DE2506662B2 - Punktmatrixdrucker - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft einen Punktmatrixdrucker gemäß Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Ein solcher Drucker ist aus der FR-PS 21 61 289 bekannt

Bei dem bekannten Drucker läuft die Leitspindel ununterbrochen, und für den Druckvorgang wird über das Tastenfeld die Führungsmutter mit der Leitspindel in Verbindung gebracht und aus ihr ausgerückt, damit jedes einzelne Zeichen gedruckt werden kann. Es wird dazu ein zusätzlicher Kommutator benötigt, der für die Synchronisierung der Bewegung der Führungsmutter in und außer Eingriff mit der Leitspindel sorgt, um ein störungsfreies Ineinandergreifen zu gewährleisten, wogegen während des eigentlichen Drückens der Druckkopf nicht mit der Leitspindel in Verbindung steht, damit er nicht weggezogen wird. Der ununterbrochene Lauf der Leitspindel macht eine Klinkenanordnung erforderlich, damit der Druckkopf nach dem Drucken eines Zeichens nicht wieder in seine Ausgangsposition gezogen wird. Während der kontinuierlichen Drehung der Leitspindel benötigt diese für ihren Antrieb ständig Energie, so daß der Drucker an eine große Energiequelle, vorzugsweise an das Netz, angeschlossen sein muß.

Aus der DE-AS 12 21649 ist ein mit Drucknadeln ausgestatteter Punktmatrixdrucker bekannt, in welchem während des Zeilenrücklaufs des Druckkopfes das Nadelpaket zurückgezogen wird. Ein solcher Druckkopf besitzt einen verhältnismäßig komplizierten Mechanismus, was zu einem beträchtlichen Gewicht und entsprechender Trägheit bei der Beschleunigung des Druckkopfes führt, so daß entweder der Drucker zu langsam arbeitet oder größere Antriebskräfte und damit ein höherer Energieverbrauch benötigt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Punktmatrixdrucker der eingangs bezeichneter Art zu schaffen, der nicht nur mit geringem Aufwand herstellbar ist sondern sich vor allem durch niedrigen Energiebedarf auszeichnet, so daß das Gerät mit einer Batterie gespeist und damit tragbar ausgebildet werden kann.

Die Lösung dieser Aufgabe geschieht mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs.

Im Gegensatz zu dem eingangs erwähnten bekannten Gerät sind weder dessen Klinkenanordnung noch der zusätzliche Kommutator erforderlich, da der Druckkopf allein durch die Leitspindel während des Vorschubs in Schreibrichtung gesteuert und somit auch während des Drückens in Ruhe gehalten wird. Der Druckkopf muß nicht wie bei dem bekannter Gerät für hinreichend genaue Schrittbewegungen mit beträchtlicher Reibung geführt sein, derer Überwindung einen zusätzlichen erheblichen Energieverbrauch bedeuten würde.

Die Ausrüstung des Druckkopfes mit Dünnschichtwiderstands-Druckelementen für das Drucken auf wärmeempfindlichem Material gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist an sich bekannt aus der DE-AS 11 78 241.

Bei dem hier beschriebenen Drucker ist dies aber besonders vorteilhaft, weil derartige Druckelemente ohne Abheben über das thermisch empfindliche Druckpapier bewegt werden können und dabei weder Schreibspuren hinterlassen noch das Druckpapier beschädigen.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.

