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Typenhebelantrieb für elektrische Schreib- und ähnliche Maschinen
Die Erfindung betrifft einen Typenhebelantrieb für elektrische Schreib- und ähnliche
Maschinen, der im wesentlichen aus einer allen Typenhebeln zugeordneten, elektromagnetisch
betätigbaren Anschlagschiene besteht, wobei jeder Typenhebel für seine Feststellung
in der Ruhelage mit einer Sperrvorrichtung zusammenwirkt.
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Ein so ausgebildeter Hebelantrieb ist seit etwa 4 Jahrzehnten bekannt.
Durch Niederdrücken des Tasthebels wird ein diesem zugeordneter Elektromagnet erregt
und löst die Sperrvorrichtung für den zugeordneten Typenhebel. Gleichzeitig wird
die sämtlichen Typenhebeln gemeinsame Schlagschiene durch einen oder einige wenige
dieser zugeordneten Elektromagneten in Tätigkeit gesetzt, so daß der durch Anschlagen
des Tasthebels freigegebene Typenhebel zum Anschlag gebracht wird. Bei dieser bekannten
Ausbildung werden zahlreiche mechanische übertragungsglieder zwischen den Ankern
zur Betätigung der Typenhebel und den zugehörigen Sperrvorrichtungen sowie auch
zwischen den die Schlaggschiene betätigenden Magnetankern und der Schlagschiene
verwendet. Der die Schlaginipulse von der Schlagschiene aufnehmende Anschlag ist
außerdem mit dem von ihm betätigten Typenhebel über ein weiteres Gestänge verbunden.
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Dieser bekannte elektromagnetische Typenhebel konnte sich nicht durchsetzen.
Es sprechen vielmehr nach auch in letzter Zeit herrschender Meinung eine Reihe von
Nachteilen der Elektromagneten gegen ihre Anwendbarkeit bei Typenhebelantrieben
von Schreib- und ähnlichen Maschinen. Zu diesen Nachteilen zählen unter anderem
hohe Ansprechzeit, hoher Raumbedarf und erhebliche Wärmeentwicklung. Es kann angenommen
werden, daß diese Nachteile bei der bekannten Ausbildung eines Typenhebelantriebes
für Schreib- und ähnliche Maschinen deshalb ins Gewicht fallen, weil umfangreiche
übertragungsketten zur übertragung der Kräfte von den Elektromagneten auf die zu
betätigenden Bauteile der Schreibmaschine erforderlich sind.
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Diese Erkenntnis hat dazu geführt, daß gemäß der Erflndung ein Typenhebelantrieb
der eingangs beschriebenen Gattung freischwingend am Segment gelagerte Typenhebel
aufweist, an denen nahe ihrer Lagerachse in Hebellängsrichtung und außen
je ein abgefederter doppelarmiger Hebel gelagert ist, dessen einer Arm, der
als Anker für einen Elektromagneten ausgebildet ist, als Anschlag für die Arbeitsschiene
und dessen anderer Arm als Rastanschlag gegenüber einem Gegenanschlag am Typenhebelruhelager
dient. Zwar wird bei der bekannten Ausbildung eines Typenhebelantriebes die für
den Typenhebelanschlag erforderliche, verhältnismäßig große Energie ebenfalls von
einer gemeinsamen Kraftmagnetenanordnung für sämtliche Typenarme geliefert. Dank
der besonderen Ausbildung eines Typenhebelantriebs gemäß der Erfindung braucht jedoch
zum Unterschied von der bekannten Ausbildung die Schlagschiene bei jedem Typenhebelanschlag
nur um eine äußerst geringe Strecke bewegt zu werden, da die bei der bekannten Vorrichtung
vorhandenen zahlreichen Gelenke in der übertragungskette zum großen Teil entfallen
und die Schlagschiene ohne Belastung durch einen Typenhebel über eine Strecke beschleunigt
werden kann, bevor sie an dem Typenhebel an-reift. Dies hat zur Folge, daß die die
Schlagschiene antreibende Kraftmagnetenanordnung jeweils nur während kurzer Zeitspannen
erregt zu werden braucht. Dadurch werden die Nachteile vermieden, die bisher die
Anwendung von Elektromagneten bei Typenhebelantrieben verhinderten. Insbesondere
kann auf diese Weise die Betriebsdauer der Kraftmagnetenanordnung für die Schlagschiene
und somit ihre Wärmeentwicklung vermindert werden. Auch der Raumbedarf ist verhältnismäßig
gering.
