DE2920732C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Punktrasterdrucker entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruchs.

Aus der DE-OS 21 39 458 ist eine Druckvorrichtung bekannt, deren Auslösekreise jeweils einen Anker enthalten, der in einem Schlitz eines zum magnetischen Auslösekreis gehörenden vertikalen Schenkels verschiebbar gelagert ist und in diesem Schlitz infolge der ausgeglichenen magnetischen An­ ziehung zwischen dem Anker und den Schenkelteilen, die den Schlitz umgeben, schwebt. Eine die Betätigung eines Hammers beeinflussende Wirkung kann mit solchen Teilen nicht erreicht werden, was sich aus der zum Anker seitlichen Anordnung dieser Teile ergibt, aber auch daraus, daß offensichtlich keine Zuordnung zu dem zugehörigen Hammer besteht.

Die US-PS 36 59 238 zeigt einen elektromagnetischen Aus­ lösekreis mit zwei Magnetflußpfaden. Der eine Magnetfluß dient dazu, den Anker zu betätigen, während der andere Ma­ gnetfluß dazu dient, den Permanentmagneten entsprechend der B/H-Kurve der Fig. 4 in einem bestimmten Arbeitsbereich zu halten und ein einwandfreies Funktionieren des Auslösekreises zu sichern. Der Zweck des einen Stiftes, der seitlich zum Anker angeordnet ist, ist nicht eindeutig erkennbar.

Die US-PS 34 60 469 zeigt einen Auslösekreis ohne Perma­ nentmagneten, der also für die beiden Hammerbewegungsrich­ tungen zwei Wicklungen benötigt. Ein Polstück dient dabei dazu, den Anker anzuziehen, während ein weiteres Polstück dazu dient, durch Reibung am Anker Bewegungsenergie in Wärme umzuwandeln.

Durch die Ausbildung gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 soll die Betätigung der Hämmer verbessert werden.

Gemäß der Lehre des Patentanspruchs können die auf einen Druckhammer wirkende Magnetkraft und das Moment erhöht werden, so daß sowohl die Freigabe als auch das Zurückziehen eines Hammers verbessert wird. Insbesondere wird die Resonanzfrequenz des Hammers erhöht, so daß Resonanzen vermieden werden können, und die Wärmeableitung der die Hämmer betätigenden Elektromagneten wird verbessert.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Fig. 1 bis 8 beispielsweise erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines Aus­ schnitts des Laufwerkes eines Punktrasterdruckers,

Fig. 2 eine Endansicht des Laufwerks in Fig. 1,

Fig. 3 und 4 eine perspektivische Darstellung der gemeinsamen Halterung der Hämmer des Punktrasterdruckers,

Fig. 5, 6 und 7 einen Schnitt bzw. Teilschnitt längs der Linie 5-5 in Fig. 1 mit einem Hammerfederelement in verschiedenen Stellungen und

Fig. 8 ein Diagramm, aus dem die Kraft/Verstellung- Abhängigkeit eines Hammerfederelements hervorgeht.

In den Fig. 1 und 2 ist ein Laufwerk 10 eines Punktrasterdruckers dargestellt, welches eine Hammerbank 12 mit Druckhammermechanismen 14 aufweist. Jeder der Druckhammermechanismen 14, welcher für sich einen unterschiedlichen Druckhammer 16 aufweist, ist mit zwei Polstücken ausgestattet, wie nachfolgend im einzelnen erläutert ist.

Das Laufwerk 10 weist eine hohle, im wesentlichen rechtwinklige Abdeckung 18 auf, welche einen Rahmen für das Laufwerk bildet. Gemäß Fig. 1 erstreckt sich an einem Ende des Laufwerkes 10 eine Strebe 20 durch die Abdeckung 18 und dient zur Aufnahme eines Tragschaftes 22. Das entgegengesetzte Ende des Laufwerkes 10 ist gleichfalls mit einer Strebe für den Trag­ schaft ausgestattet. Diese Bauteile sind in Fig. 1 und 2 zum Zwecke vereinfachter Darstellung nicht wiedergegeben, sie wirken jedoch in gleicher Weise wie die Strebe 20 und der Tragschaft 22, um eine hin- und hergerichtete Verschiebebewegung des Laufwerkes 10 zuzulassen. Gleichzeitig gestatten die Streben, daß das Laufwerk 10 relativ zum zu bedruckenden Papier 24 verschwenkt werden kann. Das Papier 24 erstreckt sich dabei über eine Druckwalze 26, wie durch die gestrichelte Linienführung 28 in Fig. 2 ersichtlich ist.

