DE2430455A1 - Zeichendrucker mit einem zeichentragenden druckrad - Google Patents

Description

Böblingen, 28. Mai 1974 hz-fr

Anmelderin: . International Business Machines

Corporation, Armonk-, N.Y. 10504

Amtl. Aktenzeichen: Neuanmeldung

Aktenzeichen der Anmelderin: EN 973 006

Zeichendrucker mit einem zeichentragenden Druckrad

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Zeichendrucker mit einem zeichentragenden Druckrad, dessen Zeichen schrittweise in die Druckposition eingestellt werden können.

Das Bedrucken von Dokumenten, wie beispielsweise Bankschecks, bei hohen Geschwindigkeiten von wenigstens 30 Zeichen pro Sekunde mit an sich bekannten Raddruckern ist problematisch. Im allge-,meinen kommen Druckräder zur Anwendung, die 14 Zeichenpositionen aufweisen, was deshalb unvorteilhaft ist, weil sich 360 Grad nicht ohne Rest durch 14 teilen lassen. Deshalb hat man eine Leerstelle im Zeichensatz vorgesehen, so daß sich 24 Grad pro Zeichen ergeben, und mit diesen 15 Positionen muß das Druckrad in weniger als 30 Millisekunden einstellbar sein, um eine Druckgeschwindigkeit von 30 Zeichen, pro Sekunde zu erreichen.

Die in derartigen Druckern zur Anwendung kommenden Schrittmotoren sind in der Ausführung mit drei und vier Phasen erhältlich. Bei der dreiphasigen Ausführung is ein 8-Grad-pro-Schritt-Motor.er-

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forderlich, bei der vierphasigen Ausführung ein 6-Grad-pro-Zeichen-Motor. Solche Motoren können zwar gebaut werden, aber die ihnen aufzuerlegenden physikalischen Beschränkungen machen sie für diese Anwendung ungeeignet. Außerdem ist ihre Schrittgenauigkeit vom Herstellungsverfahren abhängig und beträgt im allgemeinen ungefähr drei Prozent. Daraus ergibt sich, daß je kleiner die Schrittgröße, um so besser die Genauigkeit ist.

Werden zwei Zeichensätze auf dem Druckrad vorgesehen, so ergibt das 12 Grad pro Zeichen und macht entweder einen Dreiphasen-Vier-Grad-pro-Schritt-Motor oder einen Vierphasen-Drei-Grad-pro-Schritt-Motor erforderlich. Diese Versionen sind nur wenig praktischer als die 8-Grad- und 6-Grad-Ausführungen. Den meisten Dreiphasen-Motoren ist eine gewisse Instabilität eigen, die vom magnetischen Pfad herrührt, weshalb sie für Anwendungen, die hohe Anforderungen an die Genauigkeit stellen, nicht in Frage kommen. Ein 3-Grad-Vierphasen-Motor verlangt 30 Zähne am Rotor, und bei der Auslegung eines derartigen Rotors muß ein Konflikt zwischen hohem Drehmoment und kleinem Trägheitsmoment gelöst werden. Wird der günstigste magnetische Pfad vorausgesetzt, so führt das Verlangen nach höherem Drehmoment zu einem Vielfachen der Zähnezahl, was zur raschen Vergrößerung der Oberfläche führt, und damit zu einem Anstieg des Trägheitsmoments.

Im übrigen verlangen die oben erwähnten Systeme eine komplizierte Steuervorrichtung sowie einen Anlaufzyklus, um die Ungenauigkeit zwischen dem Drehfeld und der Zeichenposition zu überwinden. Die Vermeidung der erwähnten Nachteile ist Aufgabe der Erfindung.

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Diese Aufgabe wird in vorteilhafter Weise dadurch gelöst, daß ein Schrittmotor und eine Motorsteuervorrichtung zum Einstellen des Druckrades in Druckposition vorgesehen sind, und daß der Motor eine der Anzahl der pro Zeichen auszuführenden Schritte gleiche Anzahl Phasen aufweist.

In Weiterbildung des erfindungsgemäßen Zeichendruckers ist es vorteilhaft, wenn

a) dieser ein drei Zeichensätze tragendes Druckrad und einen 2-Grad-Vierphasen-Schrittmotor aufweist;

b) bei diesem die Steuervorrichtung für die Fortschaltung des Motors um vier Schritte pro Zeichen ausgelegt ist;

c) bei diesem der Motor eine Raststellung aufweist, die mit der der Mittellinie eines jeden in Druckstellung eingestellten Zeichens des Druckrades ausgerichtet ist;

d) bei diesem die Steuervorrichtung zum sequentiellen, paarweisen Erregen der Wicklungen des Motors ausgelegt ist, um ein Drehfeld zu erzeugen.

