DE2456816A1

DE2456816A1 - Druckkopf fuer drahtdrucker

Info

Publication number: DE2456816A1
Application number: DE19742456816
Authority: DE
Inventors: Daniel P Darwin; Brandt M Griffing; Harry S Kiel
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1973-12-11
Filing date: 1974-11-30
Publication date: 1975-06-19
Also published as: BE823228A; US3897865A; JPS5091415A; FR2253629A1; GB1450346A; CA1023615A; CH576870A5; DE2456816B2; AU7422674A; NL177007B; SE7415240L; FR2253629B1; IT1022792B; DE2456816C3; ES433444A1; NL7415670A; SE401414B; JPS5642469B2; NL177007C

Description

Amtliches Aktenzeichen:

Neuanmeldung

Aktenzeichen der Anmelderin: RA 973 006 Druckkopf für Drahtdrucker

Die Erfindung betrifft einen Druckkopf für Drahtdrucker, welcher eine Vielzahl flexibler, innerhalb des Druckkopfes längsverschieb-.' barer Druckdrähte aufweist, welche durch Elektromagnete betätigbar sind. Derartige Druckköpfe finden Anwendung in Druckwerken, in welchen bei stationärem Aufzeichnungsträger der Druckkopf ver- j schiebbar angeordnet ist, sowie bei solchen Druckwerken, bei welchen bei stationärem Druckkopf der Aufzeichnungsträger seinerseits verschiebbar angeordnet ist. Der Abdruck von Zeichen erfolgt bei Drahtdruckern der hier beschriebenen Art durch selektive Auswahl einzelner Druckdrähte bei gleichzeitiger Relativverschiebung ■zwischen Aufzeichnungsträger und Druckkopf, wobei die Zeichen ma-.trixartig aus einer Vielzahl abgedruckter Punkte zusammengesetzt ■sind.

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Drahtdrucker sind in verschiedenen Ausführungen bereits bekannt geworden. In dem USA Patent 3,108,534 ist eine.frühe Form eines Matrix-Druckkopfes beschrieben, in welchem eine Vielzahl von Liruckdrähten von an einem Ende des Druckkopfes aufgefächert angeordneten Betätigungsvorrichtungen derart zwangsgeführt sind, dass sie an der Druckseite des Kopfes eine gerade Linie bilden. Ein ähnlicher Druckkopf ist im USA 3,584,575 beschrieben, bei welchem sich Führungs.kanäle für die Druckdrähte zwischen Elektromagneten und einem Mundstück entlang eines gekrümmten Pfades erstrecken, welcher zwar der freien Durchbiegung der Druckdrähte entspricht, im Mundstück jedoch in konvergierende Kanäle übergeht, welche die Drähte einander näher bringen, so dass in ihrer betätigten Position die Drähte einer geraden Linie folgen. Auch bei diesem Patent sind die Betätigungsmagnete in Form eines Fächers angeordnet, so dass die Längen der einzelnen Druckdrähte verschieden sind. Derartige Anordnungen führen zu aussergewöhnlichen Abnutzungserscheinungen an den äusseren, am meisten durchgebogenen Drähten.

Aehnliches gilt für die in den USA Patenten 3,627,096 und 3,592,311 beschriebenen Druckköpfe. Hier sind die Druckdrähte in Einkerbungen in einem massiven Führungsblock geführt, wobei die äusseren Drähte wiederum wegen ihrer stärkeren Durchbiegung einem grossen Verschieiss

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unterliegen.

