der Neuerung liegt die Ruf gäbe zugrunde, die Befestigung einer Drucknadel zu verbessern, und zwar zu verstärken.

Die gestellte Pufgabe wird neuerungsgemäß dadurch gelöst, daß die gerade Ochse der Durchtrittsöffnung schräg zur Oberflächenebene des Magnetantriebselementes verläuft, daß ferner die Herstelltoleranz der Durchtrittsöffnung und die der Drucknadel jeweils im Sinne eines leichten Einführens der Drucknadeln aufeinander abgestimmt sind und dadurch eine Festlegung der Drucknadeln in der durch die Durchtrittsöffnung bestimmten Richtung entsteht und daß die Drucknadeln aufgrund der Toleranzabstimmung innerhalb des entstehenden Spalts in der Durchtrittsöffnung gelötet sind. Hierbei sichert die Mindestbreite des Magnetantriebselementes die Anordnung einer Durchtrittsöffnung. Die Durchtrittsöffnung selbst gewährleistet den geringstmöglichen Rufwand, um die Drucknadel bei der Montage zu positionieren. Hierbei ist die

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Genauigkeit der Position von besonderem Vorteil. Die Drucknadel wird t'oöerdem bei einer notwendigen Erwärmung nicht übermäßig in ihrer Werkstoffestigkeit geschwächt, da der umliegende (Merkstoff des Magnetantriebelementes für eine langsame Wärmeableitung sorgt. Dadurch entsteht eine wesentliche Verstärkung der Befestigung.

In Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daO die Durchtrittsöffnung aus einer mittels Laser-Strahlen hergestellten kreisrunden Bohrung von minimal 0,2 mm bis maximal 0,4 mm Durchmesser besteht, fllleine durch diese Bohrung wird die Laige der einzelnen Drucknadeln mit hoher Genauigkeit fixiert.

Eine andere Verbesserung besteht darin, daß die Durchtrittsöffnung in Form eines von vorne oder seitlich verlaufenden Schlitzes mit einer Breite gebildet ist, die der Dicke der von vorne oder seitlich einführbaren Drucknadeln entspricht unter Berücksichtigung einer entsprechenden Herstelltoleranz für den Schlitz und/oder der Drucknadel abmessung.

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r enrndeenr r ndebmes Die Drucknadel kann hler leicht seitlich eingeführt werden Im Gegensatz zum axialen Einführen bei einer geschlossenen kreisrunden Bohrung. Ein Fixleren der Drucknadeln erfolgt bei dieser AusfUhrungsform durch Auffüllen des Schlitzes mittels Welch- oder Hartlot.

A/euerimg Ein AusfUhrungsbeispiei der &euro;rf4ndi*ng· 1st In der Zeichnung

dargestellt und wird Im folgenden näher beschrieben. Es zeigen: 10

(~ Flg. 1 einen Matrixdruckkopf der vorgespannten Bauart halb

Schnitt, halb Ansicht»

Flg. 2 den Matrixdruckkopf gemäß Flg. 1 1n Ansicht auf die Oruckelemente mit mehreren Teil schnitten In aufeinanderfolgenden Ebenen des Querschnittes gemäß Flg. 1: Schnitt I In der Schnittehene gemäß Flg. 1, Schnitt II In der Schnittebene gemäß F1g. 1, Schnitt III 1n der Schnittebene gemäß Flg. 1, Schnitt IV In der Schnittebene gemäß Flg. 1.

Flg. 3 eine Vorderansicht einer Drucknadel-Befestigung nach dem Stand der Technik,

Flg. 4 ein Mittenschnitt gemäß dem Schnittverlauf V - V In F1g. 3,

Fig. 5 eine Vorderansicht der erfindungsgemäßen Befestigung einer

Drucknadel an einem Magnetantriebs-Element und 30

Fig. 6 einen Schnitt VI - VI gemäß Fig. 5.

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Die Figuren 1 und 2 dienen zu Erläuterungen der Funktionen eines (seriellen) Matrixdruckkopfes als Beispiel, um das Zusammenwirken einer Ankerbaugruppe mit anderen Funktionsgruppen innerhalb des Gesamt-Matrixdruckkopfes der Beschreibung des Herstell Verfahrens S der Ankerbauteile voranzustellen.

Der 1n der Zeichnung dargestellte serielle Matrixdruckkopf weist eine Elektromagnetspulen-Baugruppe 1 auf, die aus einer Magnetfluß! eltplatte 2, an dieser befestigten Magnetpolkernen 3 mit Elektromagnetspulen 4 und aus einer Dauermagnetplatte 5 besteht. Der Elektromagnetspulen-Baugruppe 1 Hegt jeweils eine Ankerbaugruppe 6 gegenüber, die aus einem Ankerring 7, aus (auf der Zeichnung) nach links und nach rechts gemäß Flg. 1 auslenkbaren Ankerannen 8 besteht, wobei die Ankerarme 8 jeweils mittels

IS relativ kurzer Federarme 9 mit dem Ankerring 7 verbunden sind. Die Anzahl der Magnetpolkerne 3 der Elektromagnetspulen 4, der Ankerarme 8 und der Federarme 9 entspricht, wie üblich, der Anzahl der Druckelemente 10, die Im Ausfdhrungsbeispiel als relativ lange £ Drucknadeln ausgeführt und In einem Mundstück 11 gelagert sind.