Im Falle a) ist es vorteilhaft, wenn jeder der Zeichensätze auf dem Druckrad fünfzehn Zeichen umfaßt.

Im Falle b) und c) ist es vorteilhaft, wenn der Motor so ausgebildet ist, daß er für jede Zeichenposition von seiner Raststellung einen vollen Umlauf in vier Schritten ausführt.

Im Falle d) ist es vorteilhaft, wenn im Motor einander gegenüberliegend angeordnete Wicklungen nicht gleichzeitig erregbar

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sind. "

Einzelheiten der Erfindung werden an einem in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiel in der folgenden Beschreibung näher erläutert.

In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 einen Raddrucker in schematischer Darstellung, Fig. 2 ein Schaltbild für einen Vierphasen-Motor, Fign. 3-5 verschiedene Vektordiagramme,

Fig. 6 ein Blockschaltbild einer Motor-Steuervorrichtung,

Fig. 7 schematisch die an den Elementen der in Fig. 6

gezeigten Steuervorrichtung auftretenden Impulse.

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Fig. 1 zeigt schematisch ein Druckwerk, in dem die vorliegende Erfindung Anwendung finden kann. Ein Dokument 10, z.B. ein Scheck wird zwischen

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Rollen 11 eingeführt und zwischen Leitblechen 12 zu einem Paar von Klemmrollen 43 weitergeleitet, bei denen das Dokument ausgerichtet wird. Nach der Ausrichtung läuft das Dokument zwischen ein Paar von Transportrollen 14, die von einem Schrittmotor angetrieben werden. Die Transportrollen 14 führen das Dokument schrittweise zwischen eine magnetische Schreibvor-

richtung oder Druckrad 15 und eine Druckhammereinheit 16, wo Information auf das Dokument gedruckt wird. Das Druckrad 15 wird durch einen Schrittmotor 17 angetrieben. Nach dem Drucken wird das Dokument weitertransportiert, und möglicherweise'durch andere Vorrichtungen weiterbearbeitet, die nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind und daher nicht näher beschrieben werden.

Gemäss der vorliegenden Erfindung ist das Druckrad 15 an seinem Umfang mit drei Zeichensätzen versehen, deren jeder 15 Zeichenpositionen aufweist Daraus ergibt sich, dass ein vollständiger Zeichensatz 120 Grad des Umfangs des Druckrades 15 einnimmt. Jeder Zeichensatz kann beispielsweise die Ziffern von 0 bis 9 sowie vier Symbolzeichen und eine Leerstelle umfassen.

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Der das Druckrad 15 antreibende Schrittmotor 17 ist erfindungsgemäss ein Zwei-Grad-Vierphasen-Schrittmotor. Da auf jede der 45 Zeichen-Positionen acht Grad entfallen, ergeben sich vier Motorschritte pro Zeichen und eine Drehung von maximal 56 Grad zum Einstellen eines beliebigen Zeichens.

Fig. 2 zeigt die Schaltung für die vier Wicklungen des Vierphasen-Schrittmotors 17. Der Pluspol ( + V) einer Spannungsquelle ist über einen Widerstand R mit je einem Ende der Wicklungen N und S verbunden, wobei N Nord und S Süd bedeuten. Das andere Ende der Wicklung N ist mit dem Kollektor 18 eines Transistors T 1 verbunden. Dessen Emitter 19 ist mit Masse verbunden und die Basis 20 führt zu einer Nord-Klemme 21. In ähnlicher Weise ist das andere Ende der Wicklung S mit dem Kollektor 22 eines Transistors T 2 verbunden. Dessen Emitter 23 liegt an Masse, während seine Basis 24 an eine Süd-Klemme 2 5 angeschlossen ist. Ein Kondensator C überbrückt die Kollektoren 18 und 22, um induktive Ströme abzuleiten , wenn die Wicklungen abgeschaltet werden.

Der Pluspol der Spannungsquelle ( + V ) ist über einen Widerstand R mit je einem Ende der Wicklungen E und W verbunden, wobei E Osten und W Westen bedeuten. Das andere Ende der Wicklung E ist mit einem

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Kollektor 26 eines Transistors T 3 verbunden. Dessen Emitter 27 liegt an Masse, während seine Basis 28 an eine Ost-Klemme 29 angeschlossen ist. Entsprechend ist das andere Ende der Wicklung W an einerr Kollektor 30 eines Transistors T 4 geführt. Der Emitter 31 des Transistors T 4 liegt an Masse und die Basiselektrode· 32 ist mit einer West - Klemme 33 verbunden. Ein Kondensator ,C 1 ist zwischen die Kollektoren 26 und 30 geschaltet, um die induktive Last beim Abschalten der Wicklungen E und W zu kompensieren.

