DE3040399A1

DE3040399A1 - Hochgeschwindigkeits-punktmatrix-drucker

Info

Publication number: DE3040399A1
Application number: DE19803040399
Authority: DE
Inventors: James E. Melbourne Fla. Bellinger
Original assignee: Florida Data Corp
Current assignee: Florida Data Corp
Priority date: 1979-12-10
Filing date: 1980-10-25
Publication date: 1981-06-11
Also published as: DE3040399C2; GB2064874B; DE8028573U1; GB2064874A; JPS619155B2; FR2471280A1; JPS5689965A; FR2471280B1

Description

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Anmelderin; Stuttgart, den 19.10.1980

Florida Data Corporation P 3938 X/Lö

3308 New Haven Avenue
West Melbourne

Florida 32901, USA

Vertreter:

Kohler - Schwindling - Späth
Patentanwälte
Hohentwielstraße 41

7000 Stuttgart 1

Hochgeschwindigkeits-Punktmatrix-Drucker

Die Erfindung betrifft einen Punktmatrix-Nadeldrucker.

Ein bekannter derartiger Druckkopf (US-PS 41 36 978) umfaßt sieben bis neun Moduln, von denen jedes eine Nadel zum Drucken von sieben bis neun Punktmatrixzeichen
steuert. Jeder Modul umfaßt einen Druckarm, der an einem Ende eine Nadel trägt, wobei der Arm am anderen Ende
von einer vorgespannten, kreuzförmigen Biegegliedanordnung getragen ist. Ein Weicheiseneinsatz bildet einen

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Anker eines Elektromagneten und ist an dem Arm in der Nähe des getragenen Endes angebracht. Der Elektromagnet sowie ein Permanentmagnet sind zusammen mit dem Anker Teil eines magnetischen Kreises, wobei der Elektromagnet dem Dauermagnet in erregtem Zustand entgegenwirkt.

Normalerweise ist der Elektromagnet entregt und der Anker ist an den Pol des Elektromagneten aufgrund der Wirkung des Dauermagneten herangezogen. Erregung des Elektromagneten bewirkt eine Verminderung des Flusses im magnetischen Pfad, wodurch der Anker losgelassen wird und die vorgespannten, sich kreuzenden Biegeglieder den Arm so bewegen, daß die Nadel auf die Oberfläche aufprallt, die bedruckt werden soll. Der Nadelarm prallt von der Oberfläche 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 ist.

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 Biegeglieder führt zu Reibbewegungen der sich berührenden Flächen von Anker- und Polschuh, was zu Verschleiß führt. Um nun die gewünschte Lebensdauer des Druckkopfes von mindestens 5OO Millionen Zeichen zu erhalten war es erforderlich, die aneinander liegenden Flächen zu ölen. Das Ölen dieser aneinander liegenden

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Flächen führte aber zu zwei Schwierigkeiten: Die eine davon liegt darin, daß die Benutzer des Druckers die Druckköpfe nicht ölen wollen, obwohl dieser Vorgang nur acht 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 gedruckt wird.

Schließlich ist auch der bekannte Druckkopf schwierig zu montieren und kostspieliger als gewünscht. Trotzdem hat der bekannte Druckkopf auf dem Markt Eingang gefunden, weil er trotz der zuvor erläuterten lästigen Probleme eine Geschwindigkeit von 600 Zeichen pro Sekunde erzielt und die Kosten noch erträglich sind.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, bei einem mehrere Moduln umfassenden Druckkopf eines Nadeldrucker*; mit einem einen magnetischen Kreis bildenden Dauermagnet mit Polschuhen und je einem dem Dauermagnet entgegenwirkenden Elektromagnet mit einer Spule und mit einem Polschuh und einem beiden Magneten gemeinsamen Anker, der am Ende eines an Biegegliedern schwenkbar angebrachten Armes vorgesehen ist, an dessen anderem Ende eine Nadel senkrecht zum Arm befestigt ist, die wirksame magnetische Kraft zu erhöhen, die Kühlung des Elektromagnets zu verbessern, die Armhaiterung zu versteifen zur Erhöhung der Lebensdauer, um den Verschleiß ohne die Verwendung von Öl zu reduzieren, sowie die Herstellkosten . und die Herstellzeit zu vermindern.