Gemäß Fig. 1 und 2 erstreckt sich ein Farbband 30 längs des Laufwerkes 10 zwischen diesem und dem Papier 24, angrenzend zu einem Federfinger 32, welcher das Papier 24 an der Druckwalze 26 führt. Wenn die einzelnen Hämmer 16 freigegeben werden, schlagen deren an den Spitzen befindliche Druckpunkte auf das Farbband 30 und drücken dieses gegen das Papier 24, um das Ausdrucken der Punkte hervorzurufen.

Jeder der Hämmer 16 besteht aus einem länglichen elastischen Federelement 34 aus magnetisch leitendem, das am unteren fest­ stehenden Ende 36 unter Abstand zu den anderen Federelementen entlang einer im wesentlichen horizontalen Achse befestigt ist und sich im wesentlichen vertikal erstreckt. Die Elemente 34 enden in einem oberen bewegbaren, freien Ende 38. Jedes Federelement 34 enthält eine Punktmatrix-Druckspitze 40, die sich normalerweise von der Oberfläche des Elementes 34 in Richtung des Bandes 30 und des Papiers 24 erstreckt. Die Spitzen 40 der einander folgenden Hämmer 16 liegen längs einer Druckzeile. In zurückgezogener Lage befindet sich jede Spitze 40 etwas hinter einer Öffnung in der Vorderseite 42 der Abdeckung 18, wie aus Fig. 2 hervorgeht.

Gemäß Fig. 5 enthält der Druckhammermechanismus 14 innerhalb der Hammerbank 12 einen ebenen, gemeinsamen Rückholkörper 44 aus magnetisch leitendem Material. Jeder Druck­ hammermechanismus 14 enthält ein erstes Polstück 46 von im wesentlichen zylindrischer Formgebung, welches eine Polspitze 48 aufweist. Die Polspitze 48 erstreckt sich vom gemeinsamen Rückholkörper 44 nach außen zu einem der Hämmer 16. Jeder Hammer 16 ist in Be­ rührung und in magnetischer Verbindung mit dem angrenzenden magnetischen Polstück 46, wenn er sich in zurückgezogener Lage befindet. Elektromagnetische Erregerspulen 50 sind jeweils um jedes der Polstücke 46 nahe der Polspitze 48 gewickelt. Verbindungsleitungen zu zugeordneten Schaltungen verlaufen in einem Kabelbaum 52 nach außen.

Der Druckhammermechanismus 14 weist einen gemeinsamen, stabförmigen Permanentmagneten 54 auf, der sich zwischen dem gemeinsamen Rückholkörper 44 und einer gemein­ samen Halterung für die Hammerfederelemente und dem zweiten Polstück 56 befindet. Das Polstück 56 ist von dünner ebener Form und erstreckt sich längs eines Teils jedes Hammerfederelementes 34 in parallelem Abstand zu diesem, d. h. zwischen einem nach außen sich erstreckenden ersten Ende 58 und einem entgegengesetzten zweiten Ende, das in einer Polspitze 60 endet. Das zweite Polstück 56 weist an einer Seite eine breite Fläche 62 auf, die den gemeinsamen Permanentmagneten 54 berührt. Das erste Ende 58 erstreckt sich von einer Seite des Polstückes 56 entgegengesetzt zur breiten Fläche 62 derart, daß es zur Aufnahme und Halterung der unteren feststehenden Enden 36 der Hammerfederelemente 34 dient. Das dem ersten Ende 58 entgegengesetzte Ende des Polstückes 56 ist an der der Fläche 62 entgegengesetzten Seite nach außen gekrümmt, wodurch die Polspitze 60 gebildet ist. Gemäß Fig. 2 wird diese Anordnung durch mehrere Zugstangen 64 zusammengehalten.