Ein Versuch zur Lösung dieser Probleme wurde in dem USA Patent 3,467, beschrieben, in welchem die Drähte in einem Konus angeordnet sind, wobei die Betätigungselemente kreisförmig an einem Ende des Druckkopfes untergebracht sind und die Drähte in geraden Linien in einem Mundstück zusammenlaufen, welches ihre Richtung leicht ändert, um die Drähte zu veranlassen, auf eine gerade Linie zusammenzulaufen, wenn sie in ihrer betätigten Position sind. Bei dieser Anordnung ergeben sich zwar gleiche Drahtlängen, jedoch keine parallele Ausrichtung der Druckdrähte vor ihrem Austritt aus dem Druckkopf. Die Parallelausrichtung der Drähte vor dem Austreten aus dem Druckkopf ist wünschenswert, aber mit den beschriebenen Anordnungen schwer zu erreichen. Ausser der Parallelität der Druckdrähte und ihrer kontinuierlichen Führung von dem Betätigungselement bis zu dem dem Aufzeichnungsträger zugewandten Ende ist es wichtig, übermässiges Verbiegen der betätigten Druckdrähte zu vermeiden, da dadurch unsauberer Druck entsteht. Ausserdem muss die gegenseitige Störung der Druckdrähte durch Berührung, wie im Falle der konvergierenden Druckdrähte, verhindert werden.

Die Hauptschwierigkeiten mit den bekannten Anordnungen ergeben sich durch ungleiche Längen und ungleiche Durchbiegung der Druckdrähte,

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was zu vorzeitigem Verschleiß der am meisten beanspruchten oder ■am meisten gebogenen Drähte führt.

I Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung unter Vermeidung der genann-I ten Nachteile der bekannten Ausführungen von Draht-Druckköpfen

einen Druckkopf zu schaffen, mit dem eine bessere !Druckqualität als bisher erzielt werden kann und dessen Herstellung trotzdem einfacher ist, als bei bereits bekannten Ausführun-I
igen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß in vorteilhafter Weise dadurch gelöst, daß Führungsmittel vorgesehen sind, zum Führen der Druckdrähte in gekrümmten Bahnen, die auf einer annähernd konkaven Oberfläche eines unsymmetrischen Führungskörpers verlaufen, der , von einer kreisförmigen Grundfläche kontinuierlich in ein Rechteck , übergeht, dessen Breite angenähert dem Durchmesser eines Druckdrah-)·

tes entspricht und dessen Länge angenähert der Summe der Durchmes-'

ser der vorhandenen Druckdrähte entspricht. In weiterer Ausgestaltung ist es erfindungsgemäß vorteilhaft, wenn ;

a) die Führungsmittel einen inneren Führungskonus umfassen, der

die konkave Oberfläche definiert, und einen äußeren Konus, wel-■

eher die Druckdrähte in Rillen in der Oberfläche des inneren ι

Führungskonus zu halten bestimmt ist. j

b) oder wenn die Druckdrähte in einer am rechteckigen Ende des { Führungskörpers angeordneten Führungsnase parallel geführt sind,

c) oder wenn die Krümmung der Bahnen, in welchen die Druckdrähte ■; geführt sind, der freien Krümmung der Druckdrähte entspricht,

¹ deren eine Enden durch die Montage der Betätigungsmagnete be-

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dingt zur Achse des Druckkopfes geneigt sind, und deren -andere ι

Enden achsennah parallel geführt sind. . j

Einzelheiten der Erfindung werden nachstehend anhand der beige- j

fügten Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel erläutert. |

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In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch einen Druckkopf gemäss der vor

liegenden Erfindung;

Fig. 2 eine Rückansicht des in Fig. 1 gezeigten Druckkopfesj

Fig. 3A einen Schnitt entlang der Linie 3A-3A in Fig. 1 ··

Fig. 3B eine Ansicht des dem Aufzeichnungsträger zugewandten

Endes des Druckkopfes der Fig. 1 ;

Fign. 4A schematisch die geometrische Form der inneren und

bis 4C äusseren Führungsteile des Druckkopfes ;

Fig. 5 einen vergrösserten Schnitt durch ein Antriebselement;

Fign. 6 Einzelheiten der Befestigung eines Druckdrahtes

und 6A am Anker des Betätigungsmagneten .