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Gelöst wird diese Aufgabe bei einem Druckkopf der vorgenannten Art erfindungsgemäß dadurch, daß die Polflächen der Polschuhe in zueinander senkrechten Ebenen liegen und einander eng benachbart angeordnet sind, daß der Anker mit entsprechenden, zu den Polflächen parallelen Flächen versehen ist, und daß ein Paar gekreuzter Biegeglieder zur Bildung einer Schwenklagerung für den Anker vorgesehen ist und die Schwenkachse etwa in der Ebene der Polfläche des Elektromagneten liegt, wobei dem Anker eine Bewegung entlang einer Bahn aufgezwungen ist, die die Ebene der Polfläche des Elektromagneten schneidet, wodurch der Dauermagnet den Anker in Anlage an der Polfläche des Elektromagneten und mit geringem Abstand von dem Dauermagnet-Polschuh hält.

Der magnetische Kreis ist bei dem erfindungsgemäßen Druckkopf gegenüber dem bekannten Druckkopf verbessert, so daß der magnetische Kreis und der Arm in derselben Ebene mit der Spule des Elektromagneten liegen, wobei die Spule als außenliegendes Element eines jeden Moduls des Druckkopfes vorgesehen ist. Diese Anordnung ergibt einen kurzen magnetischen Kreis und ermöglicht die Anordnung der Elektromagnete und insbesondere deren Spulen an der Peripherie, wodurch die Spulen gut gekühlt sind. Dadurch können die Spulen mit einem hohen Strom belastet werden, ohne daß sie durch Überhitzung beschädigt werden.

Bevorzugt ist ein einziger, kreisringscheibenförmiger Dauermagnet verwendet, der allen Moduln gemeinsam ist, wodurch Aufbau und Zusammenbau des Druckkopfes vereinfacht, sind. Insbesondere ist eine Basis oder Basisplatte mit einer aufrechtstehenden, runden Nabe vorgesehen, und

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es ist der Dauermagnet an der Nabe koaxial zu ihr befestigt. Die einzelnen Moduln sind aufrecht an einem Plansch angebracht, der sich von der Basis der Nabe radial nach außen erstreckt. Der Dauermagnet läßt sich leicht relativ zur Nabe positionieren und an ihr befestigen und es sind die Spulen der Elektromagnete an Kernen montiert, die am Rand des Flansches befestigt sind. Polschuhe der Elektromagnete, die gleichzeitig die Biegeglieder· für den Arm tragen, sind an denselben Kernen befestigt und bilden ein im wesentlichen zur Basis paralleles Glied, wobei die Kerne etwa paralell 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 starre 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 Gesamtvolumens (und der daraus resultierenden Gesamtflusses), die mit der ringförmigen Anordnung erzielbar sind. Der dünne Magnet ermöglicht es, den magnetischen Kreis gegenüber dem bekannten Druckkopf zu kürzen und dadurch effektiver zu gestalten.

Außerdem vermindert die Anordnung der Magnetstruktur in Ausrichtung mit dem Arm die Länge des magnetischen Pfades, so daß die Benutzung der speziellen Struktur in Verbindung mit dem ringförmigen Dauermagnet einen Pfad ergibt, der deutlich kürzer ist als bei der bekannten Anordnung, wodurch der Gesamtwirkungsgrad der erfindungsgemäßen Anordnung wesentlich vergrößert wird.

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Die Anordnung der Spule eines jeden der Elektromagnete im äußersten Randbereich eines jeden Modul ermöglicht eine gute Spulenkühlung und damit eine hohe Strombelastbarkeit.

Die zuvor erläuterte magnetische Struktur bildet im wesentlichen ein Rechteck, wobei der Plansch 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 Luftspalt 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 zu einem extrem kleinen Anker, bezogen auf die ausgeübten Kräfte und ermöglicht dadurch eine hohe Arbeitsgeschwindigkeit. Der Anker liegt in der Ruhelage an dem Polschuh des Elektromagneten an und weist 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 Verschleißursache ausgeschaltet werden kann.

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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 Gchwenkachse des Armes sich in der Ebene der Grenzfläche zwischen Anker und Elektromagnetpolschuh befindet. Als Polße ergibt sich ein praktisch völliges Fehlen von Gleitbewegungen der betreffenden, aneinander anliegenden Oberflächen, wodurch die Lebensdauer des Druckkopfes stark erhöht wird. Außerdem ist die Ti*aganordnung 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 Relativbewegung zwischen Polschuh und Anker auftritt, was Verschleiß und die Notwendigkeit der Schmierung ausschaltet.

.Der erfindungsgemäße Druckkopf erreicht Dauerarbeitsgeschwindigkeiten von 800 Zeichen je Bekunde, wobei e?s sich herausgestellt hat, daß kein bemerkenswerter Verschleiß nach 400 Betriebsstunden (800 χ 10⁶ Zeichen) ohne Schmierung auftrat.