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Da die übertragungskette zwischen dem jedem Typenhebel zuggeordneten
Magneten und der von ihm betätigten Sperreinrichtung für den zugeordneten Typenhebel
ebenfalls äußerst kurz ist, genügen auch hier Elektromagneten von geringen Abmessungen.
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Dank der beschriebenen Ausbildung des Typenhebelantriebes können die
doppelannigen Hebel, die zugleich die Sperrvorrichtungen darstellen, sehr nahe den
Polen der zugeordneten Elektromagneten angeordnet werden. In der Tat ist es möglich,
ohne
großen Aufwand an Raum die der Zahl der Typenhebel entsprechende
Anzahl von Elektromagneten nebeneinander im Segment unterzubringen.
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Bei einer praktischen Ausführungsform, die als Beispiel dienen möge,
besteht die Kraftmagnetenanordnung für den Schlagschienenantrieb aus drei Elektromagneten
von je etwa 14 mm Durchmesser und 14 bis 19 mm Länge, die mit
1050 Windungen eines lackisolierten Kupferdrahtes mit einem Drahtdurchmesser
von 0,35 mm bewickelt sind. Der Wicklungswiderstand beträgt 13 Ohm
pro Spule.
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Die drei Elektromagneten sind geometrisch derart angeordnet, daß ihre
Kraftresultierende am Schwerpunkt der halbbogenförinigen Schlagschiene angreift.
Die Arbeitshublänge der von den Kraftmagneten betätigten Schlagschiene beträgt 4
mm. Nachdem die Schlagschiene eine Strecke von 1 mm zurückgelegt hat, trifft
sie den entriegelten Typenhebel. Die Beschleunigung des letzteren erfolgt somit
innerhalb der Reststrecke von 3 mm. Zwei kräftige Rückstellfedern ziehen
die Schlagschiene nach dem Schlaghub in ihre Ruhelage zurück. Stroboskopmessungen
an der so ausgebildeten Maschine haben gezeigt, daß die Schlagschiene innerhalb
von 20 bis 25 ms ihren Arbeits- und Rückstellhub beendet. Dies bedeutet,
daß die Schlagschiene mit einer Arbeitsfrequenz von etwa vierzig bis fünfzig Anschlägen
in der Sekunde betrieben werden kann.
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Die Zeitspanne, innerhalb welcher die Elektromagneten für die Schlagschiene
erregt bleiben müssen, beträgt natürlich nur einen Teil dieser angegebenen Zeitspanne,
und Messungen mit einem spannungs- und zeitkalibrierten Präzisionsoszilloskop haben
gezeigt, daß eine maximale Anschlagkraft bei einer Steuerimpulsdauer von 12 ms erzielbar
ist. Die durchschnittliche Stromstärke in jeder Magnetspule beträgt dabei etwa
1,1 A.
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Da also diese Elektromagneten nur jeweils während der kurzen Zeitspanne
von etwa 12 ms erregt werden, ist die Wärmeentwicklung in diesen Magneten ohne praktische
Bedeutung. Im ungünstigsten Fall, nämlich bei einem Dauerbetrieb mit zehn Anschlägen
pro Sekunde (sechshundert Anschläge pro Minute) n-üt maximaler Anschlagkraft ergibt
sich folgendes Bild: Während der für die Erzielung der maximalen Anschlagkraft erforderlichen
Steuerimpulsdauer von 12 ms fließt ein Strom von durchschnittlich I, =
1, 1 A
durch jede Magnetspule. Bei einem Widerstand von R -
13 Ohm je Magnetspule ergibt sich eine durchschnittlich umgesetzte Heizleistung
je Spule wie folgt: P, = 112 - R, - d -
Fr.
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P, = 1,12 - 13 - 12 - 10-3 - 10 = 1,92 W. Diese
Heizleistung ist mit Hinblick auf die verhältnismäßig große Kühlfläche der Magnetspulen
als unbedeutend anzusehen. Dies konnte auch durch genaue Messungen der Temperaturerhöhung
in den Wicklungen der Elektromagneten für die Betätigung der Schlagschiene nachgewiesen
werden. Die Temperaturerhöhung wurde als Funktion der Zeit bei kontinuierlich zehn
Anschlägen je Sekunde von maximaler Anschlagkraft gemessen. Die Temperaturmessungen
ergaben, daß der Temperaturunterschied zwischen dem Inneren der Elektromagneten
und der Umgebung den Wert von 36' C nicht überschreiten. Es muß dabei berücksichtigt
werden, daß der Messung der ungünstigste Fall zugrunde gelegt wurde. In der Praxis
werden bei Dauerbetrieb sechshundert Anschläge je Minute auch nicht annähernd
erreicht.
