DE1548574B2 - Aufzeichnungsgerät für ein wärmeempfindliches Aufzeichnungsmedium - Google Patents

Description

F i g. 4 eine Vorderansicht der gekreuzten Drähte, die eine thermoelektrische Verbindung mit einem ten Schreibpunkt betrachtet. Weiterhin erfordern 15 Schreibstift bilden, diese Schreibstifte hohe Betriebsleistungen und es Fig. 5 eine Ansicht einer von vorn gesehenen

besteht die Gefahr einer Überhitzung, wodurch die Schreibstiftspitze, wobei die Schreibspitze gegen ein Aufzeichnung entweder versengt werden kann oder Aufzeichnungsmedium anliegt und außerordentlich breite Aufzeichnungsstriche ent- Fig. 6A bis 6D Darstellungen von Aufzeichnun-

stehen, wenn nicht die zugeführte Energie für die 20 gen, die, mit dem Schreibstift unter verschiedenen verschiedensten Betriebsbedingungen ganz genau und Betriebs- und Spannungsbedingungen durchgeführt sorgfältig geregelt wird. Es wurden bereits Versuche wurden.

unternommen, den Querschnitt des Widerstands- Die in F i g. 1 dargestellte Vorrichtung wird bei

drahtes zu verringern und dadurch die Erwärmung Oszillographenschreibern verwendet. Das Aufzeichzu erhöhen, und zwar lediglich in der Nähe der 25 nungsmedium 7 ist als Streifen dargestellt und dieses Schreibstelle. Dies führt jedoch nicht zu Schreib- Medium wird von einer Vorratsrolle Ία abgezogen stiften, die sowohl spitz und somit feinschreibend als und mit einstellbaren Geschwindigkeiten in Richtung auch robust sind. Es wurde auch bereits versucht, des Pfeiles 8 durch nicht dargestellte Antriebsmittel die Wärme zu den Zeitpunkten, zu denen eine Mar- an einer Andruckplatte 9 vorbeibewegt. Zusätzlich kierung nicht erwünscht ist, abzuleiten oder zu ver- 30 zu diesen Elementen ist ein Rahmen 10 vorgesehen, nichten. Diese Versuche und Kühlungsversuche der eine Baugruppe 11 trägt, die den Stiftmotor, das führen zu komplizierten Einrichtungen.

Um insbesondere bei tragbaren Geräten nicht mit hohen Strömen arbeiten zu müssen, wird bei einem

anderen bekannten Gerät ein Halbleiterschreibstift 35 auf dem Streifen 7 umzuwandeln. Für diesen Zweck verwendet. Statt eines metallischen Schreibstiftes, der wird eine Schreibspitze 13 des beweglichen Schreibwegen des hohen Strombedarfs unvorteilhaft ist, wird
hier ein Heizkörper aus einem Halbleitermaterial wie
Silith verwendet, welches einen viel höheren spezifischen Widerstand hat als ein gleich großer metalli- 40 Wärme ab, die eine scharf begrenzte sichtbare Marscher Widerstandskörper. Um die Nachteile der kierung auf dem wärmesensitiven Medium an jeder metallischen Schreibstifte auszuschalten, hat man Kontaktstelle mit dem Medium erzeugt. Thermohier also versucht, den Widerstandswert zu erhöhen, sensitives Aufzeichnungsmaterial, welches in geum mit geringeren Strömen arbeiten zu können. wünschter Weise empfindlich ist, um wärmeinduzierte

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein 45 Markierungen zu erzeugen, ist an sich bekannt. Es Aufzeichnungsgerät zu schaffen, dessen Schreibstift sei jedoch bemerkt, daß einige dieser Materialien an nicht mit derartigen Widerstandselementen arbeitet. der Oberfläche schmelzbare Schichten tragen, wie es