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

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Dabei ist von Vorteil, daß erfindungsgemäß die sieb, 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 selektrive 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 zeigen:

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Pig. 1 eine Draufsicht auf einen Druckkopf

von der Nadelseite her unter Darstellung einer ersten Ausführungsform der Modul- und NadelanOrdnung,

Fig. 2 eine Draufsicht von der Nadelseite her

auf ein einzelnes Modul,

Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie 3-3 der

Fig. 2,

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

Fig. 5 eine Endansicht des Ankers und der Arm-

und Biegegliedträger der Mitte eines Moduls,

Fig. 6 eine Endansicht des Ankers und des

Biegegliedträgers von außerhalb dessen Modul,

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

5,
und

Fig. 8 eine Seitenansicht einer modifizierten

Ausführungsform der Anordnung gemäß den Fig. 1 bis 7.

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Anschließend verwendete Ausdrücke, die Orts- und Raumangaben bezeichnen, wie "vertikal, horizontal, Oberplatte, Grundplatte" 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 vertikale Elemente im allgemeinen horizontal angeordnet sind und Ober- und Grundplatten zu Seitenplatten werden.

In Fig. 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 Schriftkegels mit sieben χ fünf, sieben χ sieben oder sieben χ acht oder noch höherer Auflösung, wobei die achte Nadel für den Absteiger oder Absenker vorgesehen ist. Es können auch Sch.ri:fbkegel _mit sieben χ sieben und neun χ sieben zum Drucken von Ober- und Untertypen verwendet werden. Bei acht χ sieben oder neun χ sieben-Schreibkegeln können alle vertikalen Positionen nach Bedarf gedruckt werden.

Der in Fig. 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 Fig. 1 bis 3 sind die Nadeltreiber 1 etwa entlang einem Kreis um einen Mittelpunkt 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 und 4· mit jeweils vier Nadeln

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angeordnet und werden an ihren oberen Enden abgelenkt zur Bildung einer einzigen 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 Fig. 3 zeigt.

Der magnetische Kreis umfaßt eine in Fig. 3 dargestellte Basis 14 mit einer nach oben ragenden, zentral angeordneten, hohlen, zylindrischen Nabe 16, die an ihrem oberen Ende in eine sich nach innen erstreckende Scheibe 17 mit einer zentralen Öffnung 18 übergeht. Das untere Ende der Nabe 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 10 mit einer zentralen Öffnung 21 ist an der Oberseite der Scheibe 17 der Nabe 16 koaxial angeordnet.

Mittels zweier Haltescheiben, nämlich einer oberen Haltescheibe 22 und einer unteren Haltescheibe 23 ist der Permanentmagnet 19 zwischen der Scheibe 17 und einer weiteren Scheibe 24 fixiert. Die Scheibe 24 ist koaxial

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zur Nabe 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 eines Hohlzylinders 29 angeordnet, mit dem er vorzugsweise einstückig hergestellt ist und der mittels der Maschinenschraube 10 am Flansch 15 befestigt ist. Die Achse des Zylinders ist parallel zur Achse der Nabe 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 den Zylinder 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 entlang der Mittelebene des Armes 7 und quer dazu sich nach innen erstreckt.

Der nach innen sich erstreckende Bereich des Gliedes 32 endet entlang seiner Oberfläche 30 in exner verlängerten vertikalen Oberfläche 33, die den Pol des Elektromagneten bildet, wie es in Pig. 4 gezeigt ist. Die Oberfläche 33 endet in ihrem oberen Bereich in einer breiten, quer verlaufenden horizontalen 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

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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 Herstellbarkeit.

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 als Blattfeder ausgebildeten Biegegliedes 11 dient.

Der rückwärtige Bereich des Ankers 46 an der der Oberfläche 45 gegenüberliegenden Seite (in Fig. 4 rechts und in Fig. 3 links dargestellt), ist beidseitig von

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dem Vorsprung 4-7 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 4-1 des Gliedes 32 verbunden, vorzugsweise ebenfalls durch Hartlötung.

Der Arm 7 ist Gegenstand der US-Anmeldung SN 865, 006 vom 27.12.1977 und der Ausscheidungsanmeldung SN 29, 658 vom 13· April 1979 des selben Erfinders und der selben Anmelderin wie der vorliegenden Anmeldung; er ist mit zwei seitlichen Laschen 57 versehen, die Oberflächen 4-9 gegenüberliegen, die sich von der Oberfläche 4-8 des Ankers nach unten erstrecken; die Laschen 57 sind an die Oberflächen 4-9 hart angelötet.

