DE2134655C3 - Betätigungsvorrichtung für mit hoher Geschwindigkeit zu bewegende Getriebeteile - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebene Art einer Betätigungsvorrichtung für zu bewegende Getriebeteile.

Durch die GB-PS 7 86 027 ist eine Typendruckvorrichtung bekannt, bei der eine mit ihren Enden von zwei einarmigen Hebeln getragene Stange eine Grund-Schwingung ausführt. Diese Stange nimmt frei verschwenkbar die Druckhebel auf, die mit ihren einen Enden mit einem gemeinsamen Permanentmagneten und mit ihren anderen Enden mit J2 einem Elektromagneten zusammenwirken. Durch Erregung des zugeordneten Elektromagneten ist jeder Druckhebel auf der Stange verschwenkbar, wodurch jeder verschwenkte Druckhebel durch die Schwingbewegung der Stange in seine Arbeitsstellung bewegbar ist.

Es ist die Aufgabe der im Anspruch 1 angegebenen Erfindung, eine Vorrichtung nach der genannten GB-PS so weiterzubilden, daß kein mechanisches Verschwenken der Getriebeteile für den Übergang von der Grund- in die Arbeitsschwingung notwendig ist.

Wird bei einer nach der Erfindung aufgebauten Vorrichtung die Frequenz der Grundschwingung größer als die Resonanzfrequenz des Trägers gewählt, ist eine geringere Empfindlichkeit auf kleine Frequenzschwankungen erreichbar.

Weitere Merkmale der Erfindung sind dem Unteranspruch zu entnehmen.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand von in den Figuren veranschaulichten Ausführungsbeispielen beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 ein Ausführungsbeispiel der Betätigungsvorrichtung in schematischer Darstellung,

F i g. 2 eine vergrößerte Teilansicht des Trägers aus der F ig. 1,

Fig.3 eine vergrößerte Ansicht eines piezoelektrischen Wandlers der F i g. I₁

Fig.4 ein Diagramm zur Veranschaulichung der Auslenkung des Trägers in Abhängigkeit von der zugeführten Energie beim Ausführungsbeispiel nach Fig.l,

F i g. 5 die Betätigungsvorrichtung der F i g. 1 in Verbindung mit einem Typendrucker,

F i g. 6 ein Blockschaltbild einer mit dem in F i g. 5 gezeigten Typendrucker verbundenen Steuerschaltung, Fig.7 ein anderes Ausführungsbeispiel der Betätigungsvorrichtung und

Fig.8 ein Diagramm zur Veranschaulichung der Auslenkung des Trägers in Abhängigkeit von der

ίο zugeführten Energie beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 7.

Die Betätigungsvorrichtung 10 besitzt vier Grundelemente, nämlich als Energiespeicherelement den Träger 11, den eine Grundschwingung erzeugenden elektromechanischen Wandler 12, den an eine Steuerschaltung angeschlossenen elektromechanischen Wandler 13 und den Arm 14.

Der Träger 11 weist in seinem Mittelabschnitt 16 einen im wesentlichen konstanten rechteckigen Querschnitt und bei den Enden 17 einen sich allmählich, verjüngenden Querschnitt auf. Mit 18 und 18' sind Klebeverbindungen des Trägers 11 mit den ihn aufnehmenden Teilen bezeichnet. Dem Träger 11 wird versetzt zu seiner neutralen Faser Energie zugeführt, da die elastischen Klebeverbindungen 18 und 18' geringfügig unter der neutralen Faser des Mittelabschnittes 16, wie in Fig.2 zu sehen ist, angeordnet sind. Die Betätigungsvorrichtung 10 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel für einen Typendrucker vorgesehen, in welchem der Druckhammer 20 von dem Mittelabschnitt 16 des Trägers 11 getragen wird.

Der Arm 14 wird von einem Auslegerbalken des Gestells 22 getragen. Eine derartige Befestigung des Armes 14 ergibt zwei leicht erzwungene Freiheitsgrade, nämlich einen translatorischen in horizontaler Richtung und einen rotationsartigen mit einer um eine rechtwinklig zu einer vertikalen Ebene durch die elektromechanischen Wandler 12,13 verlaufenden Achse. Die anderen vier Freiheitsgrade sind stark erzwungen. Diese elastischen Verbindungsstellen werden verwendet, da die elektromechanischen Wandler mittels dieser Verbindungen befähigt bleiben sollen, sowohl Druck- als auch Zugbewegungen auszuführen. Die kleinen Werte dieser Bewegungen, welche durch diese Verbindungen

übertragen werden, könnten durch eine Übertragung mittels konventioneller Bolzenverbindungen verlustig gehen, wobei darüber hinaus die verwendete Verbindungsart das Problem der Reibkorrosion, was gewöhnlich bei hochfrequenten Schwingbewegungen auftritt, vermeidet.