Fig. 1 zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung. Der Druckkopf 1 hat eine im wesentlichen konische Form. Er kann beispielsweise aus Kunststoff hergestellt sein, wie Nylon, doch ist auch die Verwendung von Metall möglich, wobei die Entscheidung bezüglich des Werkstoffes von den Kosten und den möglichen Schwierigkeiten bei der Herstellung diktiert wird. Der Druckkopf 1 besteht im wesentlichen aus 2 Teilen, nämlich einer Drahtführung 2 und einem die Antriebs vorrichtungen für die Druckdrähte enthaltenden Teil 3. Die Drahtführung 2

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bgsteht aus einem äusseren Konus 31 (Fig. 1) und einem inneren Konus mit Rillen zum Führen der Drähte, dargestellt in der Fig. 4. Eine Vielzahl von einzelnen Drähten 4 ist in einer kreisförmigen Konfiguration am Antriebsteil 3 des Druckkopfes 1 angeordnet. Die kreisförmige Anordnung der Antriebselemente ist in Fig. 2 dargestellt. Jeder einzelne Draht 4 passiert eine Oeffnung 5 in einen zugeordneten, fest angeordneten Polstück 6 und endet in einem beweglichen Anker 7, an welchem er auf eine später zu beschreibende Art befestigt ist. Der Anker 7 besteht aus Weicheisen. Er ist zusammen mit dem Polstück 6 in der Oeffnung einer ringförmigen elektromagnetischen Spule·8 angeordnet, die auf einen Spulenkörper 9 gewickelt ist, dessen hohler innererTeil den Kern und Luftspalt der elektromagnetischen Antriebsvorrichtung für den Druckdraht bildet. Wie Fig. 5 zeigt, ist eine Druckfeder 10 in einer Bohrung 11 des ortsfesten Polstücks 6 angeordnet. Die Feder 10 liegt am Anker 7 an. Die Druckfeder 10 ist beim Zusammenbau des Druckkopfes unter Druck und das Polstück 6 ist in einem Bügel 17 durch Klemmen oder Verschrauben unverschiebbar gehalten. Der Anker 7 hat innerhalb des Spulenkörpers 9 soviel Spiel, dass er sich frei bewegen kann.

Unter dem Einfluss der Druckfeder 10 wird der Anker 7 in der Darstellung der Fig. 1 nach links gehalten, wobei der zugeordnete Draht 4 bezüglich

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der Mündung 12 des Druckkopfes 1 sich in seiner zurückgezogenen Stellung befindet. Der Anker 7 wird durch einen Amboss 13 gehalten, der aus nicht-magnetischen Material, wie beispielsweise Wolframkarbid oder einem ähnlich harten Material besteht, um der Abnutzung zwischen der Schlagfläche des Ankers 7 und dem Amboss 13 zu widerstehen. Jeder Amboss 13 ist durch einen Arm einer vielarmigen Blattfeder 14 federnd gehalten. Die Blattfeder 14 ist an der Rückseite des Antriebteils 3 des Druckkopfes 1 mittels einer Schraube 15 und einer Platte 16 befestigt, so dass der Amboss 13 mit Druck an der Rückseite 18 des Elektromagneten anliegt. Der C-förmige magnetische Pfad des Elektromagneten besteht aus dem L-förmigen Bügel 17 und dem geraden Teil 18, die beide aus ferromagnetischem Material hergestellt sind. In dem Teil ist eine Oeffnung vorgesehen, in welcher eine Verlängerung des Spulenkörpers 9 zentriert ist. Die Spule 8 kann beispielsweise 23 0 Windungen Kupferdraht aufweisen und an eine Stromquelle angeschlossen sein, die Stromimpulse von etwa 3,5 Ampere bei 24 Volt mit einer Dauer von 375 Mikrosekunden liefert. Mit diesen Werten erzeugt die Spule genug Kraft am Anker 7, um die Kraft der Feder 10 zu überwinden und dem Anker zu gestatten, sich soweit nach rechts zu bewegen, bis er an das ortsfeste Polstück 6 anstösst, so dass der ihm zugeordnete Druckdraht 4 aus der Mündung 12 des Druckkopfes 1 hervorragt. Auf einer Leiterplatte

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diß SferömaufUhrungen für sämtliche Spulen θ und die' üblichen Unterdrücker -Dioden untergebracht. Die einzelnen Teile, aus denen der Antriebsteil 3 des Druckkopfes 1 besteht , sind auf einem Chassis 19 angeordnet, dass als Flausch an der Rückseite des inneren Konus 28 der Drahtführung 2 ausgebildet sein kann (Fig. 4 ).