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß beispielsweise bei den Wachspapieren der Fall ist. der Schreibstift aus einer Peltier-Effekt-Verbindungs- Dadurch wird in vorteilhafter Weise der Reibungsstelle zweier verschiedener metallischer Leiter be- 50 koeffizient zwischen dem beweglichen Stift und dem steht und daß die Spannungsquelle derart geschaltet Papier herabgesetzt.

ist, daß durch die Verbindungsstelle ein Strom in der In üblicher Weise werden die elektrischen Ein-

Richtung geleitet wird, die die zusätzliche Erwär- gangssignale in permanente Aufzeichnungen durch mung liefert. die Aufzeichnungsvorrichtung umgewandelt und die

Statt den Weg einzuschlagen, Materialien zu ver- 55 Signale werden in Winkelbewegungen der Ankerwenden, die einen höheren Widerstand haben, wird welle 17 eines Schreibstiftmotors umgesetzt, wobei also erfindungsgemäß ein bestimmter physikalischer die anderen Einzelheiten nicht dargestellt sind. Diese Effekt verwendet, der eine zusätzliche Erwärmung Bewegungen werden durch einen Hebelarm 18 verermöglicht, stärkt, der mit einem Gestänge 19 drehbar verbunden Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel kön- 60 ist. Dieses Gestänge 19 weist bei 20 eine Drehvernen die Leiter des Schreibstiftes V-förmig angeordnet bindung mit einem L-förmigen Schwenkarm 21 auf. sein und mittels einer Punktverschweißung mitein- Dieser Schwenkarm 21 ist bei 22 um eine Achse ander verbunden sein. Um eine besonders leichte drehbar montiert, die gegenüber dem Rahmen 10 Führung zu erzielen, können mit Vorteil zwei lang- festliegt. Das Ende 23 des Schwenkarmes ist drehbar gestreckte elastische Leiter vorgesehen sein, die im 65 mit dem Rahmen 14 a des Schreibstiftes verbunden, Abstand voneinander angeordnet sind und die zu je und zwar sitzt ein Zapfen in der Bohrung24 (Fig.2). einem Peltier-Effekt-Leiter führen. Dadurch wird eine Winkelbewegung des Schreib-Die Erfindung soll im folgenden unter Bezug- Stiftes um dessen Schwenkstelle 25 hervorgerufen. Die

Getriebe und den eigentlichen Schreibstift umfaßt. Diese Einrichtung ist vorgesehen, um die elektrischen Eingangssignale in eine sichtbare Aufzeichnung 12

Stiftes 14 über Leitungen 15 aus einer Spannungsquelle 16 (F i g. 2) elektrisch erregt und diese Spitze gibt in vorteilhafter Weise in stark lokalisierter Form

Schwenkstelle 25 ist im Schlitz 26 einer stationären Führung 27 gleitbar und diese Schwenkstelle kann sich in Richtung des Schlitzes hin- und herbewegen. In an sich bekannter Weise ist diese Vorrichtung zur Umsetzung einer Drehbewegung in eine geradlinige Bewegung derart ausgebildet, daß im wesentlichen eine lineare Hin- und Herbewegung der Schreibstift-, spitze 13 in den Richtungen 28 quer zur Richtung 8 der Streifenbewegung entsteht. Das Ausmaß dieser Bewegungen steht in einer vorbestimmten Beziehung zu den Winkelbewegungen des Ankers des Schreibstiftmotors. Die elektrisch erhitzte Schreibspitze 13 ist aus zwei Drähten aus unterschiedlichen Metallen

13 α und 13 b hergestellt. Diese Drähte sind durch eine Punktschweißverbindung miteinander verbunden, wobei diese Verbindung 13 c an der V-förmigen Spitze liegt, wie es die Fig. 2, 3 und 5 zeigen. Die mechanische Halterung, die Federvorspannung und die Anlegung an eine elektrische Spannung erfolgen durch zwei langgestreckte Schreibstiftleitungen 29 a und 29 b. Diese Schreibstiftleitungen sind mit Spannungsleitungen 15 verbunden, die sich vom Rahmen

14 a aus erstrecken. Distanzhalter 30 aus Isolationsmaterial halten die spitzen Enden der Schreibstiftleitungen in einem vorbestimmten Abstand voneinander. Die Leitungen 29 α und 29 b können aus einer Beryllium-Kupfer-Legierung bestehen, die einen wünschenswerten geringen elektrischen Widerstand hat, wobei diese Legierungen auch wünschenswerte Federungseigenschaften haben, wenn sie in entsprechender Weise wärmebehandelt werden.

