DE69111395T2 - Anschlagdrucker. - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft ein gesteuertes Niedrigfrequenz- Anschlagsystem für einen lärmarmen Anschlagdrucker, wobei veränderliche Anschlaggeschwindigkeiten genutzt werden, um verschiedene Mengen kinetischer Energie zu Typenelementen verschiedener Größe zu übertragen, und ein preiswertes System zur präzisen Motorsteuerung in zwei Richtungen ohne notwendige Richtungsinformation vom Rückkopplungs-Sensor.
• Seit vielen Jahren ist das Büro ein anstrengender Ort, und zwar wegen der großen Anzahl störender Lärmerzeuger, wie z.B. Schreibmaschinen, Hochgeschwindigkeits-Anschlagdrucker, Papiershredder und andere Büromaschinen. Dort, wo mehrere solcher Geräte in einem einzigen Raum untergebracht sind, kann diese kumulative Lärmbelastung für die Nutzer des Raumes sogar gesundheitsgefährdend sein und deren Wohlergehen beeinträchtigen. Diese Situation ist sehr wohl erkannt und durch Regierungsbehörden näher betrachtet worden, die Standards für zulässige Lärmbelastungs-Höchstwerte in Büros festgelegt haben. Von Büromaschinenkonstrukteuren sind auf dem Gebiet der Anschlagdrucker Versuche zur Verringerung der Lärmbelastung unternommen worden. Dazu gehören das Unterbringen der Anschlagdrucker in geräuschmindernden Gehäusen; die Entwicklung von Anschlagdruckern mit vermindertem Anschlaggeräusch und das Konstruieren lärmämerer Drucker auf der Grundlage von anschlagfreien Technologien, z.B. Tintenstrahl- und Wärmeübertragungstechnologien.
• Die kostengünstige Personal-Schreibmaschine wird vorrangig für den Hausgebrauch (umfaßt sowohl Privatbüros und Büros zu Hause) sowie für den Schulgebrauch gekauft. In dieser Umgebung ist es besonders wünschenswert, das Lärmniveau der Druckvorrichtung an der Quelle auf unauffällige Werte zu verringern. Beispielsweise sollten zu Hause andere Familienmitglieder nicht durch Schreibmaschinengeklapper abgelenkt werden, wenn das Gerät in gemeinsamen Räumen genutzt wird. An einem Gymnasium oder einer Hochschule sollten Kollegen oder andere nicht gestört werden, wenn der Benutzer in einer Bibliothek, einem Arbeitsraum oder einem Internatszimmer tippt. Aus diesem Grunde war das Benutzen von Schreibmaschinen nicht möglich, da sie berüchtigterweise laut sind. Die ruhige Wirkungsweise der preiswerten Schreibmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung ermöglicht eine derartige Nutzung, da das lärmarme Funktionieren solchen nützlichen Geräten eine neue Gestalt verleiht und die Tragbarkeit verbessert. Ein davon abgeleiteter Nutzen besteht in der freieren Kommunikation zwischen Mitgliedern einer Arbeitsgruppe, weil der Nutzer direkt in der Gruppe arbeiten kann, ohne die anderen zu stören.
• Designveränderungen bei kostengünstigen Schreibmaschinen wurden eingeführt, um deren Lärmpegel zu reduzieren. Das Beibehalten eines wettbewerbsmäßig vermarktungsfähigen Produkts wird zu einer Herausforderung auf dem Konsumgütermarkt, auf dem die Produktkosten zwischen 100 und 300 USD liegen. Beispielsweise würden für eine Schreibmaschine für 100 US-Dollar (USD) die Herstellungskosten im Normalfall bei etwa 65 USD pro Einheit liegen. Es ist klar, daß jede aufgrund einer geräuschmindernden Konstruktion erforderliche Veränderung unbedingt äußerst kostengünstig sein muß, da die Steigerung der Produktkosten für den Verbraucher keine große prozentuale Erhöhung in diesem Marktsegment garantiert.
• Lärmmessungen werden oft in dB- oder dBA-Werten angegeben, wobei die "A"-Skala die vom Menschen wahrgenommenen Lautstärkepegel darstellen, im Gegensatz zu den absoluten Werten der Geräuschintensität. Bei der Betrachtung der Schallenergie, dargestellt in dB- (oder dBA-)Einheiten, sollte beachtet werden, daß die Skala logarithmisch ist und daß eine Differenz von 10 dB einem Faktor von 10, eine 20 dB-Differenz einem Faktor 100, eine 30 dB- Differenz einem Faktor von 1000 entspricht, usw.
• Typische Schreibmaschinen erzeugen einen Anschlaglärm im Bereich von 65 dBA bis knapp über 80 dBA, gemessen an der Position des Bedieners. Diese Geräuschpegel werden als bereits als lästig empfunden. Zum Beispiel erzeugt das IBM Selectric ball-Gerät etwa 78 dBA, während der Xerox Memorywriter etwa 68 dBA und der kostengünstige Smith Corona Correcting Portable etwa 70 dBA erzeugt. Bei Verringerung des dBA auf einen Wert im End-50er Bereich wird der Lärm immer noch als unangenehm oder störend empfunden. Äußerst wünschenswert wäre es, den Anschlaglärm auf einen Wert nahe 50 dBA zu senken. Bei der erfindungsgemäßen preiswerten Schreibmaschine wurden im typischen Fall etwa 50 dBA gemessen, was eine entscheidende Verbesserung in der Größenordnung von einem etwa 100mal geringeren Schalldruck gegenüber gegenwärtig erhältlichen kostengünstigen Schreibmaschinen darstellt.
• Die größte Lärmquelle bei modernen Schreibmaschinen entsteht, wenn der Hammer anschlägt und einen Typenträger antreibt, um einen Abdruck auf dem Aufnahmeblatt auszubilden. Die Typenträger werden an den Enden der rotierenden Speichen einen Typenrades zur Druckstation befördert und dann von ihr wegtransportiert. Wenn eine ausgewählte Type gedruckt werden soll, wird sie an der Druckstation angehalten, und ein Hammer stößt sie mit einer Kraft, die zum Übertragen der Tinte vom Farbband auf das Blatt Papier ausreicht, gegen ein Farbband, das aufnehmende Blatt und eine Druckwalze.
• Bei herkömmlichen ballistischen Hammeranschlag-Schreibmaschinen wird ein Hammer mit einer Masse von 2,5 Gramm ballistisch durch einen Magnetventil-Klöppel zur Typen/Farbband/Papier/Walzen-Kombination befördert. Nachdem der Hammer auf die Rückseite des Typenträgers auftrifft, transportiert ihn dessen Bewegungsenergie weiter bis gegen die Farbband/Papier/Walzen-Kombination und nimmt eine Formveränderung auf der Oberfläche der Walze vor. Nachdem die Walze die Anschlagenergie des Hammers absorbiert hat, strebt sie danach, wieder ihre normale Form anzunehmen, indem sie den Hammer in dessen Ausgangsposition zurückbringt, an der er angehalten werden muß, gewöhnlich durch einen weiteren Anschlag. Diese Reihe von Anschlägen mit hoher Geschwindigkeit ist die Hauptursache des unangenehmen Anschlaglärms bei derartigen Druckern.