Das piezoelektrische Material der beiden elektromechanischen Wandler 12,13 soll sowohl gute Bewegungseigenschaften als auch Temperaturstabilität aufweisen. Die elektromechanischen Wandler 12, 13 bestehen aus geschichteten Platten 24 aus piezokeramischem Material, wie Bleizirkonattitan. Die Platten sind in Paaren mit gewöhnlich gegenübergestellten positiven Elektrodenflächen aufeinander geschichtet, und jedes Paar ist gegenüber dem benachbarten Paar durch eine gewöhnliehe negative Elektrodenfläche abgegrenzt. Die positiven Elektroden sind an eine Wandlerseite angeschlossen durch die positive Leitung 26 und die negativen Elektroden sind mit der anderen Wandlerseite durch die negative Leitung 27 verbunden. Somit ist die geschichtete Wandlerkonstruktion eine mechanisch parallele. Der eine Grundschwingung erzeugende Wandler 12 ist über dem Träger 11 angeordnet, um die Länge der Betätigungsvorrichtung so zu reduzieren, während der

Arm 14 die Wandlerbewegung auf den Träger 11 verstärkt überträgt. Der an eine Steuerschaltung angeschlossene Wandler 13 ist vorgesehen für die Erzeugung einer die Grundschwingung überlagernden Bewegung des Trägers und zusätzlich für die Zuführung der Vorlast Der Träger 11 wird durch den die Grundschwingung erzeugenden Wandler 12 mit einer Frequenz nahe der Resonanzfrequenz des Trägers 11 beaufschlagt und wird mit einer Bewegung durch den an eine Steuerschaltung angeschlossenen Wandler 13 überlagert, um dem Längsmittelpunkt des Trägers 11 ein Schwingen in zwei Stellungen, von denen die eine die Arbeitsstellung ist, zu gestatten. Der Druckhammer 20 führt demnach die gleiche Bewegung aus. Das Schwingen des Trägers 11 in eine gewünschte von zwei '5 Stellungen ist erreicht durch zur neutralen Faser versetzte Beaufschlagung des Trägers 11. Auf einen Befehl hin wird der an eine Steuerschaltung angeschlossene Wandler 13 betätigt, um die Grundschwingung des Trägers 11 mit einer Bewegung zum richtigen Zeitpunkt und für eine ausreichende Dauer zu überlagern, um einen einzigen Druckhammerausschlag zu erzeugen. Der Ausschlag des Druckhammers 20 ist der Arbeitshub der Betätigungsvorrichtung 10.

Wie aus F i g. 4 ersichtlich ist, dient die dem Träger 11 zugeführte Energie seiner Auslenkung. Bei einer gegebenen Höhe der Schwingungserregung folgt der ungebremste Träger 11 der Kurve 30 zwischen den Auslenkungen A und B. Die kinetische Energie erreicht ihr Maximum an der Symmetrieachse 38 der genannten Kurve und fällt auf Null an den Grenzen der Auslenkung A und B. Die Schar von Kurven 31 bis 36 zwischen den Auslenkungen A und B stellen die Auswirkungen auf die kinetische Energie dar, die sich durch Variieren der Größe der Grundschwingung des Trägers 11 ergeben. Um so größer die Grundschwingung ist, desto höher ist die zugeführte Energie zwischen den Punkten A und B. Wenn, wie aus der Kurve 36 entnehmbar ist, die maximale Schwell^nenergie die Höhe der Arbeitsenergie überschreitet (bei A oder B), tritt hierauf die Schwingung in einen stabilen Bereich zwischen A und D oder zwischen C und B ein. Schwingungen, die durch versetzt zur neutralen Faser erfolgte Energiezuführung entstehen, verschieben die Energiekurven in Richtung auf die Exzentrizität, wobei sich die Energiespeicherung und die Abgrenzung der stabilen Bereiche verändern. Wie aus F i g. 4 ersichtlich, stellt die Linie 38 die Symmetrieachse der Kurve 30 dar und veranschaulicht die Linie 29 den durch die versetzt zur neutralen Faser erfolgende Energiezuführung hervorgerufenen Ver-Schiebungseffekt. Diese Verschiebung der Linie 29 erfolgt in horizontaler Richtung von der Lage der Linie 38 aus. Der Wert der Exzentrizität soll sicherstellen, daß die Grundschwingung zwischen C und B erfolgt. Dementsprechend wird der Druckhammer 20 während der Grundschwingung zwischen B und C ausgelenkt. Nach dem Erhalt des Druckbefehles wird die Grundschwingung mit einer Bewegung durch den an eine Steuerschaltung angeschlossenen Wandler 13 überlagert, wodurch der Druckhammer 20 zwischen B und A auswandert, um den Arbeitshub auszuführen.