20 Im vorliegenden Ausführungsbeispiei befinden sich· 2 &khgr; 12 = 24

Druckelemente Innerhalb des elektrisch bzw. magnetisch nicht leitfähigen Gehäuses 12, welches aus den beiden Gehäuseteil en 12a und 12b zusammengesetzt 1st und mittels über den Gehäuseumfang verteilter Schrauben 13 zusammengehalten wird.

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Die Druckelercente 10 sind um den Druckweg (ca. 0,3 bis 0,6 mm) 1m wesentlichen axial beweglich in einem Führungsgehäuse 14 in Lagern 15 geführt. Zwischen dem Gehäuse 12 und dem Führungsgehäuse 14 befinden sich Bellagen 17, um die Austrittslänge der Druckelemente 10 sus dem Führungsgehäuse 14 bestimmen und auch nachträglich noch ändern zu können. Das Führungsgehäuse 14 dient gleichzeitig zur Befestigung des Matrixdruckkopfes auf einem (nicht dargestellten) Schlitten o.a., der vor einem Druckwiderlager hin- und herbewegt wird. Für die Befestigung sind ein Flansch 14a und zumindest zwei

PaBstifte 14b vorgesehen.

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Die Strombeaufschlagung der Elektromagnetspulen 4 erfolgt durch Anschluß an einen (weiter nicht dargestellten) Zeichengenerator, der sich auf einer Leiterplattenschaltung befindet» mittels Steckanschlüssen 18 und 19.
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Ein unkritischer, parasitärer Luftspalt 20 1st vorgesehen, dessen Größe bei geringsten Abweichungen die Magnetflußdichte und damit die Energieübertragung sowie den Auf- und Abbau der Elektromagnetfel der bzw. der Dauermagnetfelder negativ beeinflussen kann. Der Luftspalt 20 1st dann unkritisch, wenn eine optimale Magneti-O sierung der Luft Im Spalt 20 stattfindet. Eine solche optimale Magnetisierung des Luftspaltes 20 liegt dann vor, wenn der Luftspalt so groß bemessen 1st, daß einerseits keine engen Toleranzen für die Herstellung des Ankerrings 7 bzw. der Ankerarme 8 gefordert werden müssen und andererseits die Feidliniendichte zwar groß genug 1st, um der Vorspannkraft der Federanne 9 das Gleichgewicht zu halten, jedoch andererseits auch nicht zu hoch 1st, um einen schnellen Abbau des Dauermagnetfeldes beim Einschalten der Elektromagnetspulen 4 zu behindern. Dieser praktisch Ideale Fall kann durch die erfindungsgemäße Befestigung wie nachfolgend beschrieben 1st, verwirklicht werden. Eine zwischen der Magnetflußlei tpiatte 2 und dem Ankerring 7 angeordnete Zwischenplatte bildet mit Ihrer Stirnseite 24a eine einheitliche Ebene 25 (Flg. 2), wobei der Ankerring 7 bei verbundenen Gehäuseteil en 12a und 12b In dieser Ebene 25 gegen die Zwischenplatte 24 anliegt.

Öle Anke ranne 8 Hegen In zurückgezogener Position (wie In Flg. 1 dargestellt 1st) leicht schräg zur Ebene 25 und liegen auf den , zugehörigen Magnetpolkernen 3 auf. Hierbei entspricht die Dicke des Anken Inge 7 etwa der Dicke der Ankerarme 8 einschließlich der relativ geringen Dicke der Federarme 9, die mit den Ankerannen 8 und dem Ankerrfng 7 verbunden sind. Der sehr kurze Federarm 9

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erhält eine verkürzte Einspannlänge durch eine Abstufung 7a, so daß die verbleibende Ankerringfläche 7b für die Verbindung zur Verfügung steht. Die Abstufung 7a bewirkt zusätzlich eine Biegefreiheit für den Ankerarm 8. Die Abstufung 7a stellt u.U. eine Fortsetzung des Luftspaltes 20 dar.

Es 1st jedoch möglich, die kurzen Federarme 9 aus antimagnetischem Werkstoff, z.B. Chromnickelstahl, herzustellen, so daß keine magnetischen Feldlinien über die Federarme 9 oder Ober den Raum der Abstufung 7a verlaufen können.

Eine weitere Begrenzung von Streuflüssen bzw. eine Konzentration der magnetischen Feldlinien erfolgt durch die Magnetflußleltplatte 2, die gegenüberliegend zur Seite der Druckelemente 10 etwa in Höhe der Nagnetpolkerne 3 endet.