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Die Elektromagneten zum Lösen der Sperreinrichtung der Typenhebel,
deren je einer jedem Typenhebel zugeordnet ist, sind mit 2500 bis
3000 Windungen eines lackisolierten Kupferdrahtes von 0,07 mm Durchmesser
bewickelt. Der Wicklungswiderstand beträgt somit etwa 250 bis 300
Ohm je
Spule. Diese Magneten sind durchwegs gleichförmig ausgebildet und nebeneinander
im Segment angebracht.
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Dank der besonderen Ausbildung eines Typenhebels gemäß der Erfindung
haben diese Elektromagneten eine nur sehr geringe Arbeit zu leisten.
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Die doppelarmigen Hebel brauchen vor der Schlagschiene lediglich über
eine Strecke von 1 mm abwärts bewegt zu werden. Diese Hebel können mit äußerst
geringer träger Masse ausgebildet werden, so daß ein nur geringfügiger Energieaufwand
ausreicht, diese Hebel aus ihrer Sperrlage in die Freigabestellung zu führen. Gleichfalls
genügt eine schwache Rückführfeder zum Rückführen der Hebel in ihre Ruhelage mit
der erwünschten Geschwindigkeit. Aus praktischen Erwägungen ist die Steuerimpulsdauer,
während welcher also die den Typenhebeln einzeln zugeordneten Magneten erregt werden,
gleich der Steuerimpulsdauer der der Schlagschiene zugeordneten Elektromagneten
und beträgt 12 ms.
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Auch für diese Gruppe von Elektromagneten wurden an einem Prototyp
einer mit dem Typenhebelantrieb gemäß der Erfindung ausgestatteten Schreibmaschine
Strom- und Spannungsmessungen vorgenommen. Er ergab sich ein Mittelwert des Stromes
durch die Spule während der Steuerimpulsdauer von 12 = 80 mA. Da die Steuerimpulsdauer
d= 12 ms und der Wicklungswiderstand RI, = 300 Ohm beträgt,
wird die durchschnittlich in Wärine umgesetzte Leistung bei der zugrunde gelegten
Impulshäufigkeit von sechshundert Anschlägen je Minute: p2 = 2 2 -R.,
- d-Fr.
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P2 = 802 - 106 - 300 - 12 - 10-3 - 10 = 0,23 W. Da die
Elektromagneten dieser Gruppe in metallischer Verbindung mit dem Typenhebelsegment
stehen, ergibt sich eine große Kühlwirkung und somit eine geringe Temperaturerhöhung.
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Auch dies wurde durch Messungen der Temperaturerhöhung als Funktion
der Zeit bestätigt, die an Magneten dieser Gruppe vorgenommen wurden. Auch diesen
Messungen wurde eine Schreibgeschwindigkeit von sechshundert Anschlägen
je Minute und eine Steuerimpulsdauer von d= 12 ms zugrunde gelegt. Diese
Messungen bestätigten, daß der Temperaturunterschied zwischen dem Inneren der Elektromagnetcn
und der Umgebung 8' C nicht übersteigt.
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Es bedurfte eines erfinderischen Wagnisses und der überwindung eines
allgemein herrschenden Vorurteils, um einen vor 40 Jahren erfolglos beschrittenen
Weg wiederaufzunehmen, und es ist überraschend, daß dieser Weg zu einer Lösung geführt
hat, die entgegen dem herrschenden Vorurteil nicht nur brauchbar, sondern besonders
vorteilhaft erscheinen muß. Die an einer Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes
unter äußerst ungünstigen Bedingungen vorgenommenen Messungen haben erwiesen,
daß
die bisher als hinderlich betrachteten Nachteile der Elektromagneten, nämlich hohe
Ansprechzeit, hoher Raumbedarf und erhebliche Wärmeentwicklung, durch eine besondere
Ausbildung des Typenhebelantriebes beseitigt werden konnten.