• Im typischen Fall ist die Verformung der Druckwalze infolge der sehr geringen Masse des Anschlaghammers sehr kurz, in der Größenordnung von 100 Mikrosekunden. Bekanntlich geht man davon aus, daß ein schneller Anschlag lauter ist und ein langsamer Anschlag weniger Lärm erzeugt. Wenn die Anschlagdauer länger wäre, könnte man also das Gerät leiser machen. Bei Schreibmaschinen mit Druckgeschwindigkeiten von 10 bis 12 Zeichen pro Sekunde beträgt die durchschnittliche Zeit zwischen den Typenanschlägen etwa 85 bis 90 Millisekunden. Natürlich kann mehr von dieser Zeit für den Hammeranschlag genutzt werden als die üblichen 100 Mikrosekunden. Wenn beispielsweise die Walzenverformungszeit auf ganze 5 bis 10 Millisekunden verlängert werden würde, wäre dies einer fünfzig- bis einhundertfachen Erhöhung der Anschlag-Impulsbreite gleichzusetzen. Gleichfalls nimmt man intuitiv an, daß bei einem langsamen Anschlag eine größere Hammermasse (oder effektive Masse) eingesetzt werden muß, um die Walze zwecks Ablösen der Tinte vom Farbband im gleichen Umfang wie beim schnellen Anschlag zu verformen. Denn diese Manipulation der Verformungsdauer verändert die Frequenz der dadurch entstehenden Schallwellen. Wenn die Verformungszeit ausgedehnt wird, verringert sich die durch die Verformung entstehende Schallfrequenz (eigentlich ein Spektrum von Schallfrequenzen) proportional dazu, und der wahrgenommene Lärm der unteren Frequenzen wird geringer. Da es sich hierbei um ein Resonanzsystem handelt, ist die Masse proportional zu dem Quadrat der Frequenzverschiebung. Daher verringert eine einhundertfache Erhöhung der Dauer (100 Mikrosekunden auf 10 Millisekunden) die entstehende Frequenz proportional dazu, wenn eine zehntausendfache Vergrößerung der Masse erfolgt. Selbstverständlich wäre es nicht praktisch, die tatsächliche Masse des Hammers um einen solchen Faktor zu erhöhen. Als Alternative zur Vergrößerung der Hammermasse per se kann dessen effektive Masse mittels eines mechanischen Wandlers erhöht werden.
• Das allgemeine bei der vorliegenden Schreibmaschine umgesetzte Konzept, d.h. die Verminderung des Anschlaggeräusches mittels Verlängerung des Verformungsimpulses und Anschlag mit vergrößerter Hammermasse, ist seit Jahrzehnten anerkannt. Bereits 1918 wurde in US-A-1,261,751 die ruhigere Wirkungsweise der Druckfunktion einer Schreibmaschine durch Erhöhen der "Zeit, die tatsächlich zur Erstellung des Abdruckes verwendet wird" vorgeschlagen. Damals war eine Schreibmaschine mit Typenhebelstab im Handel erhältlich, die auf den in dieser Spezifikation beschriebenen Wirkprinzipien beruhte.
• Der Anschlagdrucker, der die Theorie der Wirkungsweise der vorliegenden Erfindung in die Praxis umsetzt, ist in US-A-4,681,469 erläutert, worin die beträchtliche Steigerung der effektiven Masse des Hammers offenbart ist, wobei der Hammer mit relativ niedriger Geschwindigkeit zur Walze geführt wird und die Walzenverformung somit über eine längere Dauer stattfindet. US-A-4,668, 112 offenbart die Bewegungssteuerung des Hammers über dessen gesamter Bewegungsbahn aus der Ruhestellung bis zum Anlegen der Anschlagkraft an die Walze. Wenn sich der Hammer der WalzenoberfIäche nähert, wird dessen Geschwindigkeit durch Abbremsen des Motors erheblich verringert, so daß der Anschlag bei sehr niedriger Geschwindigkeit erfolgt. Nach Berührungsbeginn wird der Antriebsmotor erneut erregt, wodurch sich die Hammerkraft zur Walzenverformung vergrößert.
• Sowohl in dem '469er als auch dem '112er Patent drückt ein Massenumwandler mit einer schweren, schwenkbaren Ausrichtleiste, die durch einen Schwingspulenmotor angetrieben wird, eine Schiebestange gesteuert zur Walze hin und von ihr weg. Die Schiebestange bringt wiederum eine Druckspitze (Hammer) in Verformungskontakt mit der Walze. Ein auf der Druckspitze angebrachter Sensor zeigt das Kontaktmoment mit der Walze an, so daß zusätzliche kinetische Energie durch den Schwingspulenmotor an jene Stelle angelegt werden kann. Eine geeignete Steuervorrichtung erregt den Schwingspulenmotor, um die Druckspitze über einen engen Abstand zwischen dessen Ruheposition und der Walzenoberfiäche zu bewegen, wo dessen Geschwindigkeit sehr gering ist. Nachdem ein Kontakt erfühlt worden ist, erregt die Steuerung den Schwingspulenmotor nochmals, um eine vorgegebene Kraft zur Walzenverformung zwecks Ablösung von Tinte vom Farbband mit dieser hohen effektiven Masse zu übertragen.
• Eine preiswerte Ausführung eines lärmarmen Anschlagdruckers, der auf den Wirkprinzipien des '469er und des '112er Patents beruht, ist in der ebenfalls anhängigen Patentanmeldung, US-Seriennummer 07/510,654 (Babler et al.) beschrieben, welche an den Erwerber der vorliegenden Anmeldung übertragen wurde und deren Offenbarung durch Bezug auf sie hiermit vollständig aufgenommen wird. Ein Hammer mit hoher effektiver Masse wird zeitlich abgestimmt durch einen Gleichstrommotor, der durch einen Verschiebungs- und Kraftänderungsmechanismus wirksam wird, zu einer Walze hingeführt und von dieser entfernt. Wenn der Hammer auf die Walze auftrifft, wird die Berührung als plötzliche Geschwindigkeitsänderung erfühlt, und anschließend wird durch den Motor eine Druckkraft angelegt. Bei dem kostengünstigen, Iärmarmen Anschlagdrucker, der im wesentlichen entsprechend den Darlegungen der ebenfalls anhängigen Anmeldung von Babler et al. konstruiert ist, wobei ein Gleichstrommotor und ein Nocken die Bewegung des Druckhammers steuern, wird eine beachtliche Energie eingesetzt, um den Motoranker zur Vorpositionierung des Hammers unmittelbar vor Berührung der Walze zu beschleunigen und zu verlangsamen. Der Energiebedarf erhöht sich weiterhin infolge der Elastizität des mechanischen Systems, welches einer längeren Anlegungsdauer der Druckkraft nach der Berührung (''Squeeze"/Pressung) zur angemessenen Tintenablösung vom Farbband bedarf. Außerdem verwenden die Gleichstrommotor-Präzisionssteuersysteme, wie auch hier enthalten, typischerweise kostspielige Servosteuerungen mit verschiedenen Arten von Rückkopplungselementen. Speziell umfassen solche Systeme, die eine Start/Stoppbewegung in zwei Richtungen erfordern, fast immer einige Vorrichtungen zur Ableitung der Richtungsinformation am Motor. Ohne Richtungssignale, zusammen mit Positionsimpulsen, könnte es bei der Steuerung vorkommen, daß Zählfehler aufgrund von Richtungsfehlern entstehen. Während die akustischen Eigenschaften recht ansprechend sind, ist insgesamt die Arbeitsgeschwindigkeit eingeschränkt der Energiebedarf bei der Steuerelektronik beträchtlich und das Steuersystem teuer.