Nach dem Stand der Technik sind.die Drucknadeln 10 (Flg. 3 und 4) an dem Magnetantriebs-Eiement 26 (diese entsprechen den Ankerarmen 8) unmittelbar und starr mit Ihrem Umfang 10a durch eine Weichoder Hartlötung 27 befestigt. Diese Befestigung hat sich wie beschrieben als nachteilig erwiesen.

Gemäß der

(Flg. 5 und 6) wird ein Magnetantriebs-Eiement

26 angewendet, das einen Befestigungsbereich 27 mit einer Breite 28 aufweist, die zumindest dem Einfachen der Dicke 29 (Durchmesser) der Drucknadel 10 entspricht. In der Mitte des Bef?st1-gungsbereiches 27 1st eine Durchtrittsöffnung 30 vorgesehen mit einer der jeweiligen Querschnittsgrundform 31 (Kreis, Rechteck, Quadrat) der Drucknadel 10 angepaßten Querschnittsform unter Einhaltung einer entsprechenden Herstelltoleranz. Die Querschnittsform 31 1st zumindest auf einem Teil des Umfanges 32 vorhanden, so daß die Drucknadel 10 festgelegt wird. Das Ausführungsbeispiei zeigt eine Durchtrittsöffnung 30 aus einer kreisrunden Bohrung von minimal 0,2 mm bis maximal 0,4 mm, wobei z.B. eine mit Kreisquer-

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schnitt ausgeführte Drucknadel 10 von 0,36 mm Durchmesser leicht eingeführt werden kann und wobei ein entstehender Spalt durch Hart- oder Weichlot ausgefüllt werden kann. ,

Die Achse 33 der Drucknadel 10 bzw. der Durchtrittsöffnung 30

verläuft unter einem Winkel 34 r.ur Oberflächenebene 35 des Magnetantriebs-Elementes 26.

Cine alternative Ausführungsfora der Befestigung kann nunmehr darin bestehen (F1g. 5), daß die Durchtrittsöffnung 30 In Form eines seitlich (oder von vorne) eingearbeiteten Schlitzes 36 mit einer Breite gebildet 1st, die der Dicke (Durchmesser) 29 der Drucknadel 16 entspricht, so daß die Drucknadsi 10 seitlich (oder von vorne) eingeführt werden kann. Der Schlitz 36 wird nach dem Einführen der Drucknadel 10 mit Welch- oder Hartlot verschlossen. Die alternative Befestigung sichert ebenfalls eine genaue Position durch dU Anlage der Drucknadel 10 mit Ihren Teil des Umfangs 32 an der Wandung der Durchtrittsöffnung 30.

Claims (3)

1&Lgr;ftMannesmann RktiengeselLschaft&bull; · « &diams; &igr; * »&igr;« &igr; · &igr;»or*Mannesmannufer 2&bull; · · · t> It »· ··4U00 BösseidorfG 85 01 935.6Matrixdruckkopf2.März 198923 840 - FL/Schi Schutzansprüche

1. Matrixdruckkopf mit mehreren, jeweils mittels eines separaten Magnetantriebs in Druckstellung nach vorwärts und zurück bewegbaren Drucknadeln, die an einem die Bewegcigen übertragenden Element des Magnetantriebs befestigt sind, wobei das Magnetantriebs-Element innerhalb des Befestigungsbereiches jeweils eine Breite aufweist, die die Anordnung einer mittig im Befestigungsbereich des Magnetantriebs-Elementes befindlichen Durchtrittsöffnung zuläBt, deren Querschnittsgrundform zumindest mit einem Teil des Umfangs der eingesetzten und weich- oder hartgelöteten Drucknadeln unter Berücksichtung einer entsprechenden Herstelltoleranz übereinstimmt,
dadurch gekennzeichnet,

daß die gerade Rchse (33) der Durchtrittsöffnung (30) schräg zur Oberflächenebene (35) des Magnetantriebselementes (26) verläuft, dafl ferner die Herstelltoleranz der Durchtrittsöffnung (30) und die der Drucknadel (10) jeweils im Sinne eines leichten Einführens der Drucknadeln (10) aufeinander abgestimmt sind und dadurch eine Festlegung der Drucknadeln (10) in der durch die Durchtrittsöffnung bestimmten Richtung entsteht und daß die Drucknadeln (10) aufgrund der Toleranzabstimmung innerhalb des entstehenden Spalts in der Durchtrittsöffnung (30) gelötet sind.

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2. Matrixdruckkopf nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

daO die Durchtrittsöffnung (30) aus einer mittels Laser-Strahlen hergestellten kreisrunden Bohrung von minimal 0,2 mm bis maximal 0,4 mm Durchmesser besteht.

3. Matrixdruckkopf nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet,

dafl die Durchtrittsöffnung (30) in Form eines von vorne oder seitlich verlaufenden Schlitzes (36) mit einer Breite gebildet ist, die der Dicke (29) der von vorne oder seitlich einführbaren Drucknadeln (10) entspricht unter Berücksichtigung einer entsprechenden Herstelltoleranz für den Schlitz (36) und/oder der Drucknadel abmessung.