Aus Fig. 5 ist zu ersehen, daß jeder Druckhammermechanismus 14 einen Magnetkreis bildet, der den gemeinsamen Rückholkörper 44, das erste Polstück 46, das Hammer­ federelement 34, das gemeinsame zweite Polstück 56 und den gemeinsamen Permanentmagneten 54 umfaßt. Das Polstück 56, der Permanentmagnet 54, der Rückholkörper 44 und das Polstück 46 bilden eine etwa C-förmige Magnetbahn, die sich zwischen dem unteren Ende 36 und dem oberen, frei bewegbaren Ende 38 des Hammerfederelementes 34 erstreckt. Der Rückhol­ körper 44, der Permanentmagnet 54 und das Polstück 56 sind alle der gesamten Hammerreihe 12 und ihren zugehörigen Druckhammermechanismen 14 gemeinsam, während die ersten Polstücke 46 einzeln den verschiedenen Hammerfederelementen 34 zugeordnet sind.

Gemäß Fig. 5 befindet sich die Polspitze 60 des zweiten Pol­ stückes 56 zwischen der Polspitze 48 des ersten Polstückes 46 und dem unteren Ende 36 des Hammerfederelementes 34. Gleichzeitig befindet sich die Polspitze 60 nahe der Polspitze 48. Der Magnetfluß zwischen dem ersten Polstück 46 und dem Hammer­ federelement 34 verläuft somit durch die Polspitze 60 des zweiten Polstücks 56. Wenn also das Hammerfederelement 34 in Kontakt mit den Polspitzen 48 und 60 oder nahe an diesen ist, verläuft der Magnetfluß nur durch den kurzen Teil des Hammerfederelementes 34 zwischen den Polspitzen 48 und 60, so daß eine Magnetflußbahn geringen Widerstandes zwischen den Polspitzen 48 und 60 besteht. Für eine bestimmte Größe magnetischer Energie, welche entweder vom Permanentmagneten 54 oder von der Wicklung 50 stammt, wird der magnetische Wirkungsgrad erhöht.

Durch die Verwendung der zwei unterschiedlichen Polstücke 46 und 56 werden die magnetischen Eigenschaften des Druckhammer­ mechanismus 14 beträchtlich verbessert, nicht nur infolge des verbesserten Wirkungsgrades des Magnetkreises, der durch die Verbindung geringen Widerstandes im kurzen Teil des Hammer­ federelementes 34 zwischen den Polstücken 46 und 56 erreicht wird, sondern auch infolge der Wirkung der zwei Luftspalte an der angrenzenden breiten Fläche des Hammerfederelementes 34. Da der Magnetfluß in den zwei Spalten im wesentlichen senkrecht zur angrenzenden Fläche des Hammerfederelementes 34 gerichtet ist, werden sowohl die Freigabe als auch das Zurückziehen beträchtlich verbessert. Dies ist auch auf die Tatsache zurückzuführen, daß sich beide Spalte unter einem beträchtlichen Abstand von der Hammer­ befestigung am unteren feststehenden Ende 36 befinden. Auf diese Weise wird der Momentarm der Polstücke 46 und 56 bezüglich des Hammers auf ein Maximum gebracht. Obwohl der verringerte Widerstand den Fluß vergrößert und die zwei Spalte die Rückholkraft bei einem bestimmten Fluß erhöhen, sind weniger Magnetfluß und eine geringere Rückholkraft erforderlich. Bei einem bestimmten Magnetfluß hat die Anwesenheit der zwei Spalte nahe des freien Endes 38 des Hammers zur Folge, daß der Hammer schneller und wirksamer zurückgezogen werden kann.

Die Freigabe des Hammers aus der zurückgezogenen Position wird in gleichem Maße durch die zwei Polstücke und die zuge­ ordneten Luftspalte verbessert. Auch in diesem Fall wird durch den in den zwei Spalten bestehenden Magnetfluß, der senkrecht zur angrenzenden breiten Fläche des Hammerfederelementes verläuft, eine größere Auslenkkraft ausgelöst und somit eine schnellere Freigabe des Hammers aus der zurückgezogenen Position ermöglicht, wenn die Wicklung oder Spule 50 erregt wird.