Wie aus Fig. 3 ersichtlich sind die verschiedenen Elemente des Druckkopfes so bemessen, daß der Anker 4-6 parallel und unmittelbar oberhalb des Polschuhes 27 der Scheibe 24 liegt und einen schmalen Luftspalt 58 zwischen Anker 4-6 und Polschuh 27 begrenzt. Ist die Spule 31 des Elektromagneten nicht erregt so halt 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

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der Nadel 6 hervorzurufen sucht.

In der in Pig. 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 Überfläche 45 des Ankers 4-6 und der Oberfläche 33 des Gliedes 32 liegt. Dieses Merkmal ist durch entsprechende Dimensionierung des Ankers 46 und den Gliedes 32 erzielt, so, daß das Biegeglied 12 gemäß der Darstellung in den Fig. 3 und 7 abgekürzt sein muß, wodurch es das Biegeglied 11 an der zuvor erwähnten Stelle schneidet. Dieses Merkmal ist von besonderer Bedeutung für die Erzielung eines großen Lebensdauer ohne Schmierung, weil es dafür sorgt, daß die Aufprallkraft des Ankers 463 an der Oberfläche 33 exakt senkrecht zur Oberfläche erfolgt und dadurch ein Reiben der Oberflächen gep;eneinander vermieden wird.

Ein weiteres wichtiges Merkmal, das zur Verminderung de« 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.

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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 der Hohlzylinder 29 dessen rechte Seite bildet. Der untere horizontale Bereich des Gliedes 32 ist ein oberes Seitenteil des Rechteckes und die Nabe 16, der Dauermagnet 19 und die Scheibe 24- bilden dessen linken Bereich. Der Polschuh 27 der Scheibe 24- und dei? Anker vervollständigen den linken und den oberen Teil des Recktecks. 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 4-6 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

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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 als 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 wirksame Magnetfluß in den erwähnten Luftspalten wieder wirksam und zieht den Anker in die in Fig. 3 dargestellte Position. Die abwärts gerichtete, auf den Anker wirkende Kraft liegt völlig 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,

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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 (Reluktanz) des Magnetpfades und damit den Fluß, der darin durch den Magnet hervorgerufen werden kann. Es hat sich herausgestellt, daß die Verminderung der Pfadlänge zu einer Verminderung des Streuflusses führt und eine Verkleinerung der Magnetdicke von 20 % erlaubt, verglichen mit der bekannten, geschützten Anordnung.

Ein weiteres Merkmal, das zu den gesamten Betriebseigenschaften des Druckkopfes beiträgt ist die Anordnung der Spulen 31 im äußeren Bereich des Druckkopfes. Dadurch wird ein gute Kühlung erreicht, wodurch ein relativ starker Spulenstrom verwendet werden kann ohne Überhitzung zu bewirken. Als Folge hiervon können die Spulen kleiner (kürzer) ausgebindet werden, wodurch die Magnetpfadlänge 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 Se-

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künde; diese Zahl v;ird etwas reduziert (auf fünf derartige Zeilen) v/enn Durchsatzgeschwindigkeiten aufgrund von Nicht-Druck-Zeiten während des Viagenrücklaufes einbezogen werden, obwohl die verlorene Zeit durch Drucken in beiden Richtungen vermindert werden kann.

Der in den Fig. 1 bis 7 dargestellte Druckkopf arbeitet mit langen Nadeln, so daß eine nicht dargestellte Führungsplatte für die Nadeln zwischen den Armen 7 und der Oberfläche, auf die die Nadeln aufprallen, angeordnet werden kann. 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 einen großen Raum zwischen den die Nadeln aufnehmenden Öffnungen in der Führungsplatte zu erhalten. Es ist offensichtlich, daß dann, \tfenn alle Nadeln 6 in einer einzigen Reihe angeordnet sind, das Material zwischen den Aussparungen sehr dünn und dadurch das Bohren der Aussparungen aufwendig 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 Fig. 8 sind die Nadeln um eine entsprechende Anzahl von Zeitzyklen des Drucktaktgebers in den elektronischen Steuerschaltungen zueinander versetzt. Bewegt sich beispielsweise der Druckkopf in der Ansicht gemäß ^x'ig. 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 AuP-

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drucke 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 Kurznadelversion des Druckkopfes dargestellt. Gleiche Teile sind mit den selben Bezugsziffern wie in den Fig. 1 bis 7 (um einen Anführungsstrich ergänzt) versehen, da diese Teile 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 7¹ gemäß Fig. 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 Nadelbewe-

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gung, die zur Erzeugung der Punkte erforderlich ist. Im übrigen ist die Wirkungsweise der Anordnung gemäß i'ig. B identisch mit der der zuvor 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 Langnadelversion werden auch 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 beim Auftreten von Schwingungen der Pol und der Träger sich gemeinsam bewegen_f um Reibung des Ankers am Polschuh zu minimieren. Darüberhinaus 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

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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.

