DE2223732A1 - Vorrichtung zur Daempfung der Rueckprallschwingungen eines Arbeitsorgans - Google Patents

Description

Dr.-Ing. Wilhelm Ecichel
DipL-Ing. V/cW-rrj !Michel

6 Frankfurt a. M. 1 . _7O(52

Parksiraße 13 '

Decision Data Computer Corporation, Horsham, Pa., V.St .A.

Vorrichtung zur Dämpfung der Rückprallschwingungen eines Arbeitsorgans

Die Erfindung bezieht sich auf schnell hin- und herbewegliche Arbeitsorgane, insbesondere auf Stössel in Lochern und Druckern für Datenaufzeichnungs- und ähnliche Zwecke, und betrifft eine Vorrichtung zur Dämpfung der Rückprallbewegung derartiger Organe bzw. Stössel.

In Verbindung mit der Entwicklung von mit hoher Geschwindigkeit arbeitenden Datenaufzeichnungsvorrichtungen sind Locher- und Druckeranordnungen entstanden, die einen Stössel aufweisen, der gegen einen Aufzeichnungsträger vorgetrieben wird, jedesmal wenn eine Datenaufzeichnung vorgenommen werden soll. Die Datenaufzeichnung durch den Stössel erfolgt bei Lochern in Form einer Lochung, während im Fall eines Druckers der Stössel mit einem drehbaren Typen- oder Zeichenrad zusammenwirkt, um die Datenaufzeichnung durch einen Zeichenaufdruck auf den Aufzeichnungsträger vorzunehmen. Hierbei befindet sich der Aufzeichnungsträger zwischen dem Typenrad und dem Stössel, wobe-i der letztere, wenn: er für den Aufzeichnungsvorgang vorgetrieben wird, den Aufzeichnungsträger gegen das Typenrad stösst und so einen Zeichenaufdruck auf den Aufzeichnungsträger bewirkt. Unmittelbar nach dem Aufprall des Stössels auf dem Aufzeichnungsträger bewegt er sich in seine Ausgangsstellung zurück, hauptsächlich durch die Rückprallkraft, die sich durch den Aufprall ergibt, doch in manchen Fällen mit der Unterstützung einer Feder oder anderer Rückstellmittel, da der Stössel vom Aufzeichnungsträger schnell genug entfernt werden muss, um ein Verwischen oder Verschmieren des soeben aufgedruckten Zeichens zu verhindern. Ausserdem sind die Anforderungen

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an die Dauer des Vorgangs so schärft, dass ein Zyklus oder Arbeitstakt in einem äusserst kurzen Zeitraum von etwa 5 Millisekunden vollzogen sein muss und daher der auf die Rückstellung entfallende Teil des Arbeitstaktes von äusserst, kurzer Dauer sein muss, damit der Stössel so schnell wie möglich für den Beginn des nächsten Arbeitstaktes bereit steht.

Wenn der Stössel in die Ruhestellung zurückkehrt, ist er mit einem hohen Mass von kinetischer Energie behaftet, .und sofern diese Energie nicht rasch und wirksam abgeführt wird, lässt sie den Stössel erneut vorprellen und ein zweites Mal gegen den Aufzeichnungsträger schlagen, wodurch auf diesem ein zweiter Aufdruck erfolgt. Selbst wenn der Stössel nicht gegen den Aufzeich» nungsträger stösst, sind die Rückprallschwingungen unerwünscht, da der Stössel vor Beginn des nächsten Druckvorganges im wesentlichen zur Ruhe gekommen sein muss, wenn das System betriebssicher und zuverlässig arbeiten soll.

Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die kinetische Energie des rückprallenden Stössels schnellstens herabzusetzen, um das Zustandekommen eines erneuten Aufdrucks und ein verspätetes Zurruhekommen des Stössels infolge von Rückprallschwingungen zu vermeiden.