Damit ergibt sich eine Struktur mit sehr kleiner Masse, was den Druckkopf für eine Vielzahl von Anwendungen geeignet macht, insbesondere in Druckwerken bei denen ein entlang der Druckzeile verschiebbarer Druckkopf erforderlich ist, da nur sehr wenig Kraft für diese Verschiebung aufgewandt werden muss. Die Vorteile verschiebbarer Druckköpfe mit sehr kleiner Masse liegen auf der Hand.

Die einzelnen Druckdrähte 4 bestehen vorzugsweise aus Wolframkarbid und haben einen Durchmesser von ungefähr 0,3 mm ,so dass sie sehr flexibel sind und dem zu beschreibenden gekrümmten Pfad leicht angepasst werden können. Eine Tellerfeder 21 ist zwischen dem Bügel 17 und dem Spulenkörper 9 angeordnet , um den letzteren gegen das Teil zu halten, wenn die Spule 8 unter Strom steht.

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In Fig. 2 ist die Rückseite des in Fig. 1 gezeigten Druckkopfes dargestellt. Die nicht-magnetischen Ambosse 13, die Blattfeder 14 sowie die Platte 16 und Schraube 15 sind dargestellt. Der Druckkopf weist acht symmetrisch angeordnete Ambosse 13 auf, die acht Antriebseinheiten entsprechen. Demnach weist das bevorzugte Ausführungsbeispiel acht Druckdrähte 4 auf, es ist jedoch bekannt, das.s die Anzahl der Drähte den jeweiligen Gegebenheiten, beispielsweise den Charakteristiken verschiedener Schriftarten angepasst .werden kann. Fig. 3a zeigt einen Schnitt durch die Mündung 12 des Druckkopfes 1 mit den in der Drahtführung 2 ruhenden Druckdrähten 4. Die Enden der Druckdrähte sind bei ihrem Austritt aus der Mündung 12 parallel, aber sie liegen nicht auf einer vertikalen Linie, sondern sind leicht nach rechts und links von der Vertikalen versetzt. Fig. 3b zeigt eine einfache Anordnung von Löchern in einer Führung 24 , die am Ende der Drahtführung 2 befestigt ist, welche die Drähte in eine vertikale Linie ausrichtet.

Da die einzelnen, aus der Drahtführung 2 hervorragenden Druckdrähte 4 parallel sind, treten im ungeführten Teil der Drähte zwischen dem Ende der Drahtführung 2 und der Führungsnase 24 keine wesentlichen Biegekräfte auf, welche die Drähte veranlassen könnten von ihrer parallelen Ausrichtung abzuweichen oder durch gegenseitige Berührung einem

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g pi« unterliegen. Es kann imte&aen Jüf eine geeignete

Schmierung der einzelnen Drähte 4 gesorgt werden, indem in der Führungsnase 24 eine Ausnehmung 2 5 vorgesehen wird, in welche ein mit einem Schmiermittel gesättigtes Material eingesetzt werden kann, welches in einer Oeffnung 26 mit der freien Länge der.Drähte in Kontakt kommt. Bei dem mit Schmiermittel getränkten Material kann es sich beispielsweise um ein einfaches Filzkissen handeln.

Beim Zusammenbau des Druckkopfes 1 werden die Drahtführung 2 mit ihrer Führungsnase 24 und der äussere Konus 21 mittels Schrauben 20 mit dem inneren Konus 28 verschraubt. Die Leiterplatte 35 wird zwischen den äusseren Konus 31 und das Chassis 19 des inneren Konus 28 eingeklemmt. Dann werden die L-förmigen Bügel 17 des magnetischen Kreises sowie die ortsfesten Polstücke 6 eingesetzt. Dann werden die Tellerfedern 21 und die Spulenkörper 9 auf die Polstücke 6 aufgesetzt. In jedem der Anker 7 ist eine Eindrehung vorgesehen in welche die in einem Messingring 33 gehaltenen Druckdrähte 4 in Kunststoff 34 eingebettet sind . Die Anker 7 werden nun eingesetzt , wobeidie Druckdrähte durch die Oeffnungen 5 in den Polstücken 6 hindurchragen, in den Rillen der Drahtführurig 2 ruhen und in der Führungsnase 24 geführt sind. Schliesslich wird der magnetische Kreis eines jeden der Elektromagnete durch Aufsetzen der Teile 18 ver-

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vollständige Die Ambosse 13 werden mittels eines Zapfens 27 an der Blattfeder 14 befestigt und durch die Platte 16 sowie die Schraube 15 an ihrem Platz gehalten. Damit ist der Zusammenbau des Druckkopfes 1 beendet. Die einzelnen Druckdrähte 4, die nach dem Zusammenbau des Druckkopfes weiter als nötig aus der Führungsnase 24 hervorragen , werden auf gleiche Länge abgeschliffen, so dass sie ungefähr 0,075 mm aus der Führungsnase 24 hervorstehen.

In den Fign. 4A - 4C ist ein typischer innerer Konus 28 mit einem darüber liegenden äusseren Konus 31 dargestellt. Obwohl der innere Konus 28 bisher als "konisch" beschrieben worden ist, sei darauf hingewiesen, dass seine Oberfläche in verschiedener Hinsicht von einer wahren konischen Form abweicht . Die Oberfläche des Konus 28 kann beschrieben werden als Uebergang einer kreisförmigen Ebene an einem Ende in eine der Ebene parallele Linie am anderen Ende, deren Länge kleiner als der Durchmesser des'Kreises der ersten Ebene ist (und wobei die Linie als entarteter Kreis aufgefasst werden kann). Bei einem Druckkopf mit acht Druckdrähten, wie im bevorzugten Ausführungsbeispiel, ergibt sich daher eine Art sternförmiger Grundriss, wie das die Fig^ 4A zeigt. Von der kreisförmigen Ebene 29 ausgehend hat der Konus eine konkave Oberfläche, in welche Rillen 30 eingearbeitet sind, die sich bis zur Führungsnase 24 erstrecken,

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We sie parallel und nahezu colinear sind , wie das die Fieier H Wegen der versetzten Anordnung der Druckdrähte gemäss Fig. 3A endet der Konus 28 in einem schmalen Rechteck ausserhalb dessen die Druckdrähte 4 ein Stück weit ungeführt sind, bevor sie in die Führungsnase 24 eintreten. Der Konus 2-8 kann ein Kunststoff-Pressteil sein, wobei die Rillen 3 0 bereits beim Pressvorgang hergestellt werden können. Zur Gewichtserspranis können die Rillen 30 auf schmalen Rippen angeordnet sein, zwischen denen das Material weitgehend weggelassen ist. Die Rücken der Rippen folgen dabei der beschriebenen konkav - konsichen Form. Die Krümmung der konkaven Form des Konus 28 wird bestimmt durch die räumliche Anordnung der Antriebsmagnete auf dem Chassis 19 des Druckkopfes sowie durch die freie Durchbiegung der einzelnen Druckdrähte über die Länge zwischen den Anpriebsmagneten und dem Eintritt der Drähte in die Führungsnase 24. Je kürzer die Drähte, .um so kleiner ist der Krümmungsradius für eine vorgegebene Anordnung der Antriebsmagnete. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die einzelnen Druckdrähte etwa 7,5 cm lang und der Durchmesser des Chassis 19 beträgt angenähert 6 cm. Die Länge des schmalen Rechtecks in welches die Drähte entlang ihres konkaven Pfades schliesslich konvergieren beträgt angenähert 2,5 mm, was der Höhe der zu druckenden Zeichen entspricht, wobei die acht Druckdrähte 4 je einen Durchmesser

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von etwa 0,27 mm aufweisen.

Der äussere Konus 31 kann eine beliebige äussere Gestalt aufweisen. Aus Gründen der Gewichtsersparnis sollte er auch äusserlich eine konische Form haben, da seine innere Oberfläche naturgemäss so gestaltet sein muss, dass sie der Kontur des inneren Konus 28 angepasst ist.

Das Chassis 19, auf welchem die Antriebsmagnete befestigt sind, wird vorzugsweise als integraler Teil des inneren Konus 28 ausgebildet, wie das in den Figuren 4B und 4C dargestellt ist. Das erleichtert die Konstruktion und schafft eine gute Möglichkeit zur Befestigung des äusseren Konus 31 mittels der Schrauben 20, wie das die Fign. 1 und 4B zeigen und gestattet ferner die genaue Ausrichtung der Antriebsmagnete bezüglich der Rillen 30.

Offenbar ist der beschriebene Druckkopf gleichermassen anwendbar in Druckwerken, mit beweglichem wie ortsfestem Druckkopf. Die Herstellung dieses Druckkopfes ist ebenfalls sehr vereinfacht , da er im wesentlichen nur 2 Kunsstoff-Pressteile für die Drahtführung aufweist. Wie erwähnt, haben die Druckdrähte des beschriebenen Kopfes etwa gleiche Länge

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und gleiche Durchbiegung sowie eine kontinuierliche Führung vom Antriebsendc bis zu dem Punkt, an welchem die Drähte parallel zu- einander ausgerichtet .sind. Die Einfachheit der Konstruktion sowie die Gleichheit der auftretenden Spannungen garantieren eine lange Lebensdauer. '

Die Verwendung von aus Kunststoff gepressten Führungsteilen führt zu einer Reduktion der Grosse und Verringerung der Masse des Druckkopfes. Nach den Lehren der vorliegenden Erfindung hergestellte Druck köpfe mit Druckdrähten haben nach 3 χ 10 ° Druckzyklen für jeden Druckdraht noch einwandfrei funktioniert. Diese Druckköpfe waren etwa 10 cm lang , bei einem Chassis-Durchmesser von 6 cm , wobei der Biegeradius für.die am Kopf parallel austretenden Druckdrähte etwa 15 cm beträgt. Die Gesamtmasse eines solchen Druckkopfes beläuft sich auf etwa 210 g . -

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Claims

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PATENTANSPRÜCHE

Druckkopf für Drahtdrucker, mit einer Vielzahl flexibler, längsverschiebbarer Druckdrähte, welche durch Elektromap,-nete betätigbar sind, gekennzeichnet durch Führungsmittel (2, 28, 30, 31) zum Führen der Druckdrähte (4) in gekrümm-. ten Bahnen, die auf einer annähernd konkaven Oberfläche eines unsymmetrischen Führungskörpers (28) verlaufen, der von einer kreisförmigen Grundfläche kontinuierlich in ein Rechteck übergeht, dessen Breite angenähert dem Durchmesser j eines Druckdrahtes (4) entspricht, dessen Länge angenähert ·

i der Summe der Durchmesser der vorhandenen Druckdrähte (4) I

entspricht. j

Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsmittel (2, 28, 30, 31) einen inneren Führungskonus (28) umfassen, der die konkave Oberfläche definiert, und einen äußeren Konus (31), welcher die Druckdrähte (4) in Rillen (30) in der Oberfläche des inneren Führungskonus (28) zu halten bestimmt ist.

Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckdrähte (4) in einer am rechteckigen Ende des Führungskörpers (28) angeordneten Führungsnase (24) parallel geführt sind.

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Anordnung nach Anspruch I₃ dadurch gekennzeichnet, daß
die Krümmung der Bahnen, in welchen die Druckdrähte (4) ge-!

führt sind, der freien Krümmung der Druckdrähte (4) ent- j

spricht, deren eine Enden, durch die Montage der Betäti- 1

gungsmagnete (7, β, 17, 18) bedingt, zur Achse des Druck- i

kopfes (1) geneigt sind, und deren andere Enden achsennah j

parallel geführt sind. . > ,

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