• Das wichtigste Ziel der Erfindung besteht darin, den Energiebedarf eines kostengünstigen, lärmarmen Anschlagdruckers durch Verzicht auf die unveränderliche Annäherungsgeschwindigkeit und das Verfahren mit variabler Preßkraft zugunsten der Veränderung der Berührungsgeschwindigkeit der Hammerspitze bei Typen verschiedener Größe zu senken. Erhöhungen der Schallemissionen sollten dabei kaum wahrgenommen werden, da die natürliche Frequenz der Anschlaggeräusche immer noch sehr niedrig ist. Die Erfindung kann in einer Form durch die Schaffung eines Anschlagdruckers ausgeführt werden, der umfaßt: eine Walze, einen Schlitten, der zur Hin- und Herbewegung im allgemeinen parallel zur Walze angebracht ist, ein drehbares Druckelement mit Typendruckabschnitten darauf, wobei die Typen entsprechend ihrer Druckfläche eine Klassenbezeichnung erhalten, eine Druckelement- Auswahleinrichtung zum Bewegen des Druckelements, um dadurch einen ausgewählten Typenabschnitt in die Druckposition zu bringen, einen Hammer, um die Typenabschnitte zwecks Walzenverformung vorzutreiben, und eine Vorrichtung, mit der der Hammer zur Walze hin- und von ihr wegbewegt wird. Der Schlitten lagert das Druckelement, die Auswahleinrichtung, den Hammer und die Antriebsvorrichtung. Die Erfindung umfaßt Vorrichtungen zum Anlegen verschiedener Anschlaggeschwindigkeiten an den Hammer entsprechend der Klassenbezeichnung der Typenabschnitte, eine Vorrichtung zum Variieren der Hammerverschiebungsgeschwindigkeit, wenn dieser aus einer Ruheposition in eine Anschlagposition bewegt wird, so daß sich der Hammer anfangs mit zunehmender Geschwindigkeit durch einen ersten Bereich und anschließend mit im wesentlichen konstanter Geschwindigkeit durch einen zweiten Bereich bewegt, und eine Vorrichtung zum Steuern der Erlangung der Anschlaggeschwindigkeiten mit einer Einrichtung zur periodischen Erhöhung des Zählwertes eines Zählers als Reaktion auf die Hammerbewegung, um die momentane Position und Geschwindigkeit des Hammers zu bestimmen, und eine Vorrichtung zum Zurückstellen des Zählers auf einen vorgegebenen Zählwert ungeachtet der tatsächlichen Zahl an einer Stelle innerhalb des zweiten Bereichs.
• Die Erfindung wird nun beispielhaft anhand der beiliegenden Zeichnungen beschrieben, wobei:
• Figur 1 eine Perspektivansicht eines erfindungsgemäßen Anschlagdruckers ist;
• Figur 2 eine schematische Teil-Draufsicht des Druckers aus Fig. 1 ist;
• Figur 3 eine schematische Seitenansicht des Druckers ist;
• Figur 4 eine vergrößerte Seitenansicht ist, die die Lagebeziehung zwischen Hammer, seinem Antriebsnocken, der Taktscheibe und einem Sensor zeigt;
• Figur 5 eine grafische Darstellung der Übertragungseigenschaften zwischen Hammer und Nocken ist;
• Figur 6 ein Phasendiagramm der typischen Druckzyklen für Typen verschiedener Größe ist; und
• Figur 7 ein Zustandsdiagramm des Druckzyklusses des erfindungsgemäßen Druckers ist.
• Der Anschlagdrucker 10, welcher in einem Gehäuse (von dem nur die Grundplatte 12 dargestellt ist) untergebracht ist, weist relativ wenig bewegliche Teile auf. Senkrecht stehende Stützplatten auf der rechten und linken Seite, 14 und 16, sind an der Grundplatte 12 befestigt und tragen die Enden der Walze 18 in darin vorgesehenen Halterungen. Die Walze wird durch einen geeigneten Motor (nicht dargestellt) über einen Getriebezug mit einem Antriebszahnrad 20 und einem getriebenen Rad 22 auf der Walzenwelle 24 angetrieben. Die Seitenplatten halten auch die Enden eines hoch polierten Führungsstabes 26 und die Enden der Gegendruckschiene 28 mit einer genau bearbeiteten Führungskante 30 gegenüber der Walze. Die Gegendruckschiene ist einstellbar angebracht, so daß die Führungskante 30 parallel zur Walzenoberfläche gehalten werden kann und genau ihren Abstand zur Walze herstellen kann.
• Ein Druckerschlitten 32, bestehend aus Schlitten-Rahmenplatten 34 und 36 mit jeweils einem befestigten Lager 38, ist zur Hin- und Herbewegung entlang der Walzenlänge auf dem Führungsstab 26 gelagert. Diese Hin- und Herbewegung des Schlittens wird durch einen Motor (nicht dargestellt) gesteuert, der über Riemenscheiben 42 und 44 einen am Schlitten angebrachten gezahnten Abstandsriemen 40 (an dessen Stelle auch ein Kabeloder Zahnstangenantrieb verwendet werden kann) antreibt. Wenn sich der Schlitten 32 entlang des Führungsstabes 26 auf den Lagern 38 entlangbewegt, neigt er durch die Schwerkraft dazu, sich in Uhrzeigersinn um selbigen zu drehen (wie in Figur 1 dargestellt) und spannt das Gleitstück 46 gegen die Führungskante der Gegendruckschiene 28 vor. Das Gleitstück besteht aus einem harten Werkstoff mit geringer Reibung. Diese Schlittenbefestigungsanordnung erleichtert den wenig kostenintensiven Zusammenbau des Druckgerätes, da sie die Schwierigkeiten bei der Positionierung des Führungsstabes ausräumt, und nur ein Element, die Gegendruckschiene 28, genau eingesetzt werden muß. Indem die Enden der Gegendruckschiene zu den Seitenplatten 14 und 16 eingestellt werden, kann die Führungskante 30 genau parallel zur Walze positioniert werden, so daß der Schlitten den Drucker durchquert, wobei alle auf ihm befindlichen Elemente in ihren eigentlichen Positionen in bezug auf die Walze verbleiben.
• Die Druckelemente umfassen ein Typenrad 50, eine Hammeranordnung 52 und eine Farbbandvorrichtung 54 (in Figur 3 aufgezeigt). Ein auf den Schlittenrahmenplatten 34 und 36 befestigter Typenrad-Antriebsmotor 56 hat eine Antriebsverbindung 58, an die eine Typenradnabe zum Drehen der Typenträger 62 (an den Enden der Typenradspeichen 64 angeordnet) vorbei an einer Druckstation neben der Walze angeschlossen werden kann. Das prozeßgesteuerte wahlweise Drehen des Antriebsmotors 56, welches durch Tastenanschlag ausgelöst wird, bringt den gewünschten Typenträger 62 zur Druckstation und hält ihn dort fest. Eine ebenfalls an den Schlittenrahmenplatten angebrachte Führung 66 mit biegsamer Platte hält ein Blatt 68 zur Bildaufnahme in engem Kontakt mit der Walzenoberfläche.