Die verschiedenen Metalle, aus denen die Spitzenelemente 13 α und 13 b entstehen, sind solche Metalle, die in an sich bekannter Weise einen nennenswerten Peltier-Effekt entwickeln. Diese Metalle können beispielsweise Chromel und Alumel für die Elemente 13 a und 13 b umfassen. Bei einer anderen Ausführungsform kann auch Platin und eine Platin-Rhodium-Legierung vorgeshen sein. Der Peltier-Effekt ist allgemein bekannt und die interessierende Wirkung dieses Verbindungseffektes liegt in der Wärmeabgabe oder in der Kühlung, die entsteht, wenn ein elektrischer Strom in einer Richtung durch die Verbindung hindurchgeschickt wird.

Da die Wärme zum Schreiben an einer kleinen Stelle der Spitze des Schreibstiftes konzentriert werden soll, ist es wünschenswert, daß die wärmeabgebende Verbindungsstelle eine einzige kleine Punktschweißstelle aufweist und daß die Schweißstelle direkt an der Schreiboberfläche aufliegt. F i g. 4 zeigt ein Verfahren zur Herstellung, welches in vorteilhafter Weise diese Erfordernisse befriedigt. Eines der Drahtelemente 13 b wird vom anderen Draht 13 a gekreuzt. Hierdurch wird ein Winkel zwischen den Schenkeln des V-förmigen Schreibstiftes gebildet, die mit einer kleinen Widerstandspunktverschweißung 13 c' an der Kontaktstelle zwischen diesen Drähten zusammengefügt werden. Danach werden die nicht benötigten Teile der Drähte, die sich über die Schweißpunktstelle 13 c' hinaus erstrecken, im allgemeinen längs der Bahn 31, die die Schweißstelle 13 c' schneidet, abgeschnitten. Es kann ein Vergrößerungsglas verwendet werden, um diesen Schnitt genau durchführen zu können. Es wird dann der Spitze durch Polieren eine gewünschte abgerundete Form erteilt, wobei der Radius dieser Abrundung etwa bei Viooo mm oder darunter liegt. Für die Metalldrähte 13 a und 13 b werden im allgemeinen kreisförmige Querschnitte bevorzugt, so daß lediglich eine kleine Kontaktstelle gebildet wird, wenn diese Drähte zum Zusammenschweißen gekreuzt werden. Bei einer bevorzugten Ausführungsform haben diese Drähte einen Durchmesser von etwa °'⁵/iooo mm und die Verbindungsspitze ist mit einen Radius von etwa dem gleichen Wert abgerundet. Die abgebogenen Schenkel der Träger 13 α und 13 b werden an den Enden der Leitungen 29 α und 29 b ebenfalls durch Punktschweißung oder in anderer Weise mechanisch und elektrisch befestigt.