Die Erfindung macht sich zu diesem Zweck Kraftmomenteffekte für die Energieübertragung von einer Masse auf eine andere und Energie/verzehrende Kollisionen für die Abführung der übertragenen kinetischen Energie zunutze. In diesem Sinne besteht die Erfindung in erster Linie darin, dass im Rückprallweg des Stössels eine sekundäre Masse angeordnet ist, derart, dass der Stössel mit der sekundären Masse in einer elastischen Kollision zusammenstösst. Die Erfindung nutzt daher das Prinzip aus, dass bei einer elastischen Kollision zwischen zwei Massen die kinetische Energie des Systems konstant bleibt. Die Erfindung sieht ferner vor, dr.ss die sekundäre Masse nach ihrer ersten Kollision mit dem rückprallenden Stössel an einen Begrenzungsanschlag stösst. Begrenzungsanschläge sind an beiden Seiten der sekundären Masse, in

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ihrer Bewegungsrichtung verstanden, angebracht, und ein Anschlag oder beide Anschlrjnje bestehen aus einem Material , das in hohem Masse Energie absorbiert.

Daraus ergibt sich, dass, wenn der Stössel auf die sekundäre Masse aufstösst, ein Betrag seiner Energie auf die sekundäre Masse übertragen wird, und dass, wenn das Verhältnis des Massen nahe bei 1 liegt, praktisch die gesamte Energie übertragen werden kann. Wenn die sekundäre Masse etwas schwerer als der Stössel ist, wird der Stössel vom Punkt des Zusammenstosses aus schwach zurückprallen, während die sekundäre Masse sich mit verhältnismässig hoher Geschwindigkeit in der gleichen Richtung bewegen v.'ird, in der der Stössel sich kurz vor dem Zusammenstoss bewegt hat. Da die sekundäre Masse durch die beiden Anschläge begrenzt ist, wird sie unverzüglich mit dem ersten der beiden Anschläge kollidieren, und wenn dieser Anschlag aus Energie absorbieren·«· dem Material besteht, einen grossen Teil ihrer Energie an den Anschlag verlieren. Bei der bevorzugten Ausfiihrungsform der Erfindung wird die .sekundäre Masse unverzüglich nach dem Rückprall von dem Energie verzehrenden ersten Anschlag auf den zweiten Anschlag auftreffen, und falls dieser ebenfalls aus Energie absorbierendem Material besteht, einei grossen Prozentsatz der restlichen kinetischen Energie verlieren. Die Kollision der sekundären Masse mit den beiden Anschlägen wiederholen sich,, bis alle kinetische Energie der sekundären Masse aufgezehrt ist. Vegen der Nähe der Anschläge an der sekundären Masse ist der sekundären Masse die kinetische Energie in einem verhältnismässig kurzen Zeitraum entzogen, d.h. bevor der· Stössel erneut auf die sekundäre Masse stösst, sofern dem Stössel überhaupt genügend kinetische Energie für einen zweiten Zusammenstoss verblieben ist.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind Haltemittel in Form einer Haltespule vorgesehen, die den Stöpsel nach seiner Kollision-mit der sekundären Masse bis zum nächsten Arbeitshub an weiterer Bewegung hindert, indem sie auf den Stössel in Richtung auf die sekundäre Masse eine Haltekraft

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ausübt. Die Ilaltespule kann konstant erregt sein, während eine Antriebsspule, die gewöhnlich nicht erregt ist, eine Vortriebskraft auf den Stössel auszuüben vermag, die grosser als die Ilaltekraft ist, um den Stössel einen Arbeitshub ausführen zu lassen. Die Bewegung des Stössels ist im allgemeinen geradlinig, aber die Grundgedanken der Erfindung sind ohne weiteres auch auf Stössel anwendbar, die sich nicht in geradlinigen, sondern in gebogenen und anderen Bahnen bewegen.