Es versteht sich, daß die Erfindung nicht auf die dargestellten Ausführungsformen beschränkt ist, sondern Abweichungen davon möglich sind, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen, wie er durch die folgenden Ansprüche abgesteckt wird.

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Claims

Patentansprüche

ehrere Moduln umfassender Druckkopf eines Nadel-

uckers, mit einem einen magnetischen Kreis bildenden Dauermagnet mit Polschuhen und je einem, dem Dauermagnet entgegenwirkenden Elektromagnet mit einer Spule und mit einem Polschuh, und mit einem beiden Magneten gemeinsamen Anker, der am Ende eines an Biegegliedern schwenkbar angebrachten Armes vorgesehen ist, an dessen anderem Ende eine Nadel senkrecht zum Arm befestigt ist, dadurch gekennzeichnet", daß die Polflächen der Polschuhe (13 und 2?) in zueinander senkrechten Ebenen liegen und einander eng benachbart angeordnet sind, daß der Anker (46) mit entsprechenden, zu den Polflächen parallelen Flächen versehen ist, und daß ein Paar gekreuzter Biegeglieder (11 und 12) zur Bildung einer Schwenklagerunp für den Anker (46) vorgesehen ist und die Schwenkachse (20) etwa in der Ebene der Polfläche (33) des Elektromagneten (13, 29, 31) liegt, wobei dem Anker eine Bewegung entlang einer Bahn aufgezwungen ist, die die Ebene der Polfläche (33) des Elektromagneten schneidet, wodurch der Dauermagnet (19) den Anker in Anlage an der Polfläche des Elektromagneten und mit geringem Abstand von dem Dauermagnet-Polschuh (2^r/) hält.
2. Druckkopf nach .Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Dauermagnet (19) allen Moduln-(1) gemeinsam ist.

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3. Druckkopf nach Anspruch. 1 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-, Druckkopf nach Anspruch 3> dadurch gekennzeichnet, daß eine Basis (14-) mit einer zentralen Nabe (16) und einem daran anschließenden Plansch (15) vorgesehen ist, daß der Dauermagnet (19) koaxial an der Nabe (16) befestigt ist, und daß die Elektromagnete (13, 29, 31) an dem Flansch (14-) befestigt sind.
5. Druckkopf nach Anspruch 4-, dadurch gekennzeichnet, daß der Polschuh (13) jedes Elektromagneten an dem dem Flansch (15) abgewandten Ende der Spule (31) angeordnet ist, und daß die Biegeglieder (11 und 12) an diesem Polschuh (13) befestigt sind.
6. Druckkopf nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Modul einen Arm (7) umfaßt, und daß ,je ein Arm an je einem Polschuh (13) angebracht ist.
7. Druckkopf nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß an jedem Arm (7) eine Nadel (6) befestigt ist, daß die Nadeln (6) in zwei Reihen (3 und 4-) ausgerichtet sind und dabei jede Nadel etwa gleichen Abstand zu benachbarten Nadeln aufweist, und daß die Nadel (6) jeweils in der Mittelebene ihres Armes (7) liegt.

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8. Druckkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ,jeder Elektromagnet einen mit dem Polschuh (13) einstückigen Kern (29) umfaßt, der aus einem Material hoher Permeabilität besteht.
9. Druckkopf 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.
10. Druckkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Polschuh (13) jedes Elektromagneten sich in Richtung auf die Achse des Dauermagneten (19) erstreckt, daß je ein Dauermagnetpolschuh (27) an der dem Plansch (15) abgewandten Seite des Dauermagnets (19) vorgesehen ist, dessen Außenfläche radial innerhalb des Polschuhes (13) des Elektromagneten diesem benachbart angeordnet ist, und daß der zugeordnete Anker (46) im geringen Abstand zu dem Dauermagnetpolschuh (27) gehalten und in Anlage an dem Polschuh (13) des Elektromagneten bewegbar ist.
11. Druckkopf nach Anspruch 10, 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.
12. Druckkopf nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgespannten Biegeglieder (11 und 12), die

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den Anker (4-6) 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 Biegeglieder einerseits an dem Anker und andererseits an je einer der Halteflächen (39, bzw. 42) des Elektromagneten-Polschuhes (13) befestigt sind.
13. Druckkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Arme (7)> an denen ,jeweils ein Anker (46) befestigt ist, etwa zur Mittelachse des ringförmigen Dauermagneten (19) erstrecken.

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