Die Fig. 6A bis 6D zeigen Aufzeichnungen, die mit dem Verbindungsstellenschreibstift erzeugt wurden, der in den F i g. 1 und 2 dargestellt ist, und der in der oben beschriebenen Weise hergestellt ist. Beim Heizbetrieb wird ein Gleichstrom von 2,5 Ampere durch die Verbindungsstelle geschickt und der Schreibstift erzeugt eine klar sichtbare und scharfe Kurve 32 (Fig. 6A) auf einem wärmeempfindlichen Aufzeichnungsmedium 7, welches unter der wärmeempfindlichen Deckschicht eine dunkle Schichtung aufweist, die exponiert wird, wenn die darüberliegende Schicht, z. B. aus Wachs, durch die Spitze des Schreibstiftes erhitzt wird. Die Umkehr der Stromrichtung führt zu einer Aufzeichnung 33 (F i g. 6 B), wobei diese Aufzeichnung von der vorhergehenden sich deswegen unterscheidet, weil hier eine Peltier-Kühlwirkung erzielt wird. Bei anderen nicht dargestellten Untersuchungen wurde beim Aufheizen ein Strom von etwa 2 Ampere verwendet und es wurde, eine feine und scharfe Aufzeichnung erzielt. Beim Betrieb mit umgekehrter Spannungsrichtung wurde jedoch eine schlecht sichtbare Aufzeichnung erzielt. Ein Heizstrom von 5,5 Ampere entwickelt eine breitere Auf zeichnung 34 (Fig. 6C), die jedoch nicht näherungsweise so groß und breit war, wie eine Aufzeichnung, die mit einem Widerstandsheizelement bei diesem Strom und ohne mechanische Schwingungen erwartet wurde. Der Verbindungsstellenschreibstift glühte dabei nicht, was jedoch bei Widerstandsheizschreibstiften zu erwarten ist. Die Aufzeichnung 35 in Fig. 6D wurde mit dem gleichen Strom von 5,5 Ampere erzeugt, wobei der Schreibstift von einem 40-hz-Signal ausgelenkt wurde, welches dem Schreibstiftmotor zugeführt wurde. Die Spitzenamplitude beträgt etwa 1 Zentimeter. Unter diesen Umständen wurde eine schmale und klare Aufzeichnung erzielt. Um die gewünschten lokalisierten thermoelektrischen Aufheizungseffekte zu erzielen, können Elemente aus unterschiedlichen Materialien verwendet werden, die nicht als Metalle im klassischen Sinne anzusprechen sind. So können beispielsweise zwei Halbleiter mit hohem Peltier-Effekt zusammengefügt werden.

In diesem Zusammenhang sei bemerkt, daß die bisher bekannten Schreibstifte, bei denen ein einfaches Widerstandselement als Quelle für die Wärmeschreibenergie verwendet wird, wegen der Gültigkeit von I-R es sehr schwierig machen, die Wärme zu konzentrieren und zu regulieren. Wegen der außerordentlich starken Kühlung, die bei den bekannten verhältnismäßig großen Widerstandsdrähten auftritt, wenn diese sehr schnell während der Aufzeichnung mit hohen Geschwindigkeiten bewegt werden, ist ein größerer Schreibstrom erforderlich, als zu den Zeiten, in denen die Schreibspitze langsam bewegt wird. Wenn der Strom einmal für eine gute Aufzeichnung mit hohen Geschwindigkeiten eingestellt ist, und wenn die Aufzeichnungsgeschwindigkeit dann abge-