Ein weiterer Vorteil des Druckhammermechanismus 14 ist darin zu sehen, daß bei einer bestimmten Magnetenergie und einem bestimmten Material die durch den zweiten Spalt verur­ sachte größere Rückholkraft eine Zunahme der Steifheit des Hammerfederelementes zuläßt, wodurch wiederum die Resonanz­ frequenz des Hammers erhöht werden kann. So gilt

wobei f die Resonanzfrequenz des Hammerfederelementes, t die Dicke des Federelementes und l die Länge des Federelementes bilden. Wenn man also die Feder dicker macht (Zunahme von t), dann erhöht sich f. Durch Zunahme von t erhöht sich die Feder­ konstante k, da:

wobei w die Breite des Federelementes ist. Die Federkonstante k bestimmt teilweise die kinetische Energie und infolgedessen gilt:

KE = 1/2 Kx² (3)

wobei KE die kinetische Energie ist und x die Verlagerung des Federelementes wiedergibt. Die erforderliche Freigabekraft F_R ist gleichfalls teilweise durch die Federkonstante k bestimmt, weshalb gilt:

Die verfügbare Freigabekraft F_A wird ausgedrückt durch die Gleichung:

wobei Φ den Fluß darstellt und A die Spaltfläche wiedergibt. Im Druckhammermechanismus 14 verändert sich die Fläche A nicht, jedoch ist die Kraft infolge eines zweiten wirkenden Luftspaltes größer. So gilt für eine zweipolige Anordnung für die verfügbare Freigabekraft F_A folgende Gleichung:

wobei Φ1 und Φ2 jeweils den Fluß in den ersten und zweiten Luft­ spalten wiedergeben, A1 und A2 die Flächen der ersten und zweiten Spalte darstellen und K eine Konstante ist. Infolgedessen kann die Resonanzfrequenz f größer gemacht werden, wenn man die Dicke t für eine bestimmte Größe der Magnetenergie vergrößert, da die Kraft größer ist.

Der Druckhammermechanismus 14 kann so ausgebildet werden, daß das bewegbare obere Ende 38 des Hammerfederelementes 34 sowohl die Polspitze 60 des zweiten Polstückes 56 als auch die Polspitze 48 des ersten Polstückes 46 berührt, wenn sich das Federelement in der zurückgezogenen Lage befindet. Vorzugsweise wird jedoch ein Luftspalt zwischen der Spitze 60 des zweiten Polstückes 56 und dem bewegbaren oberen freien Ende 38 des Hammerfederelementes 34 belassen, wenn sich der Hammer in der zurückgezogenen Position befindet. Ein derartiger Spalt 66 ist in Fig. 6 dargestellt. Der Vorteil des Spaltes 66 wird unter Bezugnahme auf Fig. 8 veranschaulicht. In dieser Darstellung sind die Charakteristiken des Druckhammer­ mechanismus bezüglich Kraft und Verstellung wiedergegeben. Die Kraft ist entlang der vertikalen Achse ge­ messen und die Verstellung des Hammerelementes entlang der horizontalen Achse angegeben. Die Kraft des Hammerfederelementes 34 infolge von Eigenelastizität wird durch die Linie 68 in Fig. 8 wiedergegeben. Es ist ersichtlich, daß die durch den Hammer ausgeübte Kraft unter der Voraussetzung größten Flusses am größten ist, wenn er sich in der zurückgezogenen Position be­ findet. In zurückgezogener Lage übt das Hammerfederelement 34 eine Kraft aus, die durch den Punkt 70 in Fig. 8 dargestellt ist. Die Kurve 72 stellt die verfügbare Kraft des ersten Polstücks 46 dar. Bei Fehlen des Spaltes 66 am zweiten Polstück 56 kombiniert sich die als Folge des zweiten Polstückes verfügbare Kraft mit derjenigen des ersten Polstückes 46, durch die Kurve 72 dargestellt, wodurch eine kombinierte Kurve 74 gebildet ist, die die vertikale Achse am Punkt 76 schneidet. Der Punkt 76 gibt die Kraft wieder, welche überwunden werden muß, um den Hammer aus der zurückgezogenen Position freizugeben. Um die Freigabe zu vollziehen, muß also die Wicklung 50 eine Kraft erzeugen, welche wenigstens der Differenz zwischen den Kräften an den Punkten 70 und 76 ent­ spricht, so daß die kombinierten Kräfte des Hammerfederelements 34 und der Spule 50 wenigstens der durch den Permanent­ magneten 54 ausgeübten entgegengesetzten Kraft gleich sind.