Nachstehend ist die Erfindung an Hand der Zeichnung näher veranschaulicht ; in dieser zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine bevorzugte Ausführungsform der Vorrichtung nach der Erfindung;

Fig. 2 einen vergrösserten Ausschnitt aus Fig. 1;

Fig. 3 eine grafische Darstellung der Massen- bzw. Energieverhältnisse, die der Vorrichtung nach der Erfindung zugrun-» deliegen.

Gemäss Fig. 1 und 2 weist das Ausführungsbeispiel der Dämpfungsvorrichtung nach der Erfindung einen Block 10 auf, in dem eine Spulenanordnung 11 untergebracht ist. Die Spulenanordnung 11 enthiilt einen rohrförmigen Kern 12 aus einem nichtmagnetischen Material wie Glas, der von Polstücken 13» 1^t 15 umgeben ist. Zwischen den Polstücken 13 und Ik ist eine Antriebsspule 16 vorgesehen, und zwischen den Polstücken 14 und 15 ist eine Haltespule 17 angeordnet, die eine verhältnismässig niedrige Amperewindungszahl im Vergleich zu der Amperewindungszahl der Betätigungsspule 16 besitzt. Leitungen 18 dienen der Erregung der Spule 16 und Leitungen 19 der Erregung der Spule 17·

Tm Innern des Rohrkerns 12 ist als Arbeitsorgan ein Stössel 20 angeordnet, der bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung aus im wesentlichen nicht zusammendrückbarem magnetischem Material besteht. Der Stössel 20 wird durch die Halte-

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spule 17 in seiner Lage gehalten, und zu diesem Zweck sind Mittel für die Erregung der Haltespule vorgesehen. Die Haltespule 17 übt eine Haltekraft auf den Stössel 20 aus, die den Stössel gegen jede Bewegung festzuhalten vermag, solange nicht durch die Betätigungsspule eine grössere Kraft auf den Stössel ausgeübt wird.

Bei Erregung der beliebig zu betätigenden Antriebsspule 16 wird in Achsrichtung des Rohrkerns 12 auf den Stössel 20 eine Kraft ausgeübt, die gross genug ist, um die Haltekraft zu überwinden und den Stössel 20 aus dem Kernrohr 12 in Richtung auf den Aufzeichnungsträger, nach unten, in der Zeichnung, vorzutreiben. Im Fall eines Druckers wird der Stössel gegen den Aufzeichnungsträger, etwa eine Lochkarte, einen Papierstreifen oder dergleichen, mit ausreichender Kraft vorgestossen, so dass er auf den Aufzeichnungsträger stösst und ihn gegen eine Typenscheibe presst, wodurch eine Aufzeichnung zystande kommt.

Im Anschluss an den Druckhub des Stössels kehrt dieser in seine in Fig. 1 und 2 gezeigte ursprüngliche Ruhestellung zurück. Handelt es sich um mit hoher Geschwindigkeit arbeitende Drucker, bei denen der Stössel hammerartig den Aufzeichnungsträger gegen das mit Druckzeichen versehene Teil stösst, so besitzt der Stössel eine ausreichende kinetische Energie, um aus seiner Stellung beim Aufprall rasch zurückzuprallen und sich mit hoher Geschwindigkeit in seinev Ausgangsstellung zu bewegen. Doch sind in anderen Anordnungen Feder*- oder andere Mittel, die eine zusätzliche Kraft aufbringen, vorgesehen, um die Rückführung des Stössels in seine Ausgangsstellung zu unterstützen.

