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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines Druckernadel- kopfes durch Verformen des einen Endes einer drahtförmigen Druckernadel.
Hochgeschwindigkeitsdruckvorrichtungen, wie sie in grossem Umfang in Datenverarbeitungsan- lagen verwendet werden, arbeiten hauptsächlich mit Aufschlagmatrixdruckern. Bei dieser Art von Druckern wird jedes zu druckende Zeichen durch eine Vielzahl von einzeln angeschlagenen
Punkten zusammengesetzt. Zu diesem Zweck wird ein Matrixdruckkopf verwendet, in dem eine
Vielzahl von Druckernadeln geführt ist, wobei die Nadeln selektiv in geeigneten Gruppen je nach der Art des zu druckenden Zeichens in axialer Richtung gegen ein Farbband gestossen werden und damit das gewünschte Zeichen abbilden. Zum Aufbringen der axialen Stosskräfte wird in der Regel mittelbar oder unmittelbar ein elektromagnetischer Antrieb verwendet.
Um die einzelnen Druckernadeln gut anschlagen zu können, müssen diese am anschlagseitigen
Ende eine geeignete Anschlagkappe aufweisen, meistens in Form eines auf dem Drahtende sitzenden
Kunststoffteiles. Eine wichtige Voraussetzung dabei ist die gute Verankerung der Druckernadel in der Kunststoffkappe. Zu diesem Zweck wird durch Verformen eines Endes der Druckernadel ein Kopf angeformt, der dann mit dem Kunststoffteil, z. B. durch Umspritzen oder Verkleben, fest verbunden wird. Als Materialien für Druckernadeln werden in erster Linie hochverschleissfeste
Werkstoffe wie Hartmetall, gewisse Stahllegierungen und vor allem Wolfram verwendet. Auf Grund der in der Regel nicht sehr grossen Elastizität dieser Materialien sollte eine zu grosse Durchbiegung der Druckernadeln vermieden werden.
Eine gewisse Durchbiegung ist nicht zu vermeiden, da die Druckernadeln am druckenden Ende eng aneinanderliegend im Druckkopf geführt sind, während sie am anschlagseitigen Ende auf Grund der Anschlagkappe einen vergrösserten Abstand aufweisen.
Um eine zu starke Durchbiegung der Druckernadeln bzw. eine zu grosse Länge der Druckernadeln, die der angestrebten Miniaturisierung der Druckerköpfe entgegensteht, zu vermeiden, sollte der Durchmesser der Anschlagkappe und damit auch des Druckernadelkopfes möglichst klein gehalten werden.
Bei bekannten Ausführungen von Druckernadeln wird beispielsweise das eine Ende der
Druckernadel mit einer schweineschwanzförmigen Schleife versehen und der derart gebildete
Druckernadelkopf mit der Anschlagkappe aus Kunststoff umspritzt. Die schweineschwanzförmige
Schleife, die in einer Ebene senkrecht zur Druckernadelachse verläuft, ergibt zwar eine gute Verankerung der Druckernadel in der Anschlagkappe. Das Formen der schweineschwanzförmigen
Schleife erfolgt aber bisher aus fertigungstechnischen Gründen derart, dass der Übergang vom Nadelschaft zur Schleife eine rechtwinkelige Biegung mit kleinem Biegeradius aufweist. Dieser Übergang stellt eine Schwachstelle dar, der im Betrieb auf Grund der hohen mechanischen Beanspruchungen durch Materialermüdung häufig zu einem Bruch dieser Art von Druckernadeln führt.
Darüber hinaus kann der kleinstmöglich herstellbare Aussendurchmesser dieser schweineschwanzförmigen Schleife aus werkzeugtechnischen Gründen nicht kleiner als etwa das Sechsfache des Drahtdurchmessers werden, wodurch der Druckernadelkopf insgesamt sehr gross wird.
Angesichts der genannten Schwierigkeiten wurden andere Lösungen für die Ausgestaltung der Anschlagenden von Druckernadeln gesucht. In der DE-OS 2949233 ist eine Druckernadel beschrieben, an deren Ende, z. B. mittels Laser, ein kugelförmiger Kopf angeschmolzen ist. Dieser Kopf, der dann mit einer Anschlagkappe aus Kunststoff umhüllt wird, kann zwar relativ klein, d. h. im Bereich des 2- bis 4fachen des Drahtdurchmessers hergestellt werden. Nachteilig ist jedoch, dass durch das Aufschmelzen der Druckernadel in der Regel gewisse Gefügeänderungen im Material auftreten, die die Festigkeitseigenschaften ungünstig verändern. Vor allem bei Druckernadeln aus Wolfram führt eine Rekristallisation des Materials zu nachteiligen Eigenschaften.