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Die Bestrebungen, einen elektromagnetischen Typenhebelantrieb zu schaffen,
sind bereits 4Jahrzehnte alt, und dies beweist, daß schon damals ein Bedürfnis bestand,
Fingerarbeit zur Erzeugung der Schlagimpulse einzusparen. Daß dieses Bedürfnis nicht
aufgehört hat, zu bestehen, wird dadurch bewiesen, daß später mit Erfolg elektromotorische
Typenhebelantriebe für Schreibmaschinen geschaffen wurden. Gegenüber diesen zeichnet
sich ein elektromagnetischer Typenhebelantrieb natürlich in erster Linie dadurch
aus, daß umlaufende Teile nicht vorhanden sind, die wesentlich störanfälliger sind
als die ruhenden Elektromagneten.
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Nach einem vorteilhaften Merkmal der Erflndung kann in dem gemeinsamen
Stromkreis der Elektromagneten des Schlagschienenantriebs und der Elektromagneten
der doppelarmigen Hebel dem ersteren Elektromagneten eine Zeitverzögerungseinrichtung
vorgeschaltet sein. Dies hat den Vorteil, daß mit erhöhter Sicherheit der durch
Anschlag des Tasthebels betätigte doppelannige Hebel seine für den Anschlag der
Schlagschiene bereite Stellung eingenommen hat, bevor die Schlagschiene ihn erreicht.
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In der Zeichnung ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung
dargestellt.
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F i g. 1 zeigt eine Seitenansicht eines Typenhebels mit seinem
Antrieb in der Ruhelage; F i g. 2 zeigt einen Ausschnitt aus einer Anordnung nach
F i g. 1 im entriegelten Zustand der Sperrvorrichtung; F i g. 3 zeigt
einige Typenhebel im Segment zusammen mit den Elektromagneten für den Antrieb der
Schlagschiene, im Schnitt unter rechtem Winkel zur Darstellung der F i
g. 1.
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Wie die drei Figuren erkennen lassen, ist der Typenhebel
1, der am freien Ende die Type l' trägt, bei 2 frei auf einer halbkreisförmig
gebogenen Achse schwenkbar gelagert. Die Walze 3 ist in üblicher Weise in
der Schwenkbahn der Type l' angeordnet.
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Der Typenhebel 1 ruht mit seinem langen Arm auf einem Typenhebelruhelager
4. Am kurzen Arm ist ein zweiarmiger Hebel 5 bei 5b angelenkt. Sein
rechter Arm 5 f ist zu einem Rastanschlag 5 a
ausgebildet, der in der in F i g. 1 dargestellten Ruhelage an einem Gegenanschlag
4a des Typenhebelruhelagers 4 abgestützt ist. Der andere Arm 5
e des zweiarmigen Hebels5 ist zu einem Federwiderlager5d ausgebildet, in dem
das eine Ende einer Zugfeder 8
eingehängt ist, deren anderes Ende an dem kurzen
Hebelann des Typenhebels 1 eingehängt ist. Der linke Arm des Doppelhebels
5 ist ferner zu einer Schulter 5 c ausgebildet.
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Sämtlichen Typenhebeln 1 oder gegebenenfalls je
einer
aus mehreren solchen Typenhebeln 1 bestehenden Gruppe ist eine Schlagschiene
6 zugeordnet, die bei der dargestellten Ausführungsforin im Querschnitt L-förmig
ist und einen Profilschenkel aufweist, der sich in Längsrichtung des Typenhebels
erstreckt und zu einer Schlagkante 6a ausgebildet ist. Die Schlagschiene steht unter
der Wirkung mindestens eines kräftigen Elektromagneten 9 und einer diesem
entgegenwirkenden Rückstellfeder 7. Unter dem Einfluß dieser beiden Teile
ist die Schlagschiene in der Längsrichtung des Typenhebels 1 hin- und herbeweglich.
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Unterhalb des linken Armes 5e jedes zweiarmigen Hebels 5 ist
ein Elektromagnet 10 angeordnet. Der Abstand zwischen jedem Elektromagneten
10 und der unteren Fläche des zugeordneten zweiarinigen Hebels
5 b in dessen Ruhelage reicht aus, um den Durchtritt des waagerechten
Schenkels der Schlagschiene zu ermöglichen. Der zweiarinige Hebel 5
trägt
an seinem linken Arm 5 e eine Schulter 5 c,
die in die Bahn des waagerechten Profilschenkels der Schlagschiene 6 eintritt,
wenn der Hebel durch Erregung des Elektromagneten 10 in die in F i
g. 2 dargestellte Lage geschwenkt wird. Bei einer solchen Schwenkung wird
außerdem der Rastanschlag 5a am rechten Arm 5f des zweiarinigen Hebels
5 in der aus F i g. 2 ersichtlichen Weise von seinem Gegenschlag 4a
am Typenhebelruhelager fortgeschwenkt.
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Die Wirkungsweise des dargestellten Typenhebelantriebes besteht darin,
daß bei Anschlag eines Tastenhebels die Elektromagneten 9 für den Antrieb
der Schlagschiene 6 sowie ein ausgewählter, dem angeschlagenen Tasthebel
zugeordneter Elektromagnet 10 erregt werden. Dies hat zur Folge, daß einerseits
der zweiarinige Hebel 5 des dem angeschlagenen Tasthebel zugeordneten Typenhebels
1 in die in F i g. 2 dargestellte Stellung geschwenkt wird, in der
die Schulter 5 c in der Bahn des waagerechten Profilarmes und somit der Schlagkante
6a der Schlagschiene 10 liegt. Die Erregung der Elektromagneten
9
hat zur Folge, daß die Schlagschiene in der Längsrichtung der Typenhebel
1 bewegt wird, so daß die Schlagkante 6 a an der Schulter
5 c angreift und den Typenhebell schlagartig gegen die Walze 3 schwenkt.
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Die doppelannigen Hebel 5 sämtlicher anderen Typenhebel
1 befinden sich während dieser Zeit in der in F i g. 1 dargestellten
Stellung, bei der der waagerechte Profflarm der Schlagschiene und somit die Schlagkante
6 a zwischen den Elektromagneten 10
und dem zweiarmigen Hebel
5 einzutreten vermag, ohne daß die Schlagkante6a an den Schultern5c dieser
übrigen Typenhebel 1 angreift. Außerdem sind sämtliche solche Typenhebel
durch die Anlage der Rastanschläge 5 a ihrer zweiarinigen Hebel
5 an dem Gegenanschlag 4a am Typenhebelrahelager gegen eine Schwenkbewegung
gesichert.
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Das Schwenken der Typenhebel 1 gegen die Schreibwalze3 erfolgt
spontan und mit einer hohen Anschlagkraft, denn die Schlagschiene hat, bevor ihre
Schlagkante 6 a die Schulter 5 c des zweiarinigen Hebels des
dem angeschlagenen Tasthebel zugeordneten Typenhebels 1 erreicht, bereits
eine Strecke zurückgelegt und ist bereits auf eine gewisse Geschwindigkeit beschleunigt
worden.
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In dem gemeinsamen Stromkreis der Elektromagneten 9 und
10 für den Schlagschienenantrieb bzw. für die Entriegelung der zweiarrnigen
Hebe15 kann vorteilhafterweise den Elektromagneten9 für die Schlagschiene
6 eine Zeitverzögerungseinrichtung bekannter Art vorgeschaltet sein. Diese
hat den Zweck, zu gewährleisten, daß der Elektromagnet 10
des gewählten Typenhebels
1 anspricht und den zugeordneten zweiarinigen Hebel 5 in seine Stellung
gemäß F i g. 2 schwenkt, bevor der Elektromagnet 9
anspricht und die
Schlagschiene betätigt.
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Der Umstand, daß zwischen der Schlagschiene 6
und dem Typenhebel
1 keine mechanische Verbindung
vorhanden ist sondern der
Typenhebel 1 frei schwenkbar bei 2 am Typenhebelsegment gelagert ist, ermöglicht
es, die der Schlagschiene 6 durch ihre Elektromagneten 9 mitgeteilte
Energie bestens zu nutzen. Die Tatsache ferner, daß der Abstand des zweiarmigen
Hebels 5 und des Elektromagneten 10
jedes einzelnen Typenhebels
1 äußerst gering ist, ermöglicht die Entriegelung des jeweils gewählten Typenhebels
unter geringstem Aufwand an Energie. All dies hat zur Folge, daß man mit
kleinen Elektromagneten 9 und 10 auskommen kann, deren Unterbringung
in einer Schreibmaschine keine Schwierigkeiten bietet. Damit entfallen gleichzeitig
die Nachteile der Elektromagneten, die nach herrschender Meinung bisher ihre Verwendung
bei Typenhebelantrieben für Schreibmaschinen od. dgl. verhinderten.