Die beiden Wandler 12 und 13 wirken über den Arm 14 auf den Träger 11 ein, wodurch demselben Energie zugeführt wird und seine Arbeitsart steuerbar ist. Der Druckhammer 20, der vom Träger 11 getragen wird, liegt gegenüber dem dauernd rotierenden Typenrad 41 (F i g. 5), welches die durch den Riemen 46 angetriebene Welle 42 trägt. Das zu bedruckende Papier 43 stellt einen Streifen dar, der von der Vorratsspule 44 kommend entlang eines zwischen dem Druckhammer 20 und dem Typenrad 41 hindurchführenden Weges zur Aufnahmespule 45 geführt wird. Den Transport des Papieres 43 steuert die Antriebsrolle 47, die mit der Andruckrolle 48 zusammenwirkt. Die Riemen 46,49,52 sind Zahnriemen, die von einem nicht gezeigten Antrieb aus angetrieben werden und den Transport des Papieres 43 mit der Druckerarbeit koordinieren.

Das Farbband 50 wird zwischen Vorrats- und Aufnahmeiipulen 51 (nur eine derselben ist gezeigt) bewegt, deren Drehrichtungen umkehrbar sind. Um die Klarheit der Zeichnung zu erhöhen, ist der Mittelabschnitt des Farbbandes 50 nicht eingezeichnet Dieser Abschnitt ist quer zur Bewegungsebene des Papieres 43 und des Typenrades 41 geführt. Das Farbband 50 wird durch im Gehäuse 53 befindliche Mittel angetrieben. Wie schematisch dargestellt ist, ist der Block 55 längs verschiebbar in Richtung der Achse des Wandlers 13. Diese Verschiebung ist erzielbar durch Drehung des Knopfes 56, wodurch die mit demselben verbundene und in den U-förmigen Bügel 58 eingeschraubte Gewindespindel 57 den keilförmigen Block 59 heben und senken kann. Dadurch ist über den Wandler 13 und den Arm 14 dem Träger 11 Energie zuführbar.

Das Zahnrad 61 (F i g. 6) besitzt die gleiche Anzahl von Zähnen wie das Typenrad 41 Typen aufweist (nämlich 48) und ist mit dem einen einzigen Zahn aufweisenden Rad 62 und dem Typenrad 41 auf der gemeinsamen Welle 42 unverdrehbar befestigt. Die Zahnräder 61, 62 wirken in Verbindung mit den Magnetköpfen 63, 64 als Senderäder, um Impulse zu erzeugen beim Vorbeigang eines jeden Zahnes an den Magnetköpfen. Jeder der Magnetköpfe 63, 64 ist in Umfangsrichtung um die beiden Zahnräder 61, 62 versetzt angeordnet, um die gewünschte Phasenbeziehung zwischen dem Druckhammer und dem Typenrad zu erhalten. Der Ausgang des Magnetkopfes 63 ist parallel an den Zähler 66 und über den Verstärker G7 an den eine Grundschwingung erzeugenden Wandler 12 angeschlossen. Der Ausgang des Magnetkopfes 64 ist ebenfalls an den Zähler 66 angeschlossen, um die Ausgangsstellung des Druckrades zu kennzeichnen für den Beginn der Zählung, durch welche die einzelnen, die Druckstation passierenden Typen des Typenrades 41 identifizierbar sind. Die Vergleichsschaltung 69 erhält von dem Eingang 70 die zu druckenden Zeichen in Form einer Nummer, die nach einem Vergleich mit dem Ausgang des Zählers 66 als Drucksignal über den Verstärker 71 dem Wandler 13 zugeführt wird. Der Druckbefehl überlagert die Grundschwingung des Trägers 11 mit einer Bewegung, um den Ausschlag des Druckhammers 20 zu erzeugen.

Der in F i g. 5 gezeigte Typendrucker stellt einen Rückseitendrucker dar, bei dem der Druckhammer auf die eine Seite des Papieres aufschlägt und die Typen der anderen Seite des Papieres gegenüberliegen. Das Farbband 5¹D, das Typenrad 41 und das zu bedruckende Papier 43 bewegen sich kontinuierlich mit konstanter Geschwindigkeit. Alle Druckgeschehnisse sind mit der Drehung der Welle 42 synchronisiert.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Betätigungsvorrichtung 10 ist in F i g. 7 dargestellt, das ebenfalls einen Träger 75 aufweist, der dem Träger 11 des ersten Ausführungsbeispieles entspricht. Der Träger 75 ist mit einem Ende mit dem Arm 76 und mit seinem anderen Ende mit dem Gestell 77 fest verbunden. Die Befestigung erfolgt in Schlitzen, die zur Mitte des

Trägers 75 zu leicht geneigt nach oben verlaufen. Ansonsten ist diese Betätigungsvorrichtung wie die des ersten Ausführungsbeispieles ausgebildet.

In Fig.8 ist die Schar von Kurven dargestellt, die erzeugt werden durch Veränderung der Grundschwingung des Trägers 75, die jeweils innerhalb eines stabilen Bereiches festgelegt sind. Die höchste Energie der Kurve 84 ist typisch für die größte Grundschwingung. In Fig.8 ist in der Ordinatenrichtung die dem Träger 75 zugeführte Energie und in der Abszissenrichtung die Auslenkungen des Mittelpunktes des Trägers 75 aufgetragen, und die verschiedenen Kurven 81 bis 84 zeigen die durch Variieren der Größe der Grundschwingung unterschiedlichen Energiezustände des Trägers 75. Bei einer Höhe der zugeführten Energie, die durch die hörizörfräie Linie 86 dargestellt ist, üiid bei Verwendung einer Grundschwingung, welche die Kurve 84 erzeugt, erfolgt der Druckhammerausschlag durch Auslenkung zwischen den Punkten E und F und zwischen den

Punkten E und G bei der Arbeitsschwingung. Da die Schwingungsbewegung des Balkens 75 nach einer Summenkurve verläuft, fällt die potentielle Energie am Mittelpunkt nicht bis auf 0.

Ein besonderes Beispiel der zuletzt beschriebenen Ausführungsform verwendet einen Träger von 12,7 mm Länge zwischen seinen Aufhängungen, von einer Breite von 1,27 mm und von einer Dicke von 0,38 mm. Diesem Träger wird eine Grundschwingung von 0,032 mm auferlegt (Kurve 84), wodurch der Leerhub von £bis F 0,368 mm und der Arbeitshub von E bis G 0,685 mm beträgt. Dementsprechend beträgt die Zunahme der Auslenkung 0,317 mm.

Die Druckgeschwindigkeit kann erhöhl oder erniedrigt werden durch Zunahme oder Abnahme der Resonanzfrequenz des Trägers und Einstellung des Typenrades und der Papiertransportgeschwindigkeit, um einer neuen Arbeitsfrequenz zu entsprechen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Betätigungsvorrichtung für mit hoher Geschwindigkeit aus einer Grundschwingung durch eine überlagerte Bewegung in eine Arbeitsstellung zu bewegende Getriebeteile, insbesondere für Druckhämmer eines Typendruckers, dadurch gekennzeichnet, daß das Getriebeteil (20) an einem versetzt zur neutralen Faser zweiseitig eingespannten Träger (11) angeordnet ist, dessen eine Einspannstelle (18) am freien Ende eines quer zur Längsrichtung des Trägers (11) verlaufenden Armes (14) sich befindet und dessen anderes Ende (18') fest eingespannt ist und daß am Arm (14) von seiner Einspannstelle aus gesehen, zunächst ein eine Grundschwingung nahe der Resonanzfrequenz des Trägers (11) erzeugender elektromechanischer Wandler (12) und dann ein die überlagernde Bewegung erzeugender, an eine Steuerschaltung (F i g. 6) angeschlossener elektromechanischer Wandler (13) angreift.

2. Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (11) etwa in seiner Längsmitte als Getriebeteil einen Druckhammer (20) eines Typendruckwerkes trägt