Die AT-PS Nr. 184432 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von Schrauben aus einem metallischen Rundstab. Zur Anformung des Schraubenkopfes wird der Rundstab von Klemmbacken umfasst, die konische Ausnehmungen aufweisen. Das überstehende Ende des Rundstabes wird durch einen Stempel in diese als Matrize dienenden, konischen Ausnehmungen der Klemmbacken gepresst und damit ein kegelförmiger Schraubenkopf geformt.
Aus der CH-PS Nr. 374908 ist es bekannt, dass ein Pressstempel in einer zylindrischen Hülse geführt wird, die unmittelbar in einen kegelförmigen Abschnitt der Matrizenform übergeht.
Die DE-PS Nr. 129475 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von Kernnägeln, bei denen
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ein Ende des Nagelstiftes rechtwinkelig abgebogen, um die Längsachse des Stiftes herumgewunden und dann durch Pressen oder Schmieden zu einem Nagelkopf verformt wird.
Aus der DE-OS 1652854 ist es ersichtlich, dass zur Anformung eines Kopfes an Bolzen oder
Schrauben, das von einem Spannbacken überstehende Ende des Bolzens innerhalb einer Matrize mit Hilfe eines Pressstempels umgeformt wird, wobei der Umformvorgang mit einem leichten Knicken des Bolzenendes eingeleitet wird.
Allen diesen Vorveröffentlichungen ist gemeinsam, dass das Ende eines draht- oder bolzenförmi- gen Abschnittes unter Veränderung des Querschnittes so umgeformt wird, dass ein massiver Kopf entsteht. Ein derartiger Umformvorgang ist mit einer bedeutenden Gefügeänderung des Ausgangsmate- rials verbunden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstel- lung eines Druckernadelkopfes durch Verformen eines Drahtendes der Druckernadel zu schaffen, bei dem Schwachstellen am Übergang zwischen Nadelschaft und Nadelkopf vermieden werden, bei dem der Aussendurchmesser des Nadelkopfes lediglich etwa das Dreifache des Nadelschaftdurch- messers beträgt, bei dem herstellungsbedingte Gefügeänderungen des Nadelmaterials weitgehend vermieden werden und bei dem eine gute, sichere Verankerung der Druckernadel in einer Anschlag- kappe aus Kunststoff gewährleistet ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die Druckernadel in an sich bekannter Weise derart in ein Haltefutter eingespannt wird, dass ein Drahtabschnitt definierter
Länge übersteht und dass dieser Drahtabschnitt unter einem axial gegen das Drahtende gerichteten
Druck eines Pressstempels in einer Matrize mit in etwa kegelförmiger Innenausnehmung zu einer räumlichen Spirale verformt wird, wobei die Matrize den Drahtabschnitt zumindest in einem an den eingespannten Bereich angrenzenden Längsbereich umschliesst.
Durch Anwendung dieses Verfahrens ergibt sich ein reproduzierbarer Nadelkopf in Form einer räumlichen Spirale mit einem maximalen Aussendurchmesser der nur etwa das Dreifache des Drahtdurchmessers beträgt. Dadurch, dass der Nadelkopf nicht ausschliesslich in der Ebene senkrecht zur Druckernadelachse verläuft, sondern dass der Übergang vom Nadelschaft zum Drucker- nadelkopf entlang des Kegelmantels entsprechend der kegeligen Form erfolgt, wobei sich die
Biegeradien durch die freie Verformung ergeben, werden bruchgefährdete Schwachstellen auf
Grund zu kleiner Biegeradien vermieden. Die räumliche Spirale entsteht zentrisch zum Nadelschaft, trotzdem ergibt sich durch die spezielle Kopfform eine gewisse Unwucht, die das Rotieren der
Nadel im Matrixdruckkopf bei einer hohen Druckfrequenz verhindert.
In einer vorteilhaften Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens besteht die Matrize in an sich bekannter Weise aus einem Spannfutter für die Druckernadel mit Formbacken, die eine kegelige Ausnehmung begrenzen.
Des weiteren hat es sich bei der Vorrichtung als vorteilhaft erwiesen, wenn die Stirnseite des Pressstempels eine aussermittige kegelförmige Vertiefung aufweist. Das Druckernadelende wird dadurch beim Pressvorgang mit einer gewissen Biegung eingefädelt, wodurch das definierte Ausknicken des freien Drahtendes begünstigt wird.
Ebenso ist es vorteilhaft für die Vorrichtung, wenn der Pressstempel in an sich bekannter Weise in einer zylindrischen Hülse geführt ist, die stufenlos in die kegelige Innenausnehmung der Matrize einmündet. Auf diese Weise wird erreicht, dass das freistehende Nadelende beim Zusammenstauchen durch den Stempel am Ausknicken über den gewünschten Enddurchmesser des spiralenförmigen Nadelkopfes hinaus gehindert wird.