In jedem Fall bezweckt die Erfindung, die erhebliche kinetische Energie zu dämpfen, die der Stössel 20 während seiner Rückstelloder Rückprallbewegung besitzt. Um den Rückprall so zu dämpfen, dass ein erneutes Anschlagen des Stössels an den Aufzeichnungsträger verhindert wird, macht die Erfindung Gebrauch von einer sekundären Masse 22, die als Energiespeicher in axialer Flucht

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mit dem Stössel 20 in einer solchen Stellung angeordnet ist, dass der Stössel 20 bei seinem Rückprall mit der Masse 22 kollidiert. Die Masse 22 besteht vorzugsweise aus einem nicht zusammendrückbaren Material und ist zwischen zwei Wänden oder Anschlägen 23 und 2k angebracht, die beiderseits der Masse angeordnet sind. Min destens einer der Anschläge besteht aus einem Energie absorbieren·

Material. Ein Beispiel für ein Energie absorbierenden M?uerial, das ausgezeichnete Ergebnisse liefert, ist ein Polymer von hoher Dichte, das unter dem Handelsnamen GAR-DUR von der Firma Garland Mfg. Co., Soco, Maine (v.St.A.) vertrieben wird und bei dem es sich um ein Polyäthylen von äusserst hohem Molekulargewicht handelt.

Wie oben erwähnt, ist die Kollision zwischen dem Stössel 20 und der Energie übertragenden oder sekundären Masse 22 theoretisch eine elastische Kollision, obwohl vollkommen elastische Kollisionen unbekannt sind, ausser vielleicht zwischen Atomen, Molekülen und Elektronen. Für die Zwecke der Erfindung kann jedoch davon ausgegangen werden, dass für den Stössel und die sekundäre Masse alle Materialien verwendet werden können, die unter den vorliegenden Betriebsbedingungen nicht wesentlich zusammengedrückt werden. Die Eignung der zu verwendenden Stoffe kann leicht durch einige Voryersuche festgestellt werden.

In Fig. 3 sind die Massen- und Energieverhältnisse bei der Vorrichtung nach der Erfindung veranschaulicht, wobei die wiedergegebenen Kurven dem Fall entsprechen, in dem eine Kollision stattgefunden, hat. Die Kurven E₁ und V₁ bedeuten die Energie und die Geschwindigkeit der ersten Masse, d.h. des Stössels Die Kurven Ep und V₂ geben die Energie und die Geschwindigkeit der Energie übertra^iden oder sekundären Masse 22 an. Aus Fig. ist ersichtlich, dass, wenn das Verhältnis K der beiden Massen 22 und 20 sich dem Wert 1 nähert, die Energie und die Geschwindigkeit des Stössels 20 auf Null abfällt. Wenn K etwa zwischen 0,5 und 2 liegt, kann eine nennenswerte Energieübertragung erfolgen.

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Hei Vorrichtungen der dargestellten Art werden die besten Resultate erzielt, wenn K etwas grosser als 1 ist. In diesem Fall ist geinäss Fig. 3 die Geschwindigkeit des Stössels 20 nach der Kollision negativ, so dass der Stössel 20 im Anschluss.an die Kollision geringfügig zurückprallt. Dies bedeutet, dass die beiden Massen sich schneller trennen für dine gegebene Energieübertragung während der Zeit, in der die sekundäre Masse 22 zwischen den beiden Anschlägen ausschwingt. Aus diesem Grunde wird die Energie der sekundären Masse 22 nicht an die primäre Masse 20 bei einer elastischen Kollision zurückübertragen, bevor die Energie der sekundären Masse nicht durch das Energie absorbierende Material der Anschläge absorbiert ist. In der Praxis werden die besten Ergebnisse erzielt, wenn das Verhältnis der Massen 22 und 20 zwischen 1 ,2.'und 1,5 liegt; doch ändern sich diese Werte etwas je nach den jeweils verwendeten Werkstoffen.

Wie oben dargetan, wird durch die Ilaltespule 17 der Stössel 20 in Richtung auf seinen ursprünglichen Stosspunkt gezogen, und die Kraft sollte ausreichend sein, um den Stössel 20 im Rohrkern 12 an einer übermässigen Bewegung zu hindern, wenn er von der sekundären Masse zurückprallt. Am liebsten sollte die Haltekraft der Spule 17 gerade ausreichen, um den Stössel 20 zu seinem Stosspunkt mit der Masse 22 etwa in dem Zeitpunkt zurückzubewegen, wo die Masse alle ihre Energie an das Energie absorbierende Material des Anschlags oder der Anschläge übertragen hat .