Ein Eingangssignal an der Nord-Klemme 21 führt zum Einschalten des Transistors T l,so dass Strom fliesst, vom Pluspol der Spannungsquelle ( + V")', über den Widerstand R, die Wicklung N und den Transistor T 1 naqh Masse, wobei die Wicklung N erregt wird. Die Wicklungen S , E und W werden in gleicherweise erregt. Es gibt offensichtlich vier mögliche Feldkonfigurationen, wobei jeweils zwei Wicklungen gleichzeitig erregt sind. Die Wicklungen N und S sind jedoch nur exklusiv erregbar, das gleiche gilt für die Wicklungen E und W.

Der Schrittmotor 17 ist in der NE -Position eingerastet, und das Vektordiagramm (Fig.3) zeigt die 4-Schrittfolge für jede Zeichenposition. Bei Schritt 1 dreht der Motor bis zur SE - Position, bei Schritt 2 zur SW-Po-

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sition, bei Schritt 3 zur NW-Position, und bei Schritt 4 zurück zur NE-Position. Fig. 4 zeigt das gegenseitige-Verhältnis zwischen der ■Zeichenfläche 34 und der Raststellung (NE) des Motors. Es sei darauf-hingewiesen , dass die NE-Position immer mit der Mittelpunkt linie 35 eines Zeichens ausgerichtet ist. Das ist insofern wichtig, als es ermöglicht, für jedes Zeichen identische Ausgangsbedingungen zu haben, wobei Beginn und Ende jeder Bewegung identisch sind. Daraus folgt, dass ein sehr einfaches Steuerschema benutzt werden kann. Es besteht weder eine Notwendigkeit für eine Anlauf-Folge , noch gibt es eine Feld- oder Stellungsunsicherheit.

• Die Steuerschaltung für die Einstellung des Schrittmotors und des Druckrades ist in der Fig. 6 gezeigt. Fig. 7 zeigt die zugehörigen Wellenformen. Die Schaltung umfasst im wesentlichen einen Oszillator 36 einen Dämpfungs impuls -Generator 37, einen Stopimpuls-Generator und einen 2-Bit-Gray-Code-Zähler 39.Die N-, S-, E- und W-Ausgangsleitungen des Zählers sind mit den entsprechenden Eingangsklemmen 21, 25, 29, und 33 (Fig.2) der Motorwicklungen verbunden. Wie erwähnt hat der Motor in NE-Position eine Raststellung, und in dieser Position steht der Zähler 39 bei Null, und seine N- und E-Ausgangsleitungen weisen ein positives Potential auf, wodurch die Transi-

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stören T 1 und T 3 eingeschaltet werden, so dass die Wicklungen N und E des Motors 17 erregt werden. Zum Starten des Motors wird ein positiver Impuls 40 ( Fig. 7 ) an eine Eingangsklemme 41 der Motorsteuerschaltung (Fig. 6) angelegt. Dieser Impuls lässt den Oszillator anlaufen, der aus einem Paar von monostabilen Multivibratoren besteht, die eine Folge von Ausgangsimpulsen 42 liefern, solange'der Startimpuls 40 vorhanden ist. Der erste Ausgangsimpuls des Oszillators wird über ein ODER-Glied 43 zum Zähler 39 übertragen und schaltet diesen vorwärts auf die 1, O-Stellung. Dabei'nimmt die N-Ausgangsleitung negatives Potential an, die S-Ausgangsleitung nimmt wegen des Inverters 44 positives Potential an, die E-Ausgangsleitung bleibt positiv, und die W-Ausgangsleitung ist negativ wegen des Inverters Daraus resultiert, dass die S- und E-Wicklungen des Motors erregt sind und diesen in die SE-Stellung drehen lassen. Der zweite Ausgangsimpuls des Oszillators 36 stellt den Zähler 39 auf die 1,1-Stellung, wodurch die S- und W-Ausgangsleitungen positiv werden und den Motor in die SW-Position drehen.

Der Dämpfungsimpulsgenerator 37 umfasst ein Paar von monostabilen Multivibratoren, die so getaktet sind, dass nach dem zweiten Oszillatorimpuls ein Dämpfungsimpuls 46 an'den Zähler 39 übertragen wird, der

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den Zähler um einen Schritt auf die 1,0-Stellung zurückschaltet. Die ,S- und E-Ausgangsleitungen werden positiv, und der Motor wird um einen Schritt auf die SE-Position zurückgestellt. Durch diese Feldverzögeiung werden Störungen gedämpft, die beim Anlaufen des Motors auftreten können.