• Die Hammervorrichtung 52 wird am besten aus den Figuren 3 und 4 deutlich, wobei die Schlittenrahmenplatte 36 zum besseren Verständnis weggelassen wurde. Ein Gleichstrommotor 70 zur Hammerbetätigung ist auf der Schlittenrahmenplatte 34 montiert, wobei seine Antriebswelle 72 durch beide Rahmenplatten hindurch verläuft und über sie hinausragt. Der an der Welle 72 befestigte Hammerantriebsnocken 74 bewegt den Nockenstößel 76, damit sich der Kniehebel 78 um den Drehstift 80 dreht. Der Hammer 82 ist am gegenüberliegenden Ende des Kniehebels gelenkig angebracht und gleitet durch ein feststehendes Führungslager 84. Wenn sich der Motor dreht, treibt er auch eine zu einem befestigten Sensor 88 gehörende Taktscheibe 86 an, um eine Positionszählung in der Motorsteuerung 90 auf der Leiterplatte 92 zu erzeugen. Obwohl die Leiterplatte in der Darstellung am Schliften befestigt ist, kann sie auch auf die Grundplatte montiert werden. Die Motorsteuerung sendet Signale zum Gleichstrommotor, um eine Nockendrehung mit gewünschter Geschwindigkeit und in gewünschter Richtung auszuführen.
• Wie bereits in den Patenten '469 und '112 dargelegt muß der Hammer zur Erlangung eines leisen Anschlaggeräusches mit sehr niedriger Geschwindigkeit (unter 400 mm pro Sekunde) mit der Walze in Kontakt kommen, aber um eine zufriedenstellende Druckgeschwindigkeit zu erreichen, muß er sich schnell durch den engen Durchtritt bewegen. Diese Bewegungseigenschaften werden durch das Profil des Hammerantriebsnockens 74 und die Drehzahl des Gleichstrommotors bestimmt, welche von der Steuerung festgelegt werden. In Figur 5 sind die Bewegungseigenschaften des Nockens verdeutlicht. Ein erster Nockenbereich 74a fuhrt zur dargestellten schnellen Hammerbewegung, die harmonisch verläuft, so daß sich der Hammer ruhig bewegt, die akustischen Beeinträchtigungen an den Nockenübergangspunkten minimiert und der Verschleiß des Nockens und des Nockenstößels verringert werden. Ein zweiter, linearer Nockenbereich 74b führt zu einer flachen, geradlinigen Verschiebung (z.B. 0,025 mm/Grad der Motordrehung) über einen Bereich von x&sub1; bis x&sub2; (entspricht den Winkeln a&sub1; und a&sub2; des Nockens), in dem der Anschlag erwartet wird, d.h. von der Oberfläche eines Stapels aus mehreren Blättern (x&sub1;) bis zur Oberfläche eines einzigen Blattes (x&sub2;). Durch die Linearität dieses zweiten Nockenbereiches kommt es zu einem linearen Verhältnis zwischen Motorstrom und Hammerkraft, so daß ihre Steigung so gewählt werden kann, daß angesichts des bereitstehenden Drehmoments des Motors die für ein spezielles System erforderliche maximale Kraft erreicht wird.
• Die Druckkraft wird zerlegt, wenn der Hammer 82 gegen die Walze und das Gleitstück 46 gegen die Gegendruckschiene 28 vorgetrieben wird. Im Idealfall, bei dem der Hammer und die Gegendruckschiene zueinander gefluchtet wären, würden die Druckkraft und die Reaktionskraft entgegengesetzt gleich sein und keine anderen Elemente des Systems würden beim Anschlag einer Kraft ausgesetzt sein. Angesichts von Konstruktionsbeschränkungen ist es jedoch oft nicht möglich, diese Kräfte zueinander auszurichten, wodurch eine Kraft auch durch den Schlitten und andere Elemente des Systems, einschließlich des Führungsstabes 26, gelangt die jedoch so gering wie möglich sein sollte.
• Anstatt eine gleichbleibende Annäherungsgeschwindigkeit einzusetzen, die vor dem Anschlag wesentlich verlangsamt wird, woraufhin eine variable "Preß"-Kraft angelegt wird, kann die Effizienz des Druckverfahrens mit leisem Anschlag verbessert werden, indem der Hammer je nach Größe der zu druckenden Type mit verschiedenen Annäherungsgeschwindigkeiten auf die Walze auftrifft. Das frühere Verfahren ist weniger leistungsfähig, da bei ihm der Motor die große Hammermasse beschleunigen und danach lediglich zur Durchquerung des engenden Durchtrittsabstandes verlangsamen muß, aber es ist dafür etwas leiser. Bei herkömmlichen Anschlagdruckern werden Typen unterschiedlicher Größe bekanntlich mit verschiedenen Hammerkräften angeschlagen, jedoch erfolgte dies immer mit einer hohen Anschlaggeschwindigkeit und einer relativ kleinen Masse, d.h. in sehr lauten Systemen. Durch Gewährleistung einer relativ niedrigen Kontaktgeschwindigkeit (d.h. unter 400 mmls) bewirkt die vorliegende Erfindung einen gesteuerten Niedngfrequenz-Anschlag. Desweiteren muß die effektive Hammermasse zum Zeitpunkt des Anschlags größer als 0,25 kg und die Verformungsdauer länger als 1 Millisekunde sein.
• In der folgenden Tabelle sind je nach Anschlagfläche vier Typenklassen sowie die jeweilige Geschwindigkeit der Hammerspitze angegeben, welche zum Erreichen der für eine gute Tintenablösung und einen lärmarmen Betrieb erforderlichen Druckkraft notwendig ist. Es sollte klar sein, daß bei einer Unterteilung der Typen in noch mehr Klassen eine genauere Steuerung möglich ist. TABELLE 1 Typen Kraft (Ibs = Pounds) Geschwindigkeit der Spitze (ips = Inch pro Sekunde) Kurve (Fig. 6)
• Da bei der vorliegenden Erfindung der Gleichstrommotor zum Durchqueren des engen Durchtritts keines harten Vorwärts- und Rückswärtsantriebs mehr bedarf, benötigt er beträchtlich weniger Energie. Wie in Figur 6 dargestellt und in der obigen Tabelle angegeben, treibt der Motor die Hammerspitze an, um kurz vor dem Auftreffen auf die Walze eine gewünschte Geschwindigkeit zu erreichen (und aufrechtzuerhalten). Kurve A stellt die erzeugte Geschwindigkeit für Typen dar, die das höchste Energieniveau erfordern und Kurve B jene für die am häufigsten genutzten Anschlagniveaus (d.h. das "x" und ähnliche Typen). Die Zielgeschwindigkeit für die hohen Energiekurven wird vor Beginn der Anschlagzone (d.h. der Stelle, an der der Anschlag erwartet wird) erreicht und beibehalten. Bei den Kurven für niedrige Energieniveaus C und D wird das System von Kurve B an einem oder mehreren vorbestimmten Punkten auf die gewünschte niedrigere Zielgeschwindigkeit verlangsamt. Die Alternative des Beschleunigens des Systems vom Anfangspunkt direkt zur Zielgeschwindigkeit C und D ist bei diesen niedrigen Energieniveaus nicht effizient, da dies den Druckzyklus erheblich verlängern würde.
• Bei jedem System, welches eine Start/Stoppbewegung in zwei Richtungen erfordert, ist es unerläßlich, über die genaue Information bezüglich der Geschwindigkeit und Position von Motor/Nocken/Hammer zu verfügen. Solche Systeme umfassen fast immer eine Vorrichtung zum Ableiten der Richtungsinformation, um den Wert des Zählwerkes zur Aufrechterhaltung der genauen Positionsinformation schrittweise zu erhöhen oder zu verringern. Die Richtungskenntnis ist eine Sicherheit, denn es kann während der Drehung und Gegendrehung dieser Elemente vorkommen, daß zufällig und versehentlich eine Richtungsänderung hervorgerufen wird, was zu Zählfehlern führt. Normalerweise ist eine optische Kodiervorrichtung eingebaut, mit der die Position, Geschwindigkeit und Richtung festgestellt werden können. Eine derartige Unterbrechungs-Kodiervorrichtung kann eine mit radialen Schlitzen versehene, auf der Motorantriebswelle befestigte Taktscheibe und einen hochentwickelten integrierten Zählwerk-Sensor umfassen, der sich in einem zur Scheibe ausgerichteten Gehäuse befindet. Im typischen Fall setzt der Sensor eine einzige Lichtquelle (z.B. eine Lichtdiode), zwei genau positionierte Fotodetektoren und eine logische Schaltung ein, die zwei Ausgabesignale bereitstellt: einen Zählimpuls, welcher immer dann erzeugt wird, wenn der Beleuchtungspegel an einem der Fotodetektoren einen Schwellenwert übersteigt und ein Richtungssignal, welches als Reaktion darauf ausgegeben wird, welcher von den beiden Kanälen zuerst beleuchtet wird. Eine solche Vorrichtung wird als Doppelkanalsensor bezeichnet.
• Einen einfachen Sensor verwendet man meist bei Systemen, in denen die Steuerung die Ausgabeinformation zum Zählen, zur Geschwindigkeitsbestimmung und/oder zum Erfassen einer Stopposition nutzt. Solch ein Sensor (als Einzelkanalsensor bezeichnet) mit einer einzigen Lichtquelle und einem einzigen Detektor gibt keine Richtungsinformation aus. Bei diesen Systemen findet oft eine Unterbrechungs-Taktscheibe mit einem einzigen Positionsmerkmal Anwendung, z.B. ein Kennzeichen (flag) oder ein breiter Schlitz (für den Einsatz in einem Übertragungsmodus) oder ein breites Refexionselement (für den Einsatz in einem Reflexionsmodus), dessen Breite ein Vielfaches (beispielsweise das Dreifache) der Breite der übrigen Umfangs- Unterbrechungsmerkmale (schmale Schlitze oder reflektierende Streifen) beträgt. Das Kennzeichen (flag) läßt sich von einer Steuerung schnell erfassen und differenzieren. Bei herkömmlichen Systemen stimmt das Positionsmerkmal normalerweise mit einer gewünschten Stopposition der Vorrichtung in überein. Folglich nutzt die Steuerung einfach die Zeitspanne (TS) der Schlitz-Zählimpulse zur Geschwindigkeitssteuerung und das Fehlen von Impulsen über eine vorbestimmte Zeitspanne (TF), während der Sensor das Kennzeichen passiert, zum Erfassen der Stopposition. Es sollte klar sein, daß diese Systeme bei gleichmäßiger Geschwindigkeit arbeiten müssen, insbesondere wenn sie sich der Kennzeichenposition nähern, so daß der Vergleich zwischen TF und TS genau ist, da die Verlangsamung vor der Stopposition (Vergrößerung der Schlitz-Zeitintervalle TS) das Erfassen des Kennzeichens sehr schwierig gestaltet.
• Das genaue Takten der Motorsteuerung wird durch diese Erfindung mit lediglich einem einfachen Sensor erreicht, der ein Signal erzeugt welches das Vorhandensein oder Fehlen von Licht anzeigt. In Figur 4 ist die Taktscheibe 86 mit radialen Unterbrechungen (schmale Schlitze) 94 und dem Kennzeichen 96 (breiter Schlitz, vergleichbar mit drei schmalen) dargestellt, die sich an dem befestigten einfachen Sensor 88 entlangbewegen. Das Kennzeichen wird in bezug auf den Nocken zwischen den Bewegungsendpunkten angeordnet, wo die Drehgeschwindigkeit erwartungsgemäß im wesentlichen konstant und die Bewegungsrichtung bekannt ist.
• Wenn das Kennzeichen erfühlt wird (TF »TS), wird der Positionszähler in der Steuerung 90 auf eine vorgegebene Zahl zurückgestellt, wodurch das System bei jedem Erfassen des Kennzeichens auf das genaue Maß gebracht wird. Durch das Zurückstellen des Zählwerkes an diesem Punkt im Zyklus ist diese Stelle immer als kritischer Punkt bekannt, von dem aus die Steuerung bis zu der Stelle zählt, an der sie dem Motor den Befehl zum Bremsen erteilt, so daß die Walze mit der für die zu druckende Type vorgegebenen Geschwindigkeit angeschlagen wird. Beim Betrieb dieses Druckers ist es unerheblich, ob vor dem Zurückstellen Zählfehler gemacht wurden, da die alten Informationen jedes Mal durch die neuen ersetzt werden. Das Erfassungssystem, das seinem Wesen nach unkompliziert aufgebaut ist, ermöglicht die Ausführung relativ ausgeklügelter Steuerfunktionen. Außerdem sind die Kosteneinsparungen beträchtlich, die sich mit dem Austausch eines hochentwickelten Sensors durch einen einfachen Sensor ergeben, wenn bei einer 100 USD-Schreibmaschine die Herstellungskosten ungefähr 65 USD betragen.
• In Figur 7 ist ein Zustandsdiagramm des bei der Erfindung angewendeten programmierten Druckzyklusses mit einfachem Sensor und variabler Anschlaggeschwindigkeit zum kostengünstigen und leisen Anschlagdrucken aufzeigt. Das Programm führt die folgenden Serien von Unterprogrammen aus, wobei Zeit- und Positionswerte als Beispiele angegeben sind:
• Bei der STARTVORBEREITUNG wird eine Nachschlagtabelle in der Steuerung 90 zum Festlegen der gewünschten Anschlagenergie (Geschwindigkeit) für die zu druckende Type benutzt. Wie in Tabelle 1 und Figur 5 aufgezeigt, sind vier Anschlag-Geschwindigkeitsklassen gewählt worden. Gegebenenfalls lassen sich mit Sicherheit mehr Klassen zuweisen. Aus der Kurve in Figur 5 wird ersichtlich, daß beim Start aus der Ruheposition eine anfängliche Zielgeschwindigkeit ausgewählt wird. Bei Typen mit hohem Energiebedarf (Kurven A und B) ist die Anschlaggeschwindigkeit mit der anfänglichen Zielgeschwindigkeit identisch. Bei Typen mit niedrigem Energiebedarf (Kurven C und D) wäre die niedrigere Anschlaggeschwindigkeit zu gering zum Durchqueren des engen Durchtritts, so daß die anfängliche Zielgeschwindigkeit die höhere Geschwindigkeit von Kurve B ist.