Wenn der Spalt 66 in der zurückgezogenen Position besteht, dann ist der praktische Effekt darin zu sehen, daß die vom zweiten Polstück 56 verfügbare Kurve der Kraft nach links verlagert wird, wie aus Fig. 8 hervorgeht, so daß die Kurve 78 gebildet wird. Die Kurve 78 gibt in Verbindung mit der Kurve 72 die Kraft wieder, welche vom ersten Polstück 46 verfügbar ist, wodurch die kombinierte Kurve 80 gebildet ist, die die vertikale Achse am Punkt 82 schneidet. Die resultierende Differenz zwischen den Kräften des Hammerfederelementes 34 und den zweifachen Pol­ stücken, dargestellt durch die Punkte 70 und 82, ist kleiner und infolgedessen ist eine geringere Erregung der Spule 50 erforderlich, um den Hammer freizugeben.

Ein weiterer Vorteil des Luftspaltes 66 bei in zurückgezogener Position befindlichem Hammer ist auf die Tatsache zurückzuführen, daß der Widerstand des Luftspaltes 66 größer ist im Vergleich zu dem des Hammerfederelementes 34. Gleichzeitig ist der magnetische Widerstand des Luftspaltes 66 von fester Permeabilität.

Unter Bezugnahme auf Fig. 5 im Zusammenhang mit den Fig. 1 und 2 ist ersichtlich, daß jedes Polstück 46 von im wesentlichen zylin­ drischer Form ist und einen Basisteil 86 aufweist, welcher am gemeinsamen Rückholkörper 44 befestigbar ist, als auch einen Vorderteil 88, der zur Aufnahme der Wicklung 50 dient und in der Polspitze 48 endet. Die Wicklung 50 wird auf den Vorderteil 88 des Polstückes 46 in direkter Berührung mit diesem aufgewickelt. Infolgedessen wird Wärme aus der Wicklung 50 schnell auf das Polstück 46 und auf den angrenzenden gemeinsamen Rück­ holkörper 44 übertragen. Der Rückholkörper 44 wirkt als Wärme­ ableitung und verteilt die Wärme der Wicklung 50. Eine angemessene Wärmeverteilung ist also möglich, ohne daß Radiatoren mit Rippen oder andere Wärme verteilende Elemente an der Wicklung erforderlich sind. Das Polstück 46 und die Wicklung 50 sind mittels einer Schraube 92 am gemeinsamen Rückholkörper 44 verschraubt, wobei sich die Schraube von der Rückseite her er­ streckt und in eine Gewindebohrung 94 innerhalb des Basisteils 86 des Polstückes 46 eingreift. Die Schraube 90 kann leicht heraus­ geschraubt werden, so daß das Polstück 46 und die von ihm getragene Wicklung 50 leicht abgenommen werden können.

Claims (1)

1. Punktrasterdrucker mit einer Hammerbank, bei der einzelne, einen Punktdruck erzeugende, aus an einem Ende eingespannten Blattfederelementen aus magnetisch leitendem Material bestehende Hämmer in Zeilenrichtung beabstandet voneinander angeordnet und durch magnetische Auslösekreise betätigbar sind, die jeweils einen Permanentmagneten und einen Elektromagneten mit einem ersten Polstück aufweisen, wobei ein Pol des magnetischen Kreises dem eingespannten Ende des Blattfederelementes zugeordnet ist und das freie Ende des Blattfederelementes in der zurückgezogenen Stellung an dem den anderen Pol des magnetischen Kreises bildenden ersten Polstück anliegt, nach Hauptpatent 25 34 936, dadurch gekennzeichnet, daß jeder magnetische Auslösekreis (14, 50, 54, 88) ein zweites Polstück (56) aufweist, das mit dem Pol am eingespannten Ende des Blattfederelementes (16) verbunden ist und dessen Polspitze (60) nahe der Polspitze (48) des ersten Polstückes (46) bezüglich eines Hammer-Blattfederelementes (16) und auf der gleichen Seite wie das erste Polstück (46) an­ geordnet ist.