Es zeigt F i g. 1 eine perspektivische Ansicht eines Datenendstellengerätes mit einem Punktmatrixdrucker gemäß der Erfindung; Teile des Gehäuses des Gerätes sind weggebrochen, um Einzelheiten des inneren Aufbaues sichtbar zu machen;

F i g. 2 eine perspektivische Ansicht von Teilen des Gerätes gemäß F i g. 1 einschließlich des Druckkopfes

mit dem zugehörigen Antriebsmechanismus;

F i g. 3 ein Teilschnitt in der Ebene 3-3 der F i g. 2, der die Anordnung des Druckkopfes und der Halterungsvorrichtung für das wärmeempfindliche Papier in bezug aufeinander zeigt;

F i g. 3A ein Teilschnitt, in der der Druckkopf in seiner vom Papier abgehobenen Lage dargestellt ist;

Fig.4 eine auseinandergezogene perspektivische Teildarstellung des Antriebsmechanismus für den Papierschub;

F i g. 5 eine Seitenansicht der Papieranlagefläche des Druckkopfes;

F i g. 6 eine schematische Darstellung der Aufzeichnung von Buchstaben auf dem Papier mittels des Druckkopfes; und

Fig.7 eine schematische Gesamtdarstellung der verschiedener mechanischen und elektrischen Teile eines Datenendstellengerätes und einer zugehörigen EDV-Anlage.

Das in F i g. 1 dargestellte Datenendsteliengerät hat etwa die Form und Größe einer kleinen tragbaren Schreibmaschine, und für die Verwendung mit genormten, ca. 21,5 cm breitem wärmeempfindlichem Papier kann das ganze Gerät eine Grundfläche von etwa 25 mal 23 cm und eine Höhe von etwa 7,5 cm haben. Das Gerät hat ein vorzugsweise aus einem einstückigen Kunststoffteil gebildetes Hauptgehäuse 10 mit einem Boden und hochstehenden Seitenteilen. Zwischen den Seitenteilen ist eine in F i g. 1 nur zum Teil dargestellte Tastatur 12 angeordnet, sie kann entfernt werden, wenn Zugang zu dem inneren elektrischen und mechanischen Mechanismus gewünscht wird. Am linken Ende des Gehäuses 10 befindet sich eine teilweise weggebrochen gezeichnete Endkappe 11, die durch Lösen von Schrauben ebenfalls entfernt werden kann, so daß der ganze Mechanismus des Gerätes zugänglich ist.

Die Tastatur 12 kann eine ebene Kunststoffplatte enthalten, die eine Anzahl von Tasten 16 aufnimmt, deren Oberseiten alphanumerische Zeichen oder andere Angaben tragen. Beim Niederdrücken einer Taste 16 wird ein dieser individuell zugeordneter Stromkreis erregt, wie noch erläutert werden wird.

Bei Betätigung einer einem alphanumerischen Zeichen entsprechenden Taste 16 wird ein Druckkopf 18 über einen gegenüberliegenden Teil eines wärmeempfindlichen Papieres P in Bewegung gesetzt. Der Druckkopf 18 ist schwenkbar und verschiebbar auf einer als Führungsstange ausgebildeten Schwenkhalterung 20 gelagert, die sich vom einen plattenartigen Seitenteil des Gehäuses 10 zum anderen erstreckt, und enthält eine Führungsmutter 22 die mit einer Leitspindel 24 in Eingriff gebracht werden kann, die drehbar in den Seitenteilen gelagert ist Wenn sich also die Leitspindel 24 dreht, bewegt sich der Druckkopf 18 quet über die Einheit und damit über das Papier P, gegen das normalerweise sein oberes, vorspringendes Ende durch eine einfache Feder 26 gedrückt wird. Die Steigung der Gewindegänge der Führungsmutter 22 und der Leitspindel 24 ist so gewählt, daß der Druckkopf durch eine ganze Zahl von Umdrehungen (z. B. zwei Umdrehungen) der Leitspindel um eine Strecke über das Papier P bewegt wird, die einem zu schreibenden Zeichen entspricht.

Zum Transport des Druckkopfes um die einem Zeichen entsprechende Strecke wird bei jeder Betätigung einer entsprechenden Taste 16 der Tastatur 12 ein Gleichstromimpuls einem kleinen Gleichstrommotor 28 zugeführt, der an der einen Seitenwand des Gehäuses angebracht ist, über einen Riementrieb mit der Leitspindel 24 verbunden ist und durch den Impuls für den gewünschten Vorschub des Druckkopfes 18 gespeist wird. Eine wenigstens annähernd konstante Geschwindigkeit des Druckkopfes über das Papier läßt sich dadurch leicht erreichen, daß man die dem Motor für jeden Zeichenschritt zugeführte Energie entsprechend steuert. Am Ende der Leitspindel 24 ist ferner ein kleines Zahnrad 32 angebracht, das mit einem größeren Zahnrad 34 kämmt, welches auf einem Wellenstummel 36 montiert ist, der ferner ein Klinkenrad 38 sowie einen Kommutator 40 trägt, auf dessen Oberfläche sich eine Anzahl von Kontakten 42 befindet, auf denen eine Bürste 44 schleift, die elektrisch mit einer Betätigungsschaltung für die elektrische Erregung und Erhitzung der Elemente des Thermodruckkopfes verbunden ist, wie noch näher erläutert werden wird. Das Klinkenrad 38 wird normalerweise durch eine Sperrklinke 46 an einem schwenkbar gelagerten Hebel 48 gesperrt, der in seine sperrende Stellung durch eine kleine Feder 50 gedrückt wird. Die Kraft der Feder wird kurzzeitig durch einen kurzen Gleichstromimpuls überwunden, der einem an der Seilenwand angebrachten zweiten Gleichstrommotor 52 gleichzeitig mit dem Impuls für den die Leitspindel antreibenden Gleichstrommotor 28 zugeführt wird, so daß die Klinke 46 momentan ausrastet und auf der Oberfläche des Klinkerades 38 gleitet, bis diese eine vollständige Umdrehung ausgeführt hat, und dann ein weiteres Drehen verhindert. Auf diese Weise kann ein ganz bestimmter Drehwinkel der Leitspindel auch ohne Verwendung eines teueren Schrittmotors oder entsprechender Einrichtungen erreicht werden, wobei eine exakte Fehlerkorrektur möglich ist. Es sei darauf hingewiesen, daß der zweite Gleichstrommotor 52 in der Praxis wie eine Magnetspule arbeitet und hinsichtlich der Betätigung der Sperrklinke 46 auch durch eine solche ersetzt werden kann.

Durch Wahl des Übersetzungsverhältnisses des Zahnradgetriebes kann erreicht werden, daß die Leitspindel 24 bei einer Umdrehung des Kommutatorzahnrades 34 genau ein bestimmtes Vielfaches einer Umdrehung, z. B. zwei Umdrehungen, ausführt.

Nachdem der Druckkopf 18 durch eine Folge von Umdrehungen der Leitspindel 24 bis zur rechten Seite des Papiers ρ transportiert worden ist und also eine Druckzeile aufgezeichnet hat, kann eine in der Tastatur 12 enthaltene Rücklauftaste betätigt werden, um einen dritten, ebenfalls an der linker Seitenwand befestigten Gleichstrommotor 54 zu erregen, der über ein Gelenkgestänge 56 mit einer Winkelstange 58 verbunden ist, die parallel zur Führungsstange der Schwenkhalterung 20 verschiebbar durch eine öffnung im Druckkopf 18 führt und diesen aus der Berührung mit dem Papier wegzuschwenken gestattet, wie am deutlichsten aus Fig.3A ersichtlich ist. Beim Wegschwenken wird der Druckkopf 18 gleichzeitig von der antreibenden Leitspindel 24 abgekuppelt und kann dann durch eine einen dauernden Zug ausübende Rückstellfeder 60, die zwischen den Druckkopf 18 und die linke Seitenwand eingespannt ist, quer über das Papier zurücktransportiert werden, so daß er dann wieder bereit ist, eine neue Zeile auf dem Papier aufzuzeichnen. Ein erneuter Eingriff der Führungsmutter 22 in die Leitspindel 24 ist automatisch gewährleistet, da die Leitspindel, die einen bestimmten Einrückpunkt für den Druckkopf hat, im Verhältnis 1 :1 bezüglich der Anhaltpunkte der verschiedenen Zeichenschritte des

Druckkopfes eingestellt ist.

Fig.3 zeigt, daß der Druckkopf 18 aus einem Basisteil, der längs der Führungsstange der Schwenkhalterung 20 gleitet und die offene, an der Leitspindel 24 angreifende Führungsmutter 22 enthält, und einem schwenkbaren Vorderteil 62 besteht, dessen Ende durch eine kleine Feder 66 federnd an das über die Unterlageplatte 64 geführte Papier /"gedrückt wird. Die Feder 66 ist einstellbar, um währerd des Aufzeichnungsvorganges den gewünschten Kontakt und Anpreßdruck zwischen Kopf und Papier zu gewährleisten.

Das Papier P wird von einer Vorratsrolle R abgezogen, die auf einer sich von der einen zur anderen Seitenwand des Gehäuses 10 erstreckenden Welle 68 gelagert ist, und läuft dann über eine Papierführung 70 und die Unterlagepaltte 64, wo es in Berührung mit dem Druckkopf 18 gelangt. Das Papier P läuft dann weiter über eine Transportrolle 72, gegen die es kraftschlüssig durch eine Andruckrolle 74 gedrückt wird, und tritt schließlich an einer für den Benutzer sichtbaren Stelle aus.

Für das Drehen der Transportrolle 72 um einen einem Zeilenabstand entsprechenden Betrag ist in der Tastatur 12 eine spezielle Taste.vorgesehen, bei deren Betätigung ein Impuls einem vierten Gleichstrommotor 76 zugeführt wird, der über ein Gelenkgestänge 78 mit einer Antriebsscheibe 80 verbunden ist, die ihrerseits über eine Einwegkupplung 84 mit einem Papiervorschubrad 82 gekoppelt ist, die sich alle, wie am besten aus F i g. 4 ersichtlich ist, auf einer Welle 86 der Transportrolle 72 befinden. Nachdem das Papier P um die eine Zeile entsprechende Strecke weiter transportiert und der Motor 76 entregt worden ist, wird die Antriebsscheibe 80 durch eine mit dem Gelenkgestänge 78 verbundene schraubenförmige Feder 81 wieder in die Ausgangslage zurückgeführt. Um einen genauen Vorschub- der Transportrolle zu gewährleisten, sind an der Seite des Gleichstrommotors 76 kleine Anschläge 88 vorgesehen, die den Winkel bei der jeder Erregung eintretenden Drehung begrenzen. Vorzugsweise ist auf der Welle 86 der Transportrolle noch eine zweite Einwegkupplung 90 angeordnet, die verhindert, daß die Transportwalze 72 durch die Wirkung der Feder 81 zurückgedreht wird. Die äußere Umfangsfläche des Papiervorschubrades 82 ist durch den oberen Teil des Gehäuses 10 zugänglich, so daß das Papier auch leicht von Hand weiter transportiert werden kann.

Die das Papier berührende Seite des Druckkopfes 18 ist in Fig.5 stark vergrößert dargestellt. Der Druckkopf 18 hat Anschlußbuchsen 92, die elektrisch mit Goldleitungen 94 verbunden sind, welche als dünne Schicht auf ein Substrat aus Keramik, Glas oder anderem Isoliermaterial geeigneter Dicke aufgebracht, z. B. aufgedampft sind. Die Goldleitungen sind jeweils individuell mit ihren Enden an in einer vertikalen Spalte angeordnete Dünnschichtwiderstände 96 angeschlossen, die ihrerseits mit einer gemeinsamen Masseleitung 98 verbunden sind und aus Chrom, Molybdän oder einem anderen Material mit vorgegebenem Widerstandswert bestehen, so daß jeder Dünnschichtwiderstand durch einen vorgegebenen Strom innerhalb einer Zeitspanne zwischen 2 und 4 Millisekunden auf die für die Aufzeichnung erforderliche Temperatur von 17O⁰C erwärmt werden kann. Wenn z. B. als Stromquelle eine 5-Volt-Batterie 100 (Fig. 1) verwendet wird, wird die Dicke der Widerstandsschichten so gewählt, daß sich ein Widerstandswert von etwa 20 Ohm ergibt. Die körrjerliche Masse solcher Dünnschichtwiderstände % ist sehr gering, und ihre Abkühlzeit wird daher ebenfalls im Bereich von etwa 2 bis 4 Millisekunden liegen, insbesondere da sich der Druckkopf in Berührung mit dem Papier P befindet, das als Kühlkörper wirkt. Die Kühlung wird außerdem durch die Bewegung des Druckkopfes weiter beschleunigt. Wenn der Druckkopf 18, wie dargestellt, eine vertikale Spalte mit neun Dünnschichtwiderständen 96 enthält wird vorzugsweise eine 7 χ 9- Punktmatrix für jedes aufzuzeichnende

ίο Zeichen erzeugt, und man kann mit einer Schreibgeschwindigkeit von ungefähr 30 Zeichen pro Sekunde arbeiten, was für die meisten Anwendungen mehr als ausreichend ist. Selbstverständlich kann man bei entsprechender Erhöhung des Aufwandes zwei oder mehr vertikale Widerstandsspalten auf dem Druckkopf vorsehen und dadurch die Aufzeichnungsgeschwindigkeit entsprechend erhöhen. Die Herstellung des beschriebenen Druckkopfes ist verhältnismäßig billig.
Versuche haben gezeigt, daß sich nicht nur hohe Schreibgeschwindigkeiten erreichen lassen, sondern daß nur eine geringe Energie von etwa 3 bis 5 W- ms zur Aufzeichnung eines Punktes benötigt wird, so daß man für ein Zeichen im Mittel nur eine Heizenergie von 30 bis 60 W · ms benötigt. Eine lange Lebensdauer der verwendeten Batterie ist daher gewährleistet

Wenn eine bestimmte Taste gedrückt und der Vorschub des Druckkopfes 18 über das Papier für eine einem Zeichen entsprechende Strecke eingeleitet wird, stellt der Kommutatorkontakt die richtige Erregung der in einer vertikalen Spalte angeordneten Dünnschichtwiderstände 915 in jeder der sieben Positionen sicher, und es ergibt sich eine Punktmatrix für die jeweiligen Zeichen, wie sie beispielsweise in F i g. 6 dargestellt ist. Mit der beschriebenen speziellen Punktmatrix lassen sich alle alphanumerischen Zeichen in einer sehr gut lesbaren Weise wiedergeben. Die Lesbarkeit der Zeichen wird dadurch noch verbessert, daß man ein gewisses Verschmieren von horizontalen Linien während des Aufzeichnens zuläßt, so daß sich der Eindruck einer durchgehenden Linie ergibt.

Da der Druckkopf 18 während seiner Bewegung über das Papier in Berührung mit diesem bleibt, wird seine Berührungsfläche vorzugsweise mit einer dünnen Schicht eines verschleißfesten Materials überzogen.

Hierfür kann beispielsweise eine 100 bis 200 A dicke Schicht aus Saphir, Aluminiumoxid od. dgl. verwendet werden.

Der Betrieb des Datenendstellengerätes als ganzes läßt sich am besten anhand der schematischen

so Darstellung gemäß F i g. 7 erläutert. Bei Betätigung einer Taste 16 wird ein konventioneller Codierer 102 betätigt, der ein spezifisches Binärcodezeichen (ASCII-Code) erzeugt, das dann abgetastet und zur Modulator einer Trägerschwingung in einem FM-Sendeempfängei 104 verwerdel wird. Die vom Sendeempfänger 104 abgestrahlte Energie wird von einem Sendeempfängei 106 empfangen, der mit einem Rechner 108 an einei Zentralstation verbunden ist Die erzeugten Dater werden zum örtlichen Sendeempfänger 104 zurück

eo übertragen und über den nun als Decodierer arbeiten' den Codierer 1102 einer Speichereinheit 110 zugeführt die die Daten für die anschließende Erregung vor Treibern 112 !speichert, die an einen üblichen Impuls generator 116 angeschlossen sind und die einzelner DUnnschichtwiderstände % in der Spalte des Druck kopfes 18 erregen. Der Docierer 102 steuert fernei einen Steuerimpulsgenerator 118 für die Betätigung dei Motoren für den Vorschub und das Anhalten dei

Druckkopfes, so daß sein Vorschub und eine Drehung des Kommutators 40 bewirkt werden, welcher über einen Zähler 114 die Abgabe von Steuersignalen vom Speicher 110 zu den Treibern 112 für die Dünnschichtwiderstände 96 des Druckkopfes steuert.

Wie in Fig. 7 angedeutet ist, kann wahlweise eine direkte Verbindung zwischen Codierer und Drucker oder eine indirekte Verbindung über eine Fernleitung zu einem Rechner hergestellt werden.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Punktmatrixdrucki;r, der in einem Druckkopf wenigstens eine vertikale Spalte mit Druckelementen zum zeilenweisen Drucken von mehrere vertikale Spalten breiten Zeichen aufweist, wobei eine Leitspindel sich parallel zur Druckzeile erstreckt, von einem Antriebsmotor drehbar ist und in eine auskuppelbare Führungsmutter am Druckkopf eingreift, eine Rückholfeder vor dem Druck einer Zeile den Druckkopf in die Zeilenanfangsstellung bringt, eine synchron mit der Leitspindel umlaufende Kommutatorscheibe vorgesehen ist mit einer Kommutatorteilung, die einer Druckkopfver-Schiebung von einem Spaltenschritt entspricht, und eine Abtastbürstenanordnung die Kommutatorscheibe abtastet und Spaltensignale erzeugt, während eine Steuerschaltung die Zuordnung zwischen der Stellung des Druckkopfes und den Druckbefehlen herstellt, um die Druckelemente synchron mit den Spaltensignalen mit Erregersignalen zu versorgen, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckkopf (18) mehrere, in seiner Druckstellung gemeinsam am Aufzeichnungsträger anliegende regelmäßig angeordnete elektrisch erregbare Druckelemente aufweist und an einer Schwenkhalterung (20) sitzt, mit der er zwischen der Druckstellung in Anlage an der Druckfläche (P, 64) und mit in die Leitspindel (24) eingreifender Führungsmutter (22) und einer ausgeschwenkten Stellung bewegbar ist, in der Führungsmutter (22) und Leitspindel (24) getrennt sind und der Druckkopf (18) von der Druckfläche (P) abgehoben ist, daß eine Andruckvorrichtung (26) den Druckkopf (18) elastisch in Druckstellung hält, daß eine Ausrückvorrichtung (54, 56) den Druckkopf (18) gegen die Wirkung der Andruckvorrichtung (26) in die ausgeschwenkte Stellung drückt, in der er durch die Rückstellfeder (60) in eine Anfangsstellung rückstellbar ist, und daß der Antriebsmotor (28) durch einen Steuerimpulsgeneratur (118) derart steuerbar ist, daß er sich stetig über die einem Zeichen entsprechende Spaltenbreite bewegt.

2. Drucker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der durch den Steuerimpulsgenerator

(118) jeweils ausgelöste Vorschub in Zeilenrichtung durch eine Klinkensperreinrichtung begrenzbar ist, in deren mit der Leitspindel (24) drehfest gekuppeltes Klinkenrad (38) eine Sperrklinke (46, 48) eingreift, die durch einen steuerbaren Antrieb (52) ausrückbar ist

3. Drucker nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckkopf mit Druckelementen in Form von Dünnschichtwiderständen (96) ausgerüstet ist, die zur Speisung durch Betätigungssignale mit der Druckkopf-Taktschaltung elektrisch verbunden sind.