Der Oszillator 36 liefert kontinuierlich Fortschaltimpulse, solange an der Einga.ngsklemme 41 ein Impuls 40 anliegt. Die folgenden drei Oszillatorimpulse stellen den Zähler auf 1,1 , 0,1 und dann 0,0 , wobei der Motor auf die SW-Position, die NW-Position und dann zurück auf die NE-Position gedreht wird, und damit eine Folge für eine Zeichenstellung beendet. Um die Fortschaltung des Motors abzubrechen, wird der Impuls 40 abgeschaltet und damit der Oszillator 36 stillgesetzt, der Stoppimpuls-Generator 3P wird über einen Inverter 47 eingeschaltet. Der Generator 38 umfasst ein Paar von monostabilen Multi vibratoren, und wenn der Motor das nächste Mal 'seine SW-Position erreicht, liefern die Multi vibratoren die Stoppimpulse 48 und 49 (Fig.7). Diese Impulse stellen den Motor auf die NW-Position und dann auf die NE-Position, wo der Motor auf der Mittellinie eines Zeichens seine Raststellung hat.

Fig. 5 illustriert die Verwendung eines 2-Grad-Vierphasen-Schrittrr:otors in Verbindung mit einem Druckrad 15, das zwei Zeichensätze aufweist.

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Bei einer derartigen Anordnung ergeben sich.Unsicherheiten beim Motorfeld und bei der Stellung des Motors. Bei zwei Zeichensätzen auf dem Druckrad sind 12 Grad pro Zeichen erforderlich. Daraus folgt, dass sechs Schritte eines 2-Grad-Motors für jedes Zeichen erforderlich sind. Wenn bei jeder Einschaltung des Motors eine Rückstellung.auf die NE-Position erfolgt, kann es vorkommen, dass der Motor auf eine Zeichenmittellinie ausgerichtet ist , oder aber dass er auf einer Stellung zwischen zwei Zeichen zum Stillstand kommt, was durch die Linien 50 und 51 in Fig. 5 angedeutet ist. Um diese Ungenauigkeit zu eliminieren , muss eine Anlauffolge eingeführt werden. Auch wenn ein Druckrad mit einem Zeichensatz benutzt wird, müssen beim 2-Grad-Motor ähnliche Ungenauigkeiten beseitigt werden.

Bei der Auslegung des Motors müssen auch andere Faktoren , wie z.B. das grössere Trägheitsmoment bei Motoren mit kleineren Schritten und mehr als drei Zeichensätzen berücksichtigt werden. Für vier Zeichensätze ist bei einem 1,5-Grad-Motor das Trägheitsmoment des Typenrades angenähert dreimal so gross, wie das bei einem 2-Grad-Motor mit einem Druckrad mit drei Zeichensätzen. Ausserdem ,haben Motoren mit kleineren Schritten im allgemeinen grössere Abmessungen und sind wesentlich schwieriger herzustellen.

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Der einzige Motor, der die genannten Schwierigkeiten vermeidet, hat die gleiche Anzahl Phasen, wie Schritte pro Zeichen. Die optimale Lösung ist ein 2-Grad-Vierphasen-Motor, der vier Schritte pro Zeichen ausführt.

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Claims (8)

1. PATENTANSPRÜCHE

   Zeichendrucker mit einem zeichentragenden Druckrad, dessen Zeichen schrittweise in die Druckposition eingestellt werden können, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schrittmotor (17) und eine Motorsteuervorrichtung (Fig. 6) zum Einstellen des Druckrades (15) in Druckposition vorgesehen sind, und daß der Motor (17) eine der Anzahl der pro Zeichen auszuführenden Schritte gleiche Anzahl Phasen aufweist.
2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein drei Zeichensätze tragendes Druckrad (15), und durch einen 2-Grad-Vierphasen-Schrittmotor (17).
3. 3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß . jeder der Zeichensätze auf dem Druckrad (15) fünfzehn Zeichen umfaßt.
4. 4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuervorrichtung (Fig. 6) für die Fortschaltung des Motors (17) um vier Schritte pro Zeichen ausgelegt ist.
5. 5. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor (17) eine Raststellung aufweist, die mit der Mittellinie eines jeden in Druckstellung eingestellten Zeichens des Druckrades (15) ausgerichtet 1st.

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6. 6. Anordnung nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor (17) so ausgebildet ist, daß er für jede Zeichenposition von seiner Raststellung (ME) einen vollen Umlauf in vier Schritten ausführt.
7. 7. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuervorrichtung (Fig. 6) zum sequentiellen, paarweisen Erregen der Wicklungen (N, S, E, W) des Motors"(17) ausgelegt ist, um ein Drehfeld zu erzeugen.
8. 8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß im Motor (17) einander gegenüberliegend angeordnete Wicklungen (N und S, E und W) nicht gleichzeitig erregbar sind.

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