In den meisten Fällen hat sich gezeigt, dass so wenig kinetische Energie in dem Stössel zurückbleibt, dass er als in Ruhe befindlich angesehen werden kann, für eineaweiteren Arbeitsvorgang im Anschluss.: an die erste oder zweite Kollision mit der Energie übertragenden sekundären Masse. Praktische Versuche bei Druckern und Lochern, bei denen die Dauer eines Zyklus oder Arbeitstakts etwa 5 Millisekunden beträgt, haben ergeben, dass dies tatsächlich der Falle ist. In manchen Fällen können mehrere Kollisionen zwischen dem Stössel und der sekundären Masse stattfinden, aber diese Kollisionen erfolgen eher bei zunehmender Geschwindigkeit mit eher abnehmender Restenergie, so dass die Zeit für das Zurruhekommen des Stössels sehr kurz ist.

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Claims (1)

Pat, on tan Sprüche f 1.) Vorrichtung zur Dämpfung der Rückprallschwingungon eines Arbeitsorgans, insbesondere eines der Datenaufzeichnung auf einem Aufzeichnungsträger dienenden Stössels, den eine Antriebskraft ausübende Mittel für den Aufzeichnungsvorgang gegen den Aufzeichnungsträger zu treiben vermögen, dadurch gekennzeichnet, dass im Rückprallweg des Stössels eine der Energieübertragung dienende sekundäre Masse aus verhältnismässig unzusammendrückbarem Material angeordnet ist, die den Rückprall des Stössels abzufangen und daraufhin eine begrenzte Hin- und Herbewegung auszuführen vermag, und dass die Bewegung der sekundären Masse durch Energie absorbierende Mittel begrenzt ist, die beim Anprall der sekundären Masse deren Energie weitgehend zu absorbieren vermögen« 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Massenverhältnis der sekundären Masse und des Stössels nahe bei 1 liegt. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Massenverhältnis der sekundären Masse und des Stössels grosser als 1 ist und vorzugsweise zwischen 1,2 und 1,5 liegt. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Veglänge der sekundären Masse klein im Verhältnis zur Weglänge des Stössels ist. 5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Haltekraft auf den Stössel ausübende Mittel vorgesehen sind, die den Stössel bei seiner Rückprallbewegung von der sekundären Masse in die Ruhestellung zu bringen bzw. in der Ruhestellung zu halten vermögen. 6. Vorrichtung nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, dass die Haltekraft klein im Verhältnis zu der für den Aufzeichnungsvorgang auf den Stössel ausgeübten Antriebskraft ist. 209848/0867 7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stössel aus magnetischem Material besteht und von einer die Antriebskraft liefernden Spule umgeben ist, die für den Aufzeichnungsvorgang zu erregen ist, 8. Vorrichtung nach Ansprüchen 5 und 6, dadurch g e kennz eichne t, dass der Stössel von einer Ilaltespule umgeben ist, die weniger Amperewindungen als die Antriebsspule hat und ständig erregt ist. 9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gek ennzeichnet, dass die die Bewegung der sekundären Masse begrenzenden Mittel einen Anschlag aus Energie absorbierendem Material in einer Bewegungsrichtung der sekundären Masse aufweisen. 10. Vorrichtung nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet, dass dio die Bewegung der sekundären Masse begrenzenden Mittel je einen Anschlag aus Energie absorbierendem Material in beiden Bewegungsrxchtungen der sekundären Masse aufweisen. Neu/Schi 12. Mai 1972 209848/0867 15 g - 42 - AT: 16.05.1972 OT: 23.11.1 23732 19 2.0 1.0κ ^~—^ "0.5 1.01.8 0.91.6 031.4 0.7A /\1.2 0.61.0 0.5V X Ei ^^"^-^OB 0.406 0.3/ ^\. +Vi0-4 0.20.2 O.Iη -V, E1

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