Die Erfindung wird an Hand der Zeichnungen näher erläutert. Fig. 1 zeigt im Schnitt eine prinzipielle Ausbildung der Vorrichtung zur Ausübung des erfindungsgemässen Verfahrens, Fig. 2 ist die Seitenansicht eines erfindungsgemäss hergestellten Druckernadelkopfes in starker Vergrösserung, Fig. 3 ist die Draufsicht des Druckernadelkopfes nach Fig. 2.
In Fig. 1 ist eine Druckernadel --1-- dargestellt, die durch zwei Formbacken --2-- festgehal- ten wird. Das obere Ende dieser Formbacken ist mit einer kegelförmigen Ausnehmung --4-versehen. Die Druckernadel ist so in den Formbacken eingespannt, dass sich ein vom Durchmesser
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--4-- abhängigersche Hülse konzentrisch angeordnet, die mit ihrer Innenbohrung stufenlos in die kegelige
Form --4-- übergeht. In der Hülse ist der Stempel --6-- eines Presswerkzeuges geführt, der eine zu einer Stirnfläche etwas aussermittig angeordnete kegelige Vertiefung --7-- aufweist.
Erfindungsgemäss wird der überstehende Drahtabschnitt --3-- durch den Pressstempel --6-- in die kegelförmige Ausnehmung --4-- der Formbacken --2-- gepresst. Durch die aussermittige Vertie- fung --7-- an der Stirnseite des Pressstempels wird das Ausknicken des freien Drahtes besonders begünstigt. Die Hülse-S-verhindert ein Ausknicken der entstehenden Spirale über den gewünsch- ten maximalen Enddurchmesser des Druckernadelkopfes hinaus.
Die Fig. 2 und 3 zeigen in Seitenansicht, und in Draufsicht, die durch das erfindungsgemässe
Verfahren gebildete spiralförmige Kopfform einer Druckernadel in starker Vergrösserung.
Es ist insbesondere zu erkennen, dass sämtliche Biegeradien, die sich durch Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens ergeben, durch eine im wesentlichen freie Verbiegung des
Drahtes relativ gross sind. Es entsteht kein scharfer Knick am Übergang zwischen Nadelschaft und -kopf, so dass eine Bruchgefährdung an dieser Übergangsstelle vermieden wird.
Der maximale Aussendurchmesser des Nadelkopfes kann bis auf das Dreifache des Drahtdurch- messers abgesenkt werden, ohne dass sich zu Knicken neigende Biegeradien am Nadelkopf ergeben.
Durch eine Veränderung der Länge des überstehenden Drahtabschnittes und Veränderung der kegeligen Ausnehmung, lassen sich in gewissen Grenzen in Abhängigkeit vom Drahtdurchmesser der Druckernadel bestimmte Variationen in der Kopfform des Druckerdrahtes erzielen. In der
Praxis hat es sich als optimal herausgestellt, wenn die Länge des überstehenden Drahtabschnit- tes --3-- in etwa das Achtfache des Drahtdurchmessers beträgt. Je dünner der Draht, desto steiler kann die kegelförmige Ausnehmung --4-- ausgebildet sein. Bei der am häufigsten verwende- ten Druckernadel mit einem Durchmesser von 0,35 mm hat sich z.
B. eine kegelförmige Ausnehmung mit einer Kegelsteigung von zirka 300 bewährt. Der Durchmesser der Grundfläche der kegelförmigen
Ausnehmung in der Form sollte den dreifachen Durchmesser des Nadeldrahtes nicht überschreiten.
Nach der spiralförmigen Ausbildung des Druckernadelkopfes wird dieser zur Ausbildung einer entsprechend formstabilen Anschlagkappe auf bekannte Weise mit einem Kunststoffteil umge- ben. Durch die spezielle Ausgestaltung des Druckernadelkopfes ergibt sich eine optimale Verbindung zwischen Kunststoffteil und Druckernadeldraht. Ein Bruch der Druckernadel durch herstellungsbe- dingte Schwachstellen tritt nicht mehr auf.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung eines Druckernadelkopfes durch Verformen des einen Endes einer drahtförmigen Druckernadel, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckernadel (1) in an sich bekannter Weise derart in ein Haltefutter eingespannt wird, dass ein Drahtabschnitt (3) definierter Länge übersteht und dass dieser Drahtabschnitt (3) unter einem axial gegen das Drahtende gerichteten Druck eines Pressstempels (6) in einer Matrize mit in etwa kegelförmiger Innenausnehmung (4) zu einer räumlichen Spirale verformt wird, wobei die Matrize den Drahtabschnitt (3) zumindest in einem an den eingespannten Bereich angrenzenden Längsbereich umschliesst.