• Beim BEWEGUNGSBEGINN wird ein starker Vorwärtsantrieb entweder entlang der Kurve A oder B eingeleitet. Zum Validieren der Takterhöhungen zwecks Erfassen des Kennzeichens (flag) läuft eine Initialisierungssschleife ab. Dabei wird eine anfängliche Zielposition auf die aktuelle Position plus drei Zähleinheiten eingestellt und danach solange ein Antrieb ausgeführt, bis die anfängliche Zielposition erreicht ist. Anschließend beginnt das Programm das Kennzeichen zu suchen. Beim Drehen der Taktscheibe erhöht sich die Zahl des Zählwerkes bei jeder Unterbrechung des Sensors.
• Bei KENNZEICHEN SUCHEN setzt das Programm ein Kennzeichenerfassungs-Unterprogramm in Gang, welches die Zeit zwischen den Schlitzen überwacht, und speichert eine Zeit für das Vorhandensein des Kennzeichens, wenn ein Schlitz-Zeitwert größer als das Doppelte der Zeit zwischen den beiden vorherigen Schlitzen ist (d.h. TF »TS). Danach geht das Programm weiter zur Überwachung der Motorgeschwindigkeit, die durch die Zeitspanne zwischen zwei Schlitzen (TS) bestimmt wird. Ein Antriebs-/Leerlaufschleifen- Unterprogramm ermöglicht das Erreichen der anfänglichen Zielgeschwindigkeit. Wenn die aktuelle Geschwindigkeit niedriger als die anfängliche Zielgeschwindigkeit ist (am Start eingestellt), erhält der Motor den Befehl zum Antrieb, und wenn die aktuelle Geschwindigkeit höher als die Zielgeschwindigkeit ist, läuft der Motor im Leerlauf.
• Bei KENNZEICHEN GEFUNDEN, wenn also die 2fache Zeit erfaßt wird, wird das Positionszählwerk je nach Drehrichtung des Motors auf einen vorgegebenen Wert ZURÜCKGESTELLT, wobei die fehlenden Zählungen aufgrund des breiten Schlitzes berücksichtigt werden. Bei der Vorwärtsbewegung zur Walze hin nutzt man dazu momentan den Zählwert 161 und beim Rückzug von der Walze den Zählwert 166. Das Vorhandensein des Kennzeichens unterbricht die Geschwindigkeitsbestimmung, da eine erfaßte 2fache Schlitzzeit als eine Verlangsamung des Motors interpretiert werden könnte und die Steuerung versuchen würde, den Motor stark anzutreiben und so dessen Geschwindigkeit zu erhöhen. Anstatt dessen treibt das Programm den Motor weiter so an, wie unmittelbar vor dem Erfassen des Kennzeichens, und zwar solange, bis mehrere Sensorunterbrechungen nach dem Kennzeichen erfolgen und die Geschwindigkeitsdaten wieder genutz:t werden können.
• Bei ANNÄHERUNG AN ANSCHLAGZONE wird die zu druckende Type dahingehend untersucht, ob es sich um eine Type mit hohem oder eine mit niedrigem Energiebedarf handelt. (a) Ist es eine Type mit hohem Energiebedarf (Kurven A oder B), wird festgestellt, ob die Geschwindigkeit höher oder niedriger als deren Zielwert ist. Ist sie höher, erfolgen solange ein Rückwärtsantrieb mit geringer Stromzufuhr und eine dynamische Bremsung, bis die richtige Anschlaggeschwindigkeit erreicht ist. Wenn die Geschwindigkeit genauso groß oder niedriger als die Zielgeschwindigkeit ist, kommt die Antriebs/Leerlaufschleife bis zum Erreichen der Anschlagzone zum Einsatz. (b) Wenn die Type eine mit niedrigem Energiebedarf ist (Kurven C oder D), ist die erfaßte Geschwindigkeit größer als die Ziel-Anschlaggeschwindigkeit, und es erfolgt anfangs ein Rückwärtsantrieb mit geringer Stromzuführung zum raschen Verlangsamen des Hammers bis auf eine vorgegebene niedrigere Geschwindigkeit, gefolgt von einem dynamischen Bremsen, bis die richtige Ziel- Anschlaggeschwindigkeit erreicht ist. Diese Geschwindigkeit wird dann durch eine Antriebs-/Leerlaufschleife solange aufrechterhalten, bis sich der Hammer in der Anschlagzone befindet.
• Bei AN DER ANSCHLAGZONE befindet sich der Hammer in der Antriebs-/Leerlaufschleife auf der Zielgeschwindigkeit. Der Wert des niedrigen Antriebsstroms wird so gewählt, daß er die Geschwindigkeit aufrechterhalten kann, es sei denn, die Hammerbewegung wird durch den ANSCHLAG vermindert, wovon bei einem Absinken der Hammergeschwindigkeit auf die halbe Zielgeschwindigkeit ausgegangen wird. An diesem Punkt wird der Hammer in einen Leerlaufzustand versetzt und kann 5 Millisekunden in diesem Zustand verbleiben, so daß er weiter nach vorn gelangen und zurückzuprallen beginnen kann. Anschließend wird der Hammer wieder in seine Ruheposition zurückgeholt.
• Bei RÜCKZUG START beginnt das Programm, den Hammer 3 Millisekunden lang mit geringem Rückwärtsantrieb zurückzuziehen, um den Hammer in Bewegung zu bringen. Im typischen Fall wird dieses Unterprogramm nur bei Typen mit niedrigem Energiebedarf benötigt, da die Typen mit hohem Energiebedarf eine ausreichend hohe Rückprallgeschwindigkeit aufweisen.
• Bei KENNZEICHEN SUCHEN wird der Rückwärtsantrieb auf den vorgegebenen Wert erhöht und die Rückkehr-Zielgeschwindigkeit solange von der Antriebs/Leerlaufschleife aufrechterhalten, bis erneut dem Kennzeichen begegnet wird. Wenn die 2fache Schlitzzeit (d.h. TF»TS) erfaßt wird (KENNZEICHEN GEFUNDEN), wird das Positionszählwerk wieder ZURÜCKGESTELLT (in dieser Richtung auf die Zahl 166) und die Rückkehr- Zielgeschwindigkeit durch die Antriebs/Leerlaufschleife solange aufrechterhalten, bis eine vorgegebene Stelle in der Nähe der Ruheposition (beim Zählwert 130) erreicht ist.
• Im ENDZYKLUS wird an einer vorgegebenen Stelle ein zweistufiges Verlangsamungs-Unterprogramm angewendet, um den Hammer zum Halt zu bringen. Zuerst wird er durch einen geringen Vorwärtsantrieb rasch verlangsamt, bis die Zeitspanne zwischen zwei Schlitzen größer als 5 Millisekunden ist, dann bricht eine dynamische Bremsung die Bewegung vollkommen ab, was durch eine Zeitspanne zwischen den Schlitzen von mehr als 5 Millisekunden angezeigt wird.
• Bei den Hochenergie-Fällen (A und B) wird die Zielgeschwindigkeit im wesentlichen auf dem gesamten Weg vom Rückstellpunkt bis zur Walzenoberfläche beibehalten. Bei den Niedrigenergie-Fällen (C und D) jedoch wird einige Zählschritte nach dem Rückstellpunkt ein Übergangspunkt gewählt, an dem die Verlangsamung einsetzt. Es ist wichtig die Zeitspanne zu verringern, in der tatsächlich die niedrige Zielgeschwindigkeit vorliegt, da sie sich nachteilig auf die Druckgeschwindigkeit auswirkt. Optimal wäre es, die richtige Zielgeschwindigkeit erst kurz vorher zu erreichen. Deshalb aktualisiert das Programm konstant die Zahl im Speicher, an der der Anschlag erfaßt wird, und wie lange das Verlangsamen auf die vorgegebene Anschlaggeschwindigkeit dauerte. Auf diese Weise kann der Übergangspunkt auf der Grundlage des vorangehenden Zyklusses eingestellt werden.

Claims (10)

1. Anschlagdrucker (10) der umfaßt: eine Walze (18), einen Schlitten (32), der zur Hin- und Herbewegung im allgemeinen parallel zur Achse der Walze angebracht ist, ein drehbares Druckelement (50) mit Typendruckabschnitten darauf, wobei die Typen entsprechend ihrer Druckfläche eine Klassenbezeichnung erhalten, eine Druckelement-Auswahleinrichtung zum Bewegen des Druckelements, um dadurch einen ausgewählten Typenabschnitt in die Druckposition zu bringen, einen Hammer (82), um die Typenabschnitte zwecks Walzenverformung vorzutreiben, und eine Vorrichtung, mit der der Hammer zur Walze hin- und von ihr wegbewegt wird, wobei der Schlitten das Druckelement, die Auswahleinrichtung, den Hammer und die Antriebsvorrichtung lagert,

Vorrichtungen zum Anlegen verschiedener Anschlaggeschwindigkeiten an den Hammer entsprechend der Klassenbezeichnung der Typenabschnitte,

eine Vorrichtung (90) zum Variieren der Hammerverschiebungsgeschwindigkeit, wenn dieser aus einer Ruheposition in eine Anschlagposition bewegt wird, so daß sich der Hammer anfangs mit zunehmender Geschwindigkeit durch einen ersten Bereich und anschließend mit im wesentlichen konstanter Geschwindigkeit durch einen zweiten Bereich bewegt, und

eine Vorrichtung zum Steuern der Erlangung der Anschlaggeschwindigkeiten mit einer Einrichtung zur periodischen Erhöhung des Zählwertes eines Zählers als Reaktion auf die Hammerbewegung, um die momentane Position und Geschwindigkeit des Hammers zu bestimmen, und eine Vorrichtung zum Zurückstellen des Zählers auf einen vorgegebenen Zählwert ungeachtet der tatsächlichen Zahl an einer Stelle innerhalb des zweiten Bereichs.

2. Drucker nach Anspruch 1, wobei der Hammer eine effektive Masse von mindestens 0,25 kg und eine Anschlaggeschwindigkeit von nicht mehr als 400 mm pro Sekunde an der Position hat, an der der Typenabschnitt anfangs die Walze verformt und in der der Typenabschnitt die Walze für eine Berührungsdauer von mindestens 1 Millisekunde verformt.

3. Drucker nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Steuerungsvorrichtung einen Signalemitter und einen -kollektor (88) und einen Signalunterbrecher (86) umfaßt.

4. Drucker nach Anspruch 3, wobei der Signalemitter und der -kollektor einen Einzelkanalsensor umfassen.

5. Drucker nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Antriebsvorrichtung einen Motor (70) mit einer Antriebswelle (72) umfaßt, wobei die Vorrichtung zum Verändern der Hammergeschwindigkeit einen Nocken (74) aufweist, welcher auf der Antriebswelle befestigt ist und einen ersten Abschnitt zum Bewegen des Hammers durch den ersten Bereich und einen zweiten Abschnitt zum Bewegen des Hammers durch den zweiten Bereich hat, und wobei der Signalunterbrecher eine auf der Antriebswelle angebrachte Taktscheibe (86) umfaßt.

6. Drucker nach Anspruch 5, wobei die Taktscheibe eine ringförmige Reihe schmaler, nahe am Rand vorgesehener Schlitze hat, von denen einer beträchtlich breiter als die schmalen Schlitze ist und der breite Schlitz und der Sensor so zum Nocken angeordnet sind, daß der breite Schlitz abgefühlt wird, nachdem der Hammer auf seinem Weg zur Walze in den zweiten Bereich gelangt.

7. Drucker nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtung zum Zurückstellen des Zählwerkes betätigt wird, wenn sich der Hammer der Walze nähert und wenn der Hammer die Walze verläßt.

8. Verfahren zum Anschlagdrucken mit den Schritten: Bewegen eines drehbaren Druckelements (50) mit darauf vorgesehenen Typendruckabschnitten an einer Druckzone neben einer Walze (18) entlang, Anhalten eines ausgewählten Typendruckabschnittes an der Druckzone, Bewegen eines Hammers (82) zur Walze hin und von dieser weg, um den ausgewählten Typendruckabschnitt zum Verformen der Walze mit einer Druckkraft voranzutreiben,

Zuweisen einer Klassenbezeichnung für jeden Typendruckabschnitt entsprechend seiner Druckfläche,

Zuweisen verschiedener Anschlaggeschwindigkeiten für den Hammer entsprechend der Klassenbezeichnung,

Verändern der Hammergeschwindigkeit, während er sich aus der Ruheposition zu einer Anschlagposition bewegt indem der Hammer anfangs bei zunehmender Geschwindigkeit schnell durch einen ersten Bereich und anschließend bei einer im wesentlichen konstanten Geschwindigkeit durch den zweiten Bereich verschoben wird, und

Steuern des Erreichens der Anschlaggeschwindigkeiten durch periodisches Erhöhen des Wertes eines Zählwerkes, wenn sich der Hammer bewegt, und Ermitteln der momentanen Position und Geschwindigkeit des Hammers aus dem Zählwert sowie das Zurückstellen des Zählwerkes auf einen vorgegebenen Zählwert ungeachtet des tatsächlichen Wertes an einer Stelle innerhalb des zweiten Bereiches.

9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Schritt des Veränderns der Hammergeschwindigkeit außerdem den Schritt des Erreichens der Anschlaggeschwindigkeit und deren Aufrechterhaltung bis zum Anschlagen des Hammers an die Walze umfaßt.

10. Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Schritt des Veränderns der Hammergeschwindigkeit weiterhin die Schritte des Verringerns der Hammergeschwindigkeit auf die Anschlaggeschwindigkeit nach dem Zurückstellen und den Schritt des Aufrechterhaltens der Anschlaggeschwindigkeit bis zum Anschlagen des Hammers an die Walze umfaßt.