DE69811247T2 - Druckerschlittenbuchse - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Druckerwagenhülse, die zur Verwendung in Verbindung mit einem Großplotterwagen, der quer über das Druckmedium hin- und hergeschoben wird, geeignet ist.
• In dem US-Patent 5,332,321 sind Hülsen dieses Typs offenbart und werden die daran gestellten und miteinander in Konflikt stehenden Entwurfsanforderungen erörtert. Hülsensysteme mit einer hohen Toleranz erfordern Materialien, die in bezug auf ihre Abmessungen stabil, d. h. starr sind, wie beispielsweise Metalle, diese weisen üblicherweise jedoch einen hohen Reibungskoeffizienten auf und sind im Gebrauch relativ geräuschvoll. Hülsensysteme, die zum Zweck einer verringerten Reibung aus gleitfähigen Materialien, beispielsweise Kunststoffen, hergestellt sind, sind jedoch in der Regel in bezug auf ihre Abmessungen instabil, insbesondere bei relativ schweren Wagen und den damit zusammenhängenden verstärkten Kräften, die ausgeübt werden. Dies kann zu einer unerwünschten Bewegung des Wagens an der Stange, an der er angebracht ist, führen. Es wurden kleine Bewegungen festgestellt, die die Druckqualität beeinträchtigen, indem sie die Tropfen auf dem Papier falsch positionieren. Der Grund hierfür sind einerseits die Zwischenräume zwischen dem Wagen und der Hülse und andererseits die elastische Verformung der Hülsen sowie eines Teils des Wagens, der sich in Kontakt mit denselben befindet.
• Mit zunehmender Größe von Drucker-Plotter-Systemen nehmen die physischen Lasten, die den Hülsen durch wiederholte Richtungsänderungen bei einer hohen Geschwindigkeit auferlegt werden, beträchtlich zu. Ferner wird das Geräuschproblem zu einem wichtigen Faktor.
• In der US-Patentschrift 5,346,320 ist eine Hülsenauskleidung offenbart, die ein geformtes Gemisch aus Kohlenstoff, Teflon und Nylon aufweist.
• Sowohl in der US-Patentschrift 5,332,321 als auch der US- Patentschrift 5,348,404 sind Hülsen offenbart, die aus gesinterter Bronze hergestellt sind.
• Die vorliegende Erfindung ist darauf ausgerichtet, eines oder mehrere der oben erwähnten Probleme zu überwinden oder abzumildern.
• Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Drucker-Plotter-Vorrichtung vorgesehen, die einen Wagen aufweist, der für eine horizontale Schiebebewegung an mindestens einer Stange angebracht ist, wobei der an der oder jeder Stange angebrachte Wagen mindestens eine Hülse aufweist, die einen allgemein teil-ringförmigen Querschnitt und ein starres Material aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse ferner einen oder mehrere Abschnitte eines gleitfähigen Materials aufweist, von denen mindestens einer zumindest einen Teil der Innenoberfläche der Hülse bildet, wobei das gleitfähige Material von dem starren Material verschieden ist.
• Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Hülsenauskleidung für einen Druckerwagen vorgesehen, die einen allgemein teil-ringförmigen Querschnitt und ein starres Material aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülsenauskleidung ferner einen oder mehrere Abschnitte eines gleitfähigen Materials aufweist, von denen mindestens einer zumindest einen Teil der Innenoberfläche der Hülsenauskleidung bildet, wobei das gleitfähige Material von dem starren Material verschieden ist.
• Vorteile der obigen Hülse bestehen darin, daß die relativ starren Teile einen Widerstand gegenüber den Auswirkungen von hohen dynamischen Kräften sowie eine hohe Genauigkeit und somit eine gute Druckqualität liefern, wohingegen die relativ gleitfähigen Teile eine niedrige Reibung und Geräuscharmut liefern.
• Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen lediglich beispielhaft beschrieben. Es zeigen:
• Fig. 1 eine Schnittansicht eines Plotterwagens, der eine Hülse gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beinhaltet;
• Fig. 2 eine vergrößerte perspektivische Ansicht der allgemein C-förmigen Hülsenauskleidung der Fig. 1;
• Fig. 3, 4 und 5 End-, Drauf- bzw. Rückansichten der Hülsenauskleidung;
• Fig. 6 und 7 weitere vergrößerte Endansichten der Kunststoffeinlagen der Hülse;
• Fig. 8 eine Ansicht einer der Einlagen, von dem Inneren der C-Form betrachtet;
• Fig. 9 und 10 Ansichten, die den Fig. 4 und 5 der Hülsenauskleidung ohne die Kunststoffeinlagen entsprechen;
• Fig. 11 und 12 die jeweiligen Teile der Hülsenauskleidung zum Aufnehmen der Einlagen der Fig. 6 und 7; und
• Fig. 13 eine Schnittansicht eines Plotterwagens gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
• Fig. 1 zeigt einen Druckerwagen 10, der für eine Schiebebewegung an einer Schiebestange 12 angebracht ist, die fest an einem Hauptrahmen 18 des Druckers befestigt ist. Der Wagen definiert eine Apertur 14, die angeordnet ist, um eine allgemein teil-kreisförmige oder C-förmige Hülsenauskleidung 20 aufzunehmen.
• Die Hülsenauskleidung 20 weist einen Körper 21 aus gesintertem rostfreiem Stahl mit zwei bearbeiteten Abschnitten 22, 23 zum Aufnehmen jeweiliger Einlagen 24, 25 aus einem Kunststoffmaterial auf, die durch ein Spritzgußverfahren aufgebracht sind. Das Kunststoffmaterial besteht vorzugsweise aus 80% POM (Polyoxymethylen oder Acetal), 10% PTFE und 10% Aramidfaser, obwohl die Gewichtsanteile von den gezeigten Werten abweichen können.
• Der Metallkörper 21 weist drei relativ dicke Abschnitte 31, 32, 33 auf, die sich entlang der gesamten Länge "1" der Auskleidung 20 erstrecken. Die Länge "1" beträgt vorzugsweise 15 mm. Der Abschnitt 31 ist mittels eines relativ dünnen Verbindungsstegs 34 einstückig mit dem Abschnitt 32 verbunden. Wie in Fig. 4 und 9 zu sehen ist, erstreckt sich der Steg 34 nicht bis zu den Enden der Auskleidung, sondern ist durch eine Entfernung "k" von denselben beabstandet. Dies ermöglicht, daß die Kunststoffeinlage 24 fest mit dem Steg in Eingriff kommt, wenn sie mittels Spritzguß in ihrer Position angebracht wird.
• Auf ähnliche Weise ist der Abschnitt 32 mittels eines Stegs 35, der der Position der Einlage 25 entspricht, einstückig mit dem Abschnitt 33 verbunden. Die Innenoberflächen der Abschnitte 31, 32 und 33 bilden einen Teilkreis eines gleichmäßigen Radius "r".
• Um zu gewährleisten, daß die Auskleidung 20 schnell und präzise in die Wagenapertur 14 eingefügt werden kann, ist ihre äußere Form asymmetrisch. Wie in Fig. 3 und 4 gezeigt ist, liegt somit ein kurzer Endabschnitt einer peripheren Erstreckung "p" vor, gefolgt von einem geraden Längenabschnitt "q", der sich etwas über beide Enden des Steges 34 hinaus erstreckt. Dann folgt ein bogenförmiger Abschnitt einer Bogenlänge "s", der einem ersten Teil des Abschnitts 32 entspricht.
• Es folgen dann zwei gerade Abschnitte einer Länge "t" und "v", die sich in dem Steg 35 treffen, wie in Fig. 5 gezeigt ist. Somit weist der Steg 35 in einer mittigen Region desselben eine abgewinkelte Biegung 36 auf. Der zweite dieser geraden Abschnitte ist mittels eines abfallenden Absatzes 37 mit einem abschließenden bogenförmigen Abschnitt einer Bogenlänge "w" verbunden, was ermöglicht, daß der abschließende Abschnitt eine verringerte Dicke aufweist.
• Die Wagenapertur 14 weist eine innere Form auf, die der äußeren Form der Auskleidung 20 entspricht, so daß es lediglich eine Ausrichtung gibt, in der die Auskleidung in die Apertur paßt.
• Dank der Form des Steges 35 weist die Einlage 25 die allgemeine Form eines abgeflachten Keils auf, so daß gerade Seitenoberflächen 45 der Auskleidung ausreichend sind, um beim Anbringen derselben an Ort und Stelle behilflich zu sein. Zusätzlich dazu weist die radial innere Oberfläche des Stegs 35 eine schwalbenschwanzförmige Ausnehmung 73, Fig. 12, auf, um die mittige Region der Einlage 25, die hier eine verringerte Dicke aufweist, weiter zu befestigen.
• Da die Einlage 24 in einem geraden Abschnitt der Hülsenauskleidung liegt, weisen die Seitenoberflächen 55 der Auskleidung eine konkave Form auf, um eine Rückhaltung zu unterstützen. Wie schon der Steg 35 weist auch der Steg 34 eine schwalbenschwanzförmige Ausnehmung 74 auf, um die Einlage 24 weiter zu befestigen.
• Als weitere Unterstützung einer Rückhaltung weist die mittige Region jeder Einlage auf der Innenseite der C-Form eine verringerte umfangsmäßige Erstreckung auf. Wie in Fig. 8 gezeigt ist, weist die Innenoberfläche der Einlage 25 somit zwischen ihren Enden 57 gegenüberliegende Ausnehmungen 56 auf.
• Die Innenoberflächen der Einlagen 24, 25 bilden Bögen eines Kreises eines gleichmäßigen Radius, der gleich dem Radius "r" der Metallabschnitte 31, 32, 33 oder etwas geringer ist als derselbe. Somit sind die Einlagen bündig mit dem Rest der Innenoberfläche oder stehen leicht über denselben vor.
• Der an der Mitte des Kreises zwischen Linien, die durch die Mitten der Einlagen verlaufen, aufgespannte Winkel beträgt 115º. Der Winkel zwischen der Mitte der Einlage 24 und dem nähergelegenen Ende der C-Form beträgt 27º. Der Winkel zwischen der Mitte der Einlage 25 und dem nähergelegenen Ende der C-Form beträgt 92º. Somit beträgt der Winkel, der an der Mitte des Kreises zwischen Linien zu den beiden Enden der C-Form aufgespannt ist, 126º.
• In einer allgemein mittigen Region der Innenoberfläche jeder Einlage sind zwei Rippen 60 angeordnet, die mit dem Kunststoffmaterial der Einlagen einstückig gebildet sind. Die oberen Oberflächen 61 der Rippen sind angeordnet, um im Gebrauch auf der Stange 12 verschoben zu werden und sind dementsprechend dimensioniert. Insbesondere sind die Oberflächen 61 präzise und bilden Bögen eines Kreises, der dieselbe Mitte und denselben Durchmesser aufweist wie die Schiebestange 12. Die Rippen erstrecken sich radial nach innen über die Innenoberflächen der Abschnitte 31, 32 und 33 hinaus, so daß lediglich Kunststoffmaterial mit der Stange 12 in Berührung kommt.
• Die Außenoberflächen der Einlagen 24, 25 sind in bezug auf die benachbarte Außenoberfläche des jeweiligen Stegs 34, 35 um Entfernungen "a" und "b" etwas vertieft, wie in Fig. 6 und 7 gezeigt ist.
• Während des Zusammenbaus des Druckers/Plotters wird die Auskleidung 20 von einem Ende längs in die Apertur oder den Sockel 14 eingefügt und in dieser Position befestigt. Die Auskleidung 20 wird dann von einem Ende längs über die Stange 12 bewegt. Eine Endanschlagseinrichtung ist positioniert, um es dem an der Auskleidung 20 angebrachten Wagen zu ermöglichen, zwischen denselben hin- und hergeschoben zu werden. Während einer solchen Bewegung sind die einzigen Trägerpunkte des Wagens die oberen Oberflächen 61 der Rippen 60.
• Fig. 13 zeigt einen Druckerwagen 110 für eine Schiebebewegung an Schiebestangen 12, 113, die an dem Hauptrahmen 18 eines Druckers befestigt sind. Der Wagen definiert eine vordere Apertur 14, die angeordnet ist, um eine Hülsenauskleidung 20 gemäß der vorliegenden Erfindung aufzunehmen, und eine hintere Halterung 115, die angeordnet ist, um eine herkömmliche Hülsenauskleidung 120 aufzunehmen. An den Berührungspunkten der Hülse 20 entstehen Kräfte F&sub1; und F&sub2;, und an den Berührungspunkten der Hülse 120 entstehen Kräfte F&sub3; und F&sub4;.
• Auf herkömmliche Weise ist zwischen dem Wagen 110 und der hinteren Hülse 120 eine Vorspannfeder 116 vorgesehen. Der Hauptzweck dieser Feder besteht darin, in der x-Richtung eine horizontale Kraft FP zu erzeugen, die die Tendenz des Wagens, sich um eine vertikale Achse (d. h. die y-Richtung) zu drehen, verringert.
• Die oben beschriebenen Anordnungen weisen zahlreiche Vorteile auf. Nur Kunststoffmaterial befindet sich in Kontakt mit der Stange 12, was ein Lager mit einer sehr geringen Reibung liefert. Eine Auswahl der präzisen Abmessungen und Positionen der Rippen ermöglicht, daß eine Unterstützung genau an den erforderlichen Stellen vorgesehen ist. Dies weist einen Vorteil im Vergleich zu Anordnungen auf, bei denen die Stange durch flache Oberflächen oder Kontaktstellen der Innenoberfläche der Hülsenauskleidung in Eingriff genommen ist, wie in der US-Patentschrift 5,332,321 offenbart ist, da die präzisen Berührungspositionen ermittelt werden können, was zu einer erhöhten Genauigkeit und einer geringeren Vibration führt.
• Das Verhalten des Lagers wird durch die definitive Position der in bezug auf ihre Abmessungen stabilen metallischen Teile der Auskleidung 20 in der Apertur 14 unterstützt. Die präzise Dimensionierung der metallischen Teile der Auskleidung 20 und die genaue Einpreßpassung mit der Apertur 14 machen die Baugruppe zuverlässig. Die Starrheit der metallischen Teile hält starken Kräften stand, die an den Kontaktpositionen entstehen, so daß keine Verformungen und keine nachteiligen Auswirkungen auf die Druckqualität vorliegen. Da sich jedoch nur Kunststoffteile in Kontakt mit der Stange 12 befinden, ist die Anordnung sehr leise.
• Die Auswahl des Winkels, der an der Mitte der Schieberstange durch die Linien, die durch die Kontaktpositionen der Einlagen verlaufen, aufgespannt ist, weist den Vorteil auf, daß er die Anforderungen, die durch die zahlreichen Lasten, die der Wagenanbringung auferlegt werden, gestellt werden, erfüllt.
• Bei dem Wagen der Fig. 13 müssen beispielsweise sowohl statische als auch dynamische Kräfte betrachtet werden. Als statische Kräfte muß man das Gewicht des Wagens und des Druckkopfes sowie jeglicher anderer Komponenten, die sich starr mit denselben bewegen, die Kräfte, die durch jegliche an dem Druckkopf befestigte Tintenvorratsröhren ausgeübt werden, und die Wirkung der Vorspannfeder 116 berücksichtigen. Mit einer Bewegung und Beschleunigung des Wagens wird das Kraftsystem durch die verschiedenen Trägheitskräfte verkompliziert. Der Zweck der Berührungspunkte der Hülsenauskleidungen besteht darin, das System jederzeit so stabil wie möglich zu machen. Unter den zu berücksichtigenden dynamischen Kräften befinden sich die Reibungskräfte und die Momente, die durch die Tintenvorratsröhren ausgeübt werden, und die Reibungskräfte in bezug auf die Schieberstangen (die ferner senkrecht zu dem Papier gerichtet sind). Es besteht auch die oben erwähnte Tendenz, daß sich der Wagen in der y-Richtung dreht. Obwohl die Vorspannfeder 116 dieser Tendenz entgegenwirken kann, können an der hinteren Hülse übermäßige Reibungskräfte auftreten.
• Dadurch, daß der Winkel zwischen den Berührungspunkten der Hülse 20 auf einen anderen Wert als 90º eingestellt wird, ist es möglich, daß die Kraft F&sub2; eine Komponente in der horizontalen Richtung (d. h. entlang der X-Achse) aufweist, um denselben stabilisierenden Effekt wie die Vorspannfeder einzubringen, jedoch ohne zusätzliche Reibungseffekte an der hinteren Hülse. Der Winkel zwischen den Berührungspunkten liegt vorzugsweise im Bereich von 100º bis 165º und stärker bevorzugt im Bereich von 110º bis 130º. Diese Art und Weise, Stabilität zu erzielen, ist sicherer und flexibler als eine Verwendung lediglich der Feder 116. Ähnliche Überlegungen gelten in bezug auf Wagen, die eine einzige Schieberstange aufweisen, wie bei Fig. 1.
• An den oben beschriebenen Anordnungen können verschiedene Modifikationen durchgeführt werden. Insbesondere die Größe, Position und Anzahl der Kunststoffeinlagen kann nach Wunsch gewählt werden. Insbesondere kann eine einzige verlängerte Kunststoffeinlage mit zwei beabstandeten Paaren von Rippen 60, die die Berührungspositionen mit der Stange 12 bilden, vorliegen. Falls gewünscht, kann das Kunststoffmaterial die gesamte Innenoberfläche des Metallmaterials bedecken.
• Ferner können die Anzahl, Größe, Trennung und Position der Rippen 60 auf der oder jeder Einlage nach Wunsch ausgewählt werden. Vorzugsweise weist jede Einlage zwei, drei oder vier Rippen auf. Ferner kann die Länge einer oder mehrerer der Rippen geringer sein als die Länge "1" der Auskleidung. Manche oder alle Rippen können sich in einer Umfangsrichtung erstrecken. Falls gewünscht, können die Rippen vollständig weggelassen werden, wobei in diesem Fall die Gesamtheit der leicht erhöhten Innenoberfläche der oder jeder Einlage die Stange 12 berührt.
• Die Einlagen 24, 25 können sich durch die Dicke der Auskleidung 20 zu einer beliebigen gewünschten Erstreckung erstrecken, von lediglich einem kleinen Anteil bis zu im wesentlichen der gesamten Dicke derselben.
• Die äußere Form der Auskleidung kann teil-kreisförmig oder polygonal sein oder eine beliebige geeignete Kombination von gekrümmten und geraden Abschnitten umfassen.
• Statt vor Ort spritzgegossen zu werden, können die Einlagen vorgeformt und dann in die richtige Position plaziert werden.
• Rostfreier Stahl ist in Hinsicht auf seine hohe Beständigkeit gegenüber Verformung das bevorzugte Material für den Körper 21. Jedoch können auch Bronze oder andere Metalle verwendet werden, falls gewünscht.
• Der Druckerwagen kann je nach Bedarf durch eine oder mehrere Hülsenauskleidungen 20 getragen werden, und die Länge "1" jeder Auskleidung wird durch die zu tragende Last bestimmt. Wie in Fig. 13 gezeigt ist, ist für bestimmte Drucker und Plotter eine Mehrzahl von Schieberstangen 12 vorgesehen, von denen jede eine oder mehrere Auskleidungen 20 aufweist.
• Zwischen dem Druckerwagen 10 und der oder jeder Auskleidung 20 kann ein zusätzliches Hülsengehäuse vorgesehen sein.
• Bei einer alternativen Anordnung können Rillen direkt in den Wänden der Apertur 14 des Druckerwagens vorgesehen sein, wobei die Kunststoffeinlagen dann in diesen Rillen angeordnet sind. Jedoch ginge hier der Vorteil verloren, in der Lage zu sein, (für den Körper 21) ein anderes Material auszuwählen als das Material des Druckerwagens.
• Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 13 kann die hintere Hülse 120 statt oder zusätzlich zu der vorderen Hülse gemäß der vorliegenden Erfindung ausfallen. Ferner kann die Richtung der entstehenden Kräfte so angeordnet sein, daß auf die Vorspannfeder 116 verzichtet werden kann.

Claims (12)

1. Eine Drucker-Plotter-Vorrichtung, die einen Wagen (10; 110) aufweist, der für eine horizontale Schiebebewegung an mindestens einer Stange (12) angebracht ist, wobei der an der oder jeder Stange angebrachte Wagen mindestens eine Hülse (20) aufweist, die einen allgemein teil-ringförmigen Querschnitt und ein starres Material aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse ferner einen oder mehrere Abschnitte (24, 25) eines gleitfähigen Materials aufweist, von denen mindestens einer zumindest einen Teil der Innenoberfläche der Hülse bildet, wobei das gleitfähige Material von dem starren Material verschieden ist.

2. Eine Hülsenauskleidung (20) für einen Druckerwagen (10; 110), die einen allgemein teil-ringförmigen Querschnitt und ein starres Material aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülsenauskleidung (20) ferner einen oder mehrere Abschnitte (24, 25) eines gleitfähigen Materials aufweist, von denen mindestens einer zumindest einen Teil der Innenoberfläche der Hülsenauskleidung bildet, wobei das gleitfähige Material von dem starren Material verschieden ist.

3. Eine Hülsenauskleidung (20) gemäß Anspruch 2, bei der das starre Material ein metallisches Material und das gleitfähige Material ein Kunststoffmaterial ist.

4. Eine Hülsenauskleidung (20) gemäß Anspruch 3, bei der die Innenoberfläche der oder jeder Kunststoffeinlage (24, 25) über die Innenoberfläche der Abschnitte (31, 32, 33) des metallischen Materials vorsteht.

5. Eine Hülsenauskleidung (20) gemäß Anspruch 4, bei der die Innenoberfläche der oder jeder Kunststoffeinlage (24, 25) eine oder mehrere Rippen (60) aufweist.

6. Eine Hülsenauskleidung (20) gemäß einem der Ansprüche 3 bis 5, bei der das Kunststoffmaterial bei einem Spritzgußvorgang auf das metallische Material aufgebracht wird, wobei das metallische Material Rillen (22, 23) aufweist, die geformt sind, um das Kunststoffmaterial nach der Einspritzung zurückzuhalten.

7. Eine Hülsenauskleidung (20) gemäß Anspruch 6, bei der die Rillen (22, 23) schwalbenschwanzförmige Ausnehmungen (73, 74) beinhalten.

8. Eine Hülsenauskleidung (20) gemäß einem der Ansprüche 3 bis 7, wobei die Außenoberfläche der Hülsenauskleidung eine Mehrzahl von auf asymmetrische Weise angeordneten flachen und/oder gekrümmten Abschnitten aufweist.

9. Eine Hülsenauskleidung (20) gemäß Ansprüchen 6 und 8, bei der mindestens eine der Einlagen (24) gänzlich in einem flachen Abschnitt der Hülsenauskleidung angeordnet ist, wobei die Seitenoberflächen (55) der jeweiligen Rille (22) eine konkave Form aufweisen.

10. Eine Hülsenauskleidung (20) gemäß einem der Ansprüche 2 bis 4, bei der die Abschnitte (24, 25) des gleitfähigen Materials eine oder mehrere Rippen (60) aufweisen.

11. Eine Hülsenauskleidung (20) gemäß Anspruch 10, bei der die Rippen (60) in umfangsmäßig beabstandeten Sätzen angeordnet sind.

12. Eine Hülsenauskleidung (20) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Innenoberfläche der Hülse zwei umfangsmäßig beabstandete Positionen für einen Kontakt mit der Stange definiert, wobei die Positionen einen Winkel von zwischen 100º und 165º aufspannen.