ändert wird, so kann die Kühlung abnehmen und die Temperatur des Widerstandsschreibstiftes kann derart zunehmen, daß der Schreibstift rot glüht und es besteht die Gefahr, daß dieser Stift sehr breit schreibt und das Papier verbrennt. Endlich besteht auch noch die Gefahr, daß der Widerstandsdraht durchbrennt. Der verbesserte, aus einer Thermoelementenverbindung bestehende Schreibstift weist demgegenüber eine vorteilhafte Selbstregulierung auf. Die Heizrate in der Verbindungsstelle verändert sich mit der Größe des Stromes durch diese Verbindungsstelle und mit der Temperatur dieser Verbindungsstelle. Wenn die Temperatur dieser Verbindungsstelle sich erniedrigt, wie das der Fall bei einem Schreiben mit hohen Geschwindigkeiten ist, und wenn die Verbindungsstelle von einer Spannungsquelle mit geringem Widerstand gespeist wird, so nimmt die thermoelektrische Spannung in der Thermoelementenverbindung ab. Da die thermoelektrische Spannung derart gerichtet ist, daß diese der Speisespannung entgegengesetzt ist, die den Strom durch die Verbindungsstelle hindurchführt, wird der Strom erhöht und dadurch erhöht sich die Erwärmungsrate in gewünschter Weise. Diese Effekte sind beim Schreiben mit geringer Geschwindigkeit entgegengesetzt und dadurch tritt in vorteilhafter Weise die Neigung zur Verminderung der Erwärmungsrate auf. Es wurde ein Vergleich der Betriebsweise zwischen einem bekannten Schreibstift aus einem Widerstandsdraht und einem Schreibstift durchgeführt, der die verbesserte Thermoelementen verbindung aufweist. Dieser Schreibstift wurde dadurch erhitzt, daß ein Strom von etwa 4 Ampere hindurchgeleitet wurde, und ein Block aus einem wärmeleitenden Metall wurde mit der Spitze des Schreibstiftes in Berührung gebracht. Der Strom, der durch den Schreibstift floß, der aus einem Widerstandsdraht besteht, blieb im wesentlichen konstant, während der Strom, der durch den Schreibstift floß, der eine Thermoelementenverbindungsstelle aufwies, um ungefähr 5 Prozent anstieg. Es wurde die Spitze des Schreibstiftes aus Widerstandsdraht einer gewissen Kühlung ausgesetzt, jedoch bliebt der Gesamteffekt auf den Gesamtwiderstand verhältnismäßig klein und es wurde keine regulierende Stromänderung beobachtet. Demgegenüber führten die Änderungen (Abnahme) der thermoelektrischen Spannung an der Verbindungsspitze des verbesserten Schreibstiftes dazu, daß der Heizstrom zunahm, wodurch die Verbindungstemperatur im wesentlichen wieder auf die ursprüngliche Temperatur erhöht wurde. In wünschenswerter Weise wird durch diese Erscheinung die Schreibqualität des Schreibstiftes mit Thermoelementenverbindung wesentlich weniger von der Einstellung auf die Heizströme für verschiedene

ίο Schreibgeschwindigkeiten abhängig.

Durch den guten Wirkungsgrad, der mit dem neuen Schreibstift erzielt wird, wird eine geringere Energie für eine Aufzeichnung von hoher Qualität erforderlich und es wurde gefunden, daß lediglich ein Viertel der Leistung erforderlich ist, die bei Widerstandsdrähten benötigt wird. Weiterhin wird die Neigung zum Durchbrennen des Schreibstiftes durch die Verwendung geringerer Energie vermindert.

Claims (3)

. Patentansprüche:

1. Aufzeichnungsgerät für ein wärmeempfindliches Aufzeichnungsmedium zur Erzeugung sichtbarer Aufzeichnungen bei einer Erhitzung über eine vorbestimmte Temperatur mit einem Schreibstift, der über eine elektrische Spannungsquelle erhitzt wird und der in wärmeaustauschender Schreibanlage gegen das Aufzeichnungsmedium gehalten wird, wobei Schreibstift und Aufzeichnungsmedium relativ zueinander beweglieh sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Schreibstift aus einer Peltier-Effekt-Verbindungsstelle zweier verschiedener metallischer Leiter (13 a, 13 b) besteht und daß die Spannungsquelle derart geschaltet ist, daß durch die Ver- bindungsstelle ein Strom in der Richtung geleitet wird, die die zusätzliche Erwärmung liefert.

2. Aufzeichnungsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiter (13 a, 13 b) V-förmig angeordnet sind und mittels einer Punktverschweißung (13 c) miteinander verbunden sind.

3. Aufzeichnungsgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwei langgestreckte elastische Leiter (29 a, 29 b), die im Abstand voneinander angeordnet sind, zu einem Peltier-Effekt-Leiter (13 a, 13 b) führen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen