DE2624809A1

DE2624809A1 - Magnetspulen-baugruppe

Info

Publication number: DE2624809A1
Application number: DE19762624809
Authority: DE
Inventors: Robert Allen Mcintosh
Original assignee: Centronics Data Computer Corp
Current assignee: Centronics Data Computer Corp
Priority date: 1975-06-18
Filing date: 1976-06-02
Publication date: 1976-12-30
Also published as: JPS528321A; GB1504105A; BE842961A; FR2314833A1; CH614159A5; US3994382A; NL7606680A; CA1079120A

Description

Patentanwälte Dipl.-:ng. Curt Wallach Dipl.-lng. Günther Koch Dipl.-Phys. Dr.Tino Haibach Dipl.-lng. Rainer Feldkamp

D-8000 München 2 · Kaufingerstraße 8 · Telefon (0 89) 24 02 75 · Telex 5 29 513 wakai d

Datum:	2. JUNi 1976
Unser Zeichen:	I5516 P/Bu
	2624809

Centronics Data Computer Corporation, Hudson, New Hampshire, USA

Magnetspulen-Baugruppe

Die Erfindung bezieht sich auf eine Magnetspulen-Baugruppe für Punktmatrixdrucker, die Ankerteile, Einrichtungen zur Bewegung der Ankerteile zwischen einer Ruhe- und einer Anschlagstellung und einen Druckdraht aufweist, von dem ein erstes Ende an den Ankerteilen befestigt ist, während ein zweites aus der Magnetspulen-Baugruppe herausragendes Ende zum Anschlag auf ein Papierdokument bestimmt ist.

Punktmatrixdrucker weisen typischerweise eine Anzahl von von einer Magnetspulen-Baugruppe oder einem Solenoid angetriebenen Druckdrähten auf, die in einer beweglichen Druckerkopfbaugruppe befestigt sind, die über ein Aufzeichnungsmedium, wie z.B. ein Papierdokument läuft. Während der Bewegung des Druckerkopfes über das Papierdokument werden die Magnetspulen-Baugruppen selektiv eingeschaltet, damit sie ihre zugehörigen Druckdrähte entweder gegen ein Farbband und schließlich gegen das Papierdokument oder direkt gegen

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das Papierdokument zum Anschlag bringen, um Punktspaltenmuster unter engen Abständen entlang der Druckzeile zu drucken. Bei einem typischen Punktmatrixdrucker wird eine 5 x 7-Matrix für jedes Zeichen von dem Druckerkopf dadurch gedruckt, daß eine im wesentlichen vertikale Reihe von 7 von Magnetspulen-Baugruppen angetriebenen Druckdrähten verwendet wird, wobei jede Druckdrahtreihe aufeinanderfolgend 5 Punktspalten druckt, die zusammen ein einziges Zeichen, ein Symbol oder ein in Segmente unterteiltes Muster bilden. Die selektive Betätigung der Magnetspulen-Baugruppen ermöglicht das Drucken von alphabetischen und numerischen Zeichen, von Interpunktionszeichen, von in Segmente unterteilten Mustern und ähnlichem.

Um hohe Druckgeschwindigkeiten zu erzielen, ist es erforderlich, daß der Druckdraht in einer Gesamtzeit von weniger als einer Millisekunde ausgehend von einer Ruhestellung auf eine Geschwindigkeit, die ausreicht um einen Punkt mit hohem Kontrast auf dem Originaldokument und typischerweise fünf Kopien zu bilden, beschleunigt und wieder in die ursprüngliche Ruhestellung zurückgeführt wird. Es ist praktisch nicht möglich, höhere Betriebsgeschwindigkeiten unter Verwendung bekannter Magnetspulen-Konstruktionen zu erzielen. Beträchtlich höhere Betriebsgeschwindigkeiten wurden unter Verwendung einer Magnetspulen-Konstruktion erreicht, wie sie in der US-Patentschrift 3 9¹IO 726 der gleichen Anmelderin beschrieben ist. Bei dieser Magnetspulen-Baugruppe nimmt ein Gehäuse eine ringförmige Magnetspule mit einem hohlen Kern sowie einen zylindrisch-geformten Magnat-Anker auf, dessen hinterer Teil in dem hohlen Kern der Magnet-Spulenwicklung angeordnet ist, während ein dünner sich hin und her bewegender Druckdraht an seinem vorderen Ende befestigt ist und sich durch eine langgestreckte axiale öffnung in der Magnet-Spulenwicklung erstreckt. Das hintere Ende des Ankers erstreckt sich über das hintere Ende der Magnet-Spulenwicklung hinaus und endet in einem Kopfteil, der selektiv gegen eine oder mehrere lineare Federn anliegt. Der äußere Umfang jeder linearen Feder ruht auf einer Oberfläche einer kreisringförmigen Ringbaugruppe auf, die derart

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abgestuft geformt ist, daß bei Einschalten der Magnetspulenwicklung der Anker auf seine Anschlaggeschwindigkeit beschleunigt wird, wobei er sehr schnell die Vorspannkraft der ersten Feder (mit geringer Federkraft) überwindet, worauf eine zweite Feder (mit größerer Federkraft) mit einer unteren Stufe nach einer beträchtlichen Axialbewegung des Druckdrahtes in Druckrichtung in Bewegung kommt, so daß der Anker nach dem Abschalten der Magnetspulenwicklung sehr schnell in die Ruhestellung zurückkehrt. Obwohl diese Konstruktion die Zeit zwischen der Beschleunigung des Ankers aus der Ruhestellung bis zur Zeit der Rückkehr des Ankers in die Ruhestellung um ungefähr die Hälfte gegenüber der Zeit verringert, die bei einer Magnetspulen-Baugruppe mit einer einzigen Feder erforderlich ist, ergeben sich aufgrund der Notwendigkeit mehrerer Federelemente sowie deren genauer Ausrichtung und Befestigung an dem Ankerkopf größere Herstellungs- und Zusammenbau-Zeiten und -Kosten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Magnetspulen-Baugruppe der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der. lediglich ein einziges an dem Ankerkopf befestigtes lineares Federelement zur Erzielung einer nicht-linearen Federkraft zur Vergrößerung der Druckdraht-Betriebsgeschwindigkeiten erforderlich ist, wobei die Konstruktion dieser Magnetspulen-Baugruppe eine leichte Herstellung und geringe Zusammenbaukosten ergeben soll.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebene Erfindung gelöst.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Erfindungsgemäß wird eine nicht-lineare Federkraft bei Magnetspulen-Baugruppen für Punktmatrix durch eine Konstruktion erzielt, die ein Federelement mit einer im wesentlichen linearen Federkonstante aufweist. Die Feder steht mit dem Kopfteil

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eines Ankers in Eingriff und weist eine anfängliche freie radiale Erstreckung auf, die sich zwischen dem Kopfteil des Ankers und einem kreisringförmigen Stützring erstreckt. Der Kopfteil des Ankers, der mit der Feder in Eingriff steht, ist mit einer vorgegebenen Krümmung derart versehen, daß die freie radiale Länge des Federelementes zwischen dem Punkt, an dem das Federelement mit dem Kopfteil des Ankers in Eingriff steht, und dem kreisringförmigen Stützring an der inneren Umfangskante kontinuierlich verringert wird. Wenn der Anker in Anschlagrichtung bewegt wird, verringert sich die freie Länge des Federelementes durch die Berührung mit verschiedenen Abstützpunkten entlang des Krümmungsradius der Oberfläche des Kopfteils des Ankers, so daß kontinuierlich die Rückführkraft gegenüber der vergrößert wird, die bei dem gleichen Weg bei der ursprünglichen Konstruktion auftrat.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist der innere Umfang des Stützringes einen gekrümmten Teil zur Erzielung der gleichen nicht-linearen Vergrößerung der Federrückführkraft auf, wie sie sich vorher aufgrund der vorgegebenen Krümmung des Kopfteils des Ankers ergab.

Auf diese Weise wird eine neuartige Anordnung zur Erzielung einer nicht-linearen Federkraft geschaffen, die mit Vorteilen bei Punktmatrixdrucker-Magnetspulen-Baugruppen oder ähnlichen Anwendung finden kann. Diese nicht-lineare Federkraft wird unter Verwendung eines einzigen Federelements mit einer im wesentlichen linearen Federkonstante erreicht.

Bei Anwendung dieser Federanordnung für Anschlagdrucker vom Punktmatrixtyp ist es möglich, die Magnetspulen-Betriebsgeschwindigkeiten und damit die Druckgeschwindigkeiten beträchtlich zu vergrößern. Dabei wird eine nicht-lineare Federkraft für eine Punktmatrixdrucker-Magnetspulen-Baugruppe erzielt, bei der die Vorspannkräfte gleichförmig auf die Ankerbaugruppe ausgeübt werden, um sowohl die Beschleunigungs- als auch die Rückführgeschwindigkeiten des Magnetspulenankers zu vergrößern.

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Die Erfindung wird im folgenden anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen noch näher erläutert:

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine Schnittansicht einer Ausführungsform

der Magnetspulen-Baugruppe

Fig. la eine vergrößerte ausführliehe Teilansicht

des Ankers und der nicht-linearen Federbaugruppe nach Fig. 1

Fig. Ib eine Schnittansicht des Kopfteils des

Ankers nach Fig. la

Fig. 2a und 2b Draufsichten auf zwei Ausführungsformen

von Federn vom "Wagenradtyp", die mit Vorteil in der Magnetspulen-Baugruppe nach Fig. 1 Verwendung finden können

Fig. 3a und 3b graphische Darstellungen, die Kurven der Kraft

gegenüber dem Auslenkweg zeigen und die zur Erläuterung der Betriebsweise der vorliegenden Erfindung zweckmäßig sind

Fig. 4a eine vergrößerte Teilansicht einer zweiten

Ausführungsform des Ankers und der nichtlinearen Federbaugruppe

Fig. 4b eine Schnittansicht eines Flußringes, der

Art, wie sie bei dem Anker und der nichtlinearen Federbaugruppe nach Fig. 4a gezeigt ist.

In den Figuren 1,1a und Ib ist eine Magnetspulen-Baugruppe 10 mit einem hohlen zylindrischen Gehäuse 11 gezeigt, das mit einer

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hinterschnittenen Schulter 11a versehen ist, die von dem linken Ende des Gehäuses aus nach innen versetzt ist. Das innere hintere Ende des Gehäuses 11 weist einen Gewindeabschnitt 11b auf, in den ein Gewindeteil 12a einer Endkappe 12 eingeschraubt ist. Ein Teil des Gehäuses 11 schließt eine Öffnung lic zum Anschluß von isolierten Leitungen l4a der Magnetspulen-Wicklung 14 ein. Nach dem Zusammenbau wird die Öffnung lic mit einem geeigneten Epoxy-Material 15 gefüllt. Das Gehäuse 11 schließt eine innere Schulter lld in der Oberfläche der Innenwand ein, die im Bereich zwischen dem hinteren Ende der Magnetspulen-Wicklung 14 und der inneren Endoberfläche der Endkappe 12 liegt und die dazu dient, einen Flußring l6 zu haltern, dessen Konstruktion und Funktion im folgenden ausführlicher beschrieben wird.

Ein Kernstempel 17 weist einen langgestreckten Gewindeteil 17a auf, auf den eine Kontermutter 18 aufgeschraubt ist, und der in eine Gewindeöffnung eingeschraubt werden kann, die in der Rückwand eines Druckerkopfgehäuses vorgesehen ist, wie es beispielsweise in Fig. 3 der US-PS 3 690 431 der gleichen Anmelderin gezeigt ist. Wenn der Kernstempel 17 in richtiger Weise in der Gewindeöffnung dieses Druckerkopfes eingestellt ist, wird die Kontermutter 18 fest gegen die Oberfläche der Gehäuserückwand angezogen, um die gesamte Magnetspulen-Baugruppe 10 an ihrem Platz festzulegen. Der ringförmige Flansch 17b erstreckt sich in Querrichtung von einem Mittelteil des Kernstempels 17 und ruht gegen das vordere Ende eines kreisförmigen Flansches 19a, der einen Teil des Magnetspulen-Wickelkerns 19 bildet. Nach dem Zusammenbau und der Einstellung der vorstehend beschriebenen Elemente der Magnetspulen-Baugruppe wird der Flansch 17b des Kerns an dem Gehäuse 11 mit Hilfe geeigneter Einrichtungen, wie z.B. durch Punktschweißen oder durch Aufbringen eines geeigneten Epoxy-Klebers an den Punkten P befestigt. Der hintere Teil 17c des Kernstempels 17 erstreckt sich in den hohlen Kern des Wickelkörpers 19· Der Kernstempel 17 ist weiterhin mit einer axial ausgerichteten langgestreckten Öffnung versehen, die einen ersten Teil 17d mit vergrößertem Durchmesser aufweist, der mit einem Öffnungsteil 17e mit verringertem Durchmesser in Verbindung steht. Ein sich verjüngender Teil 17f in der Stirnfläche des

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Kernstempels 17 erleichtert das Einsetzen eines hohlen rohrförmigen langgestreckten nicht-magnetischen Drahtführungsrohres 20, dessen eines Ende an einer sich verjüngenden Schulter 17g zwischen den langgestreckten öffnungen 17d und 17c endet. Das Führungsrohr 20 ist an dem Kernstempel 17 mit Hilfe geeigneter Einrichtungen, wie z.B. Epoxy-Material oder Schweißpunkten bei 20a befestigt. Die innere Oberfläche des Führungsrohres 17 ist vorzugsweise mit einem Trockenschmiermittel überzogen, um eine Abnutzung des langgestreckten im wesentlichen zylindrischen flexiblen Metall-Druckdrahtes 21 mit hoher Druckfestigkeit und Härte sowie Beständigkeit so weit wie möglich zu verringern. Der Druckdraht 21 steht verschiebbar mit der Innenoberfläche des Führungsrohrs 20 in Berührung, erstreckt sich durch die einen geringen Durchmesser aufweisende öffnung 17e und dann nach hinten aus dieser heraus, so daß er in einer öffnung 22a im Anker 22 angeordnet und in dieser durch Löten oder andere geeignete Maßnahmen befestigt werden kann. Das vordere oder Anschlagende des Druckdrahtes 21 kann gegen ein Farbband und ein Papierdokument zum Anschlag gebracht werden, das typischerweise von einer (nicht gezeigten) Druckwalze gehalten wird, um einen "Punkt" auf dem Papierdokument zu erzeugen.

Die Magnetspulen-Baugruppe 14 ist eine hohle langgestreckte Wicklung, die auf einem zylindrischen Kern 19a eines hohlen Wickelkörpers 19 gewickelt ist und deren gegenüberliegenden Enden von Spulenkörperflanschen 19a und 19b begrenzt sind. Verbindungsleitungen l4a erstrecken sich durch die öffnung lic, um den elektrischen Anschluß an eine Magnetspulen-Treiberschaltung zu erleichtern, wie sie beispielsweise in Fig. 4 der o.e. US-PS 3 690 431 gezeigt ist. Ein Isolierband 24 ist um den zylindrischen Umfang der Wicklung 14 gewickelt. Das hintere Ende des Ankers 22 ist mit einem sich in Radialrichtung erstreckenden zylindrischen Kopfteil 22b mit einem ebenen Ringteil 22c senkrecht zum zylindrischen Teil 22d des Ankers versehen, der gegen den Randteil des Federelementes 26 um die Öffnung 26a herum anliegt (siehe insbesondere Fig. la).

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Der gekrümmte Oberflächenteil 22e des Ankers 22 erstreckt sich graduell nach außen von dem ringförmigen Teil 22c und dem Federelement 26 fort.

Fig. 2a zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Feder 25' mit einer Mittelöffnung 26a', durch die sich der zylindrische Anker-Schaft 22d erstreckt. Das Federelement 26' weist eine Anzahl von Speichen 26c auf, die sich in radialer Richtung vom Mittelpunkt der Feder aus nach außen erstrecken und die sich verjüngende Seiten aufweisen, deren Breite sich zu den freien Enden hin verkleinert. Die freien Enden sind jeweils mit einem bogenförmigen Teil 26d versehen, der sich auf entgegengesetzten Seiten jedes Speichenteils erstreckt und von benachbarten bogenförmigen Teilen durch einen schmalen Spalt 26e getrennt ist, um eine Biegung der Speichen 26c zu ermöglichen. Die bogenförmigen Teile 26d ruhen auf der Oberfläche l6c des Flußringes 16 (siehe Fig. la). Es ist verständlich, daß die Anzahl, Länge, Breite, Verjüngung und Dicke der Speichen 26c¹ und der bogenförmigen Teile 26d' (nach Fig. 2b) so gewählt werden kann, daß eine gewünschte Federkonstante erzielt wird.

Der Flußring 16 und der Anker 22 (Fig. la) sind vorzugsweise aus hochpermeablem ferro-magnetischen Material, wie z.B. Silizium-Eisen hergestellt, um die Hindurchleitung des Magnetflusses durch den Anker 22 zu unterstützen, wie es w.u. ausführlicher beschrieben wird. Die Oberfläche l6d des Flußringes ruht auf der Gehäuseschulter lld und der äußere Umfangsrand des Federelementes 26 liegt gegen die Oberfläche l6c des Flußringes l6 an.

Die Endkappe 12 ist mit einer rechtwinkligen Nut 12b versehen, die entlang eines Durchmessers dieser Endkappe ausgerichtet ist und ein Einstellwerkzeug, wie z.B. den Kopf eines Schraubenziehers aufnehmen kann, um die Endkappe derart einzustellen, daß das Federelement 26 des Ankers in gewünschtem Ausmaß vorgespannt wird. Der Anker 22 wird daher durch geeignete Einstellung der Endkappe

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entweder nach hinten oder nach vorn bewegt (wie es am besten aus Fig. 1 zu erkennen ist), so daß das Pederelement 26 gebogen und damit die Vorspannung des Pederelementes des Ankers eingestellt wird. Nachdem die Endkappe 12 und der Anker 22 sowohl hinsichtlich der Vorspannung als auch der Anordnung relativ zum äußersten rechten Ende des Kernstempels 17 eingestellt worden sind, wird die Endkappe 12 an ihrem Platz dadurch gesichert, daß ein geeignetes Epoxy-Material oder ein anderes geeignetes Klebemittel, wie z.B. Silikon r- Gummi o.a. gegen das Innere der Oberflächenteile des Gehäuses 11 benachbart zu den diametralen Enden des Schlitzes 12b aufgebracht wird.

Im Betrieb wird die Magnetspulen-Wicklung 14 zu Anfang abgeschaltet und der Anker 22 befindet sich in seiner Ruhestellung, in der er an der Endkappen-Oberfläche 12c anliegt. In dieser Position ist die Feder 2β etwas gebogen.

Bei Einschalten der Magnetspulen-Wicklung 14 wird ein Magnetfeld erzeugt, und in einem Magnetpfad konzentriert, der den Kernstempelteil 17c, den Flansch 17b, das Gehäuse 11 (das vorzugsweise aus Silizium-Eisen hergestellt ist), den Flußring 16, den Anker 22 und den Spalt A zwischen dem Kernstempel 17 und dem Anker 22 umfaßt. Das Magnetfeld bewirkt eine Vorwärtsbewegung des Ankers gegen die Rückführkraft der Feder 26. Die Feder 26 biegt sich weiter in Abhängigkeit von der sich fortsetzenden Vorwärtsbewegung des sich schnell auf die gewünschte Anschlaggeschwindigkeit beschleunigenden Ankers durch.

Zu Anfang erstreckt sich die freie radiale Speichenlänge B von dem in Radialrichtung am weitesten außen liegenden Befestigungspunkt der Feder 26 am ringförmigen Teil 22c des Ankers zur in Radialrichtung am weitesten innen liegenden Ecke l6a des Flußringes 16. Wenn sich der Anker 22 nach unten bewegt (Fig. la), wird die freie radiale Speichenlänge B für die anfängliche Bewegungsstrecke des Ankers 22 im wesentlichen konstant gehalten; die einzige Vorspannkraft, die zu Anfang auf den Anker 22 ausgeübt, wird, ist die "schwache" konstante

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Pedervorspannkraft der Feder 26, so daß das Magnetfeld die Massenträgheit des Ankers 22 sehr schnell überwinden und zu Anfang den Anker 22 schnell auf die Anschlaggeschwindigkeit beschleunigen kann.

Wenn sich der Anker 22 weiter in der Anschlagrichtung bewegt, bleibt ein Abstützpunkt der Feder 26 an der in Radialrichtung am weitesten innen liegenden Flußringecke l6a, während der andere Abstützpunkt graduell auf den gebogenen Teil 22b des Ankers überführt wird, während sich die Feder 26 weiter nach unten durchbiegt. Die freie radiale Speichenlänge B wird daher kontinuierlich verkürzt, was zu einer kontinuierlich "stärkeren" Federkonstante führt, so daß eine graduell ansteigende Vorspannkraft gegen die fortgesetzte nach unten gerichtete Bewegung des Ankers 22 ausgeübt wird.

In Fig. 3a ist der Weg des Ankers 22 entlang der Abszisse 30 in Prozent der gesamten Weglänge dargestellt, während die resultierende Federkraft entlang der Ordinate 31 dargestellt ist und es ist zu erkennen, daß die Kraft, die erforderlich ist um den Anker 22 über die anfänglichen 10 % seiner gesamten Wegstrecke zu bewegen, für das Federelement 26 in der linearen oder nicht-linearen Betriebsweise im wesentlichen gleich bleibt. Daher erreicht der Anker 22 eine beträchtliche Geschwindigkeit bevor der bogenförmige Ankerabschnitt 22e gegen einen anderen Berührungspunkt an der Feder 26 anliegt, wodurch die radiale freie Speichenlänge verkürzt wird, was bewirkt, daß die lineare Feder 26 eine größere Kraft für die gleiche Auslenkung in einer nicht-linearen Weise erzeugt. Der Anker 22 erzielt eine ausreichende Geschwindigkeit, damit das äußerste linke Ende des Druckdrahtes 21 auf das Farbband und das Papierdokument aufschlägt und während der Anker 22 durch die letzten wenigen 100-stel Millimeter vor dem Anschlag gegen das Farbband und Dokument bewegt wird, steigt die Federvorspannkraft stark an und dient zur Energiespeicherung für eine schnelle Rückführung des Ankers.

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In Pig. 3b, in der der tatsächliche Ankerweg entlang der Abszisse 40 in 2,5/100 Zoll dargestellt ist, während die resultierende Kraft entlang der Ordinate 4l in 454-g-Abschnitten dargestellt ist, ist zu erkennen, daß die nicht-lineare Federkraft-Kurve 42 eng der Magnetspulen-Anzugskraft-Kurve 43 folgt, so daß sich eine im wesentlichen lineare resultierende Anzugskraft-Kurve 44 für die vorgespannte Magnetspulen-Baugruppe ergibt, obwohl die praktisch ausgeführte Rückführkraft gegenüber der vergrößert ist, die mit einer linear-betriebenen Feder erzielt wird.

Die Magnetspulen-Wicklung 14 wird durch einen rechteckförmigen Ansteuerimpuls mit einer Dauer von ungefähr 325 Mikro-Sekunden angesteuert. Der Druckdraht schlägtauf das Papierdokument ungefähr 425 Mikro-Sekunden nach dem ersten Anle.gen des Ansteuer-Impulees auf. Daher wird der Magnetspulenwicklungs-Ansteuerimpuls ungefähr 100 Mikro-Sekunden vor dem Anschlag des Druckdrahtes gegen das Farbband und das Papierdokument beendet; während dieser Periode von 100-Mikro-Sekunden wird die Trägheit des Ankers 22 durch die Federvorspannkraft, die nunmehr beträchtlich größer als die Kraft einer linearen Feder mit gleichem Anfangsradius ist, und die Biegung des Druckdrahtes in der Druckkopfgehäuse-Baugruppe beeinflußt. Die beträchtlich größere Federkraft wirkt auf den Anker 22 ein, um einen gewissen Teil der Anschlagkraft zu absorbieren und um den Anker 22 und damit den Druckdraht 21 schnell in die Ruhestellung zurückzuführen, wobei typischerweise ein Zeitintervall in der Größenordnung von 250 Mikro-Sekunden zur Rückführung des Ankers in die Ruhestellung erforderlich ist.

Eine Mitfeelöffnung 22f in der oberen Stirnfläche des Ankers 22 wirkt mit der Endkappen-Oberfläche 12 c zusammen, um eine Stoßdämpfungswirkung hervorzurufen, damit ein Ankerprellen beträchtlich verringert wird und der Anker sehr schnell in seine Ruhestellung gebracht wird, während gleichzeitig die Abnutzung der Endkappen-Oberfläche 12c stark verringert wird, so daß der

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gewünschte Luftspalt A zwischen dem Anker 22 und dem Kernstempel 17 aufrechterhalten wird.

Die Figuren 4a und 4b zeigen ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem gleiche Elemente, wie in den vorhergehenden Figuren, mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet sind. Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 4a unterscheidet sich dadurch von dem nach Fig. la, daß die hintere Oberfläche des Ankers 22' mit einem sich nach hinten erstreckenden zylindrischen Teil 22g versehen ist, der das Einsetzen des zylindrischen Vorsprunges 22g durch die Mittelöffnung 26a in der Feder 26 und dann durch eine Mittelöffnung in einem ringförmigen metallischen Federhalteteil 27 erleichtert. Der zylindrische Vorsprung 22g wird dann verpreßt um den sich erweiternden Teil 22h zu bilden, der gegen die abgeschrägte Oberfläche 27a des Federhaltern teils anliegt, um die Feder 26 und das Federhalteteil 27 an dem Anker 22' festzuhalten. Eine Oberfläche des Flußringes 16' ist mit einem ebenen Teil lobym Radialrichtung am weitesten außen von einer Mittelöffnung l6c und mit einem gebogenen Teil l6d versehen, der graduell nach vorn und nach innen in Richtung auf die Mittelöffnung l6c gebogen ist.

Die Betriebsweise der abgeänderten Ausführungsform nach Fig. 4a ist im wesentlichen gleich der des Ausführungsbeispiels nach Fig. la, wobei sich die radiale freie Speichenlänge B¹ der Feder 26 von dem radial am weitesten außen liegenden Teil des vorderen Umfangs 27e des Federhalteteils als erstem Lagerpunkt bis zu einer in Radialrichtung am weitesten innen liegenden ringförmigen Linie l6e des Flußringes als zweiten Lagerpunkt erstreckt. Bei Einschalten der Magnetspulenwicklung 14 überwindet der von der Wicklung erzeugte Magnetfluß sehr schnell die geringe Vorspannkraft, die von der eine "schwache" Feder-Konstante aufweisenden Feder 26 ausgeübt wird, um den Anker 22' schnell auf die Anschlaggeschwindigkeit zu beschleunigen. Nachdem der Anker 22' einer beträchtlichen Beschleunigung in Richtung auf seine Anschlaggeschwindigkeit ausgesetzt wurde, ist die Feder

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etwas in Richtung nach unten ausgelenkt. Die radiale freie Speichenlänge B' ist immer noch im wesentlichen gleich zur ursprünglichen radialen Speichenlänge, weil die nach unten gerichtete Bewegung des Ankers 22' bewirkt, daß sich der Berührungspunkt l6e nur geringfügig in radialer Richtung nach innen auf den schwach gebogenen bogenförmigen Teil l6d des Flußrings 16' verschiebt. Daher wird über die anfänglichen 10 % bis 15 % des gesamten nach unten gerichteten Bewegungshubes des Ankers 22' die radiale freie Speichenlänge B' nicht beträchtlich verkürzt, so daß sich eine Kraft-/Weg-Kurve ergibt, die einen im wesentlichen linearen Anfangsteil 32 aufweist (s. Pig. 3^) · Wenn sich der Anker 22' weiter in Richtung nach unten bewegt, kommt die Oberfläche der Feder 26 zur Anlage an den gebogenen Teil lob' des bogenförmigen Flußringes l6, so daß die radiale freie Speichenlänge der Feder 26 kontinuierlich verkürzt wird, so daß die anfängliche "schwache" Feder-Konstante in nicht-linearer Weise vergrößert wird, bis die stark ansteigende Federvorspannkraft, die während des späteren Teils des nach unten gerichteten Weges des Ankers 22' erzeugt wird, zur Absorption eines Teils des Anschlagstoßes dient und der Anker 22' schnell bei Abschalten der WicKlung 14 in seine Ruhestellung zurückgeführt wird. Die Öffnung 22f der hinteren Stirnfläche des zylindrischen Vorsprunges 22g wirkt mit der Endkappen-Oberfläche 12c zusammen, um die o.e. Stoßdämpferwirkung zu erzielen, damit das Ankerprellen verringert wird und der Anker schneller in seine Ruhestellung gebracht wird.

Es ist verständlich, daß sowohl der Radius als auch der Krümmungsmittelpunkt für den bogenförmigen Teil l6d des Flußringes 16· oder für den bogenförmigen Teil 22e des Kopfteils des Ankers 22, sowie die anfängliche ,radiale freie Speichenlänge B oder B' der Feder 26 zusammenwirkend so ausgewählt werden kann, daß eine gewünschte nicht-lineare Kraft-/Weg-Kurve für die ffelderkonstante der Feder 26 erzielt wird.

Die vorstehend beschriebenen Maßnahmen zur Erzielung einer

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nicht-linearen Federvorspannkraft sind insbesondere vorteilhaft ₃ bei Anwendung in einer Hochgeschwindigkeits-Magnetspulenbaugruppe, da es hierdurch möglich ist, daß ein anfänglich lineares Federelement mit einer "schwachen" Federkonstante eine zusätzliche Kraft zur Vergrößerung der Federkraft in nicht-linearer Weise erhält, so daß die Druckdrahtbetriebsgeschwindigkeiten beträchtlich vergrößert werden, ohne daß mehr als ein einziges Federelement verwendet wird₃ so daß die Herstellung erleichtert wird und sich niedrige Zusammenbaukosten ergeben.

Patentansprüche:

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Claims

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Patentansprüche

Magnetspulen-Baugruppe für Punktmatrixdrucker, mit Ankerteilen, mit Einrichtungen zur Bewegung der Ankerteile zwischen einer Ruhe- und einer Anschlagstellung, mit einem Druckdraht, von dem ein erstes Ende an den Ankerteilen befestigt ist während ein zweites aus der Magnetspulen-Baugruppe herausragendes Ende zum Anschlag auf ein Papierdokument bestimmt ist, und mit Einrichtungen zur Erzeugung einer nichtlinearen Federkraft, gekennzeichnet durch ein Federelement (26) mit einer vorgegebenen anfänglich "schwachen" Federkraftkonstanten, das gegen die Ankerteile (22, 22') an einer ersten Stelle (22c, 27e) anliegt, wobei die anfänglich "schwache" Federkraft anfangs die Ankerteile (22, 22') in Richtung auf die Ruhestellung vorspannt, wenn die Einrichtungen (I¹I-) zur Bewegung der Ankerteile abgeschaltet sind, stationäre Gtützeinrichtungen (l6, 16'), die das Federelement (26) an einer zweiten Stelle (l6a, l6e) in einem vorgegebenen Anfangsabstand (B, B') von der ersten Stelle (22c, 27e) abstützen, und Einrichtungen (22e, l6b^!) an den Ankerteilen (22) bzw. den Stützeinrichtungen (l6'), die mit dem Federelement (26') in Eingriff kommen und den Abstand zwischen den ersten und zweiten Stellen (22c, l6a; 27e, l6e)bei einer Bewegung der Ankerteile (22, 22') von der Ruhestellung in die Anschlagstellung auf Grund eines Einschaltens der Einrichtungen zur Bewegung der Ankerteile verringern, so daß die von dem Federelement (26) auf die Ankerteile (22, 22') ausgeübte Kraft in nichtlinearer Weise ansteigt, so daß die schnelle Anfangsbeschleunigung der Ankerteile gegen die Wirkung der anfänglich "schwachen" Federkraft und die schnelle Rückführung der Ankerteile in die Ruhestellung bei Abschalten der Einrichtungen (14) zur Bewegung der Ankerteile erleichtert wird.

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2. Magnetspulen-Baugruppe nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η ■ zeichnet, daß die den Abstand verringernden Einrichtungen einen Teil (l6b^f) der Stützeinrichtungen (l6') benachbart zur zweiten Stelle einschließen, wobei dieser Teil (16b¹) eine gekrümmte Oberfläche benachbart zu dem Federelement (26) aufweist, die fortschreitend näher an der ersten Stelle (27e) mit dem Federelement in Eingriff kommt, wenn sich die Ankerteile (22¹) in Richtung auf die Anschlagstellung bewegen.
J. Magnetspulen-Baugruppe nach Anspruch 2, dadurch ge k e η η zeichnet, daß die gekrümmte Oberfläche (l6b') so geformt ist, daß sie die Erzeugung einer vorgegebenen nichtlinearen Änderungsrate der Federkraft bezüglich der Momentanstellung der Ankerteile (22¹) bewirkt.
4. Magnetspulen-Baugruppe nach Anspruch 3, dadurch ge k e η η zeichnet, daß die Krümmung der gekrümmten Oberflächen die Änderungsrate der Federkraft so steuert, daß sie am größten ist, wenn sich die Ankerteile (22¹) in der Nähe der Anschlagstellung befinden.
5. Magnetspulen-Baugruppe nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η ze i c h η .e t , daß die den Abstand verringernden Einrichtungen einen Teil (22e) der Ankerteile (22) benachbart zur erste Stelle (22c) einschließen, daß dieser Teil (22e) der Ankerteile (22) eine gekrümmte Oberfläche aufweist, die benachbart zu dem Federelement (26) angeordnet ist und die Oberfläche des Federelementes fortschreitend näher an der zweiten Stelle (l6a) berührt, wenn die Ankerteile (22) sich in die Anschlagstellung bewegen.
6. Magnetspulen-Baugruppe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die gekrümmte Oberfläche eine vorgegebene Form aufweist, die die Erzeugung einer vorgegebenen nichtlinearen Änderungsrate der Federkraft bezüglich der

Momentanstellung der Ankerteile (22) bewirkt.

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7· Magnetspulen-Baugruppe nach Anspruch 6, dadurch g e k e η η · ze lehnet ,daß die gekrümmte Oberfläche eine derartige Form aufweist, daß die Änderungsrate der Federkraft am größten ist, wenn sich die Ankerteile (22) in der Nahe . der Anschlagstellung befinden.
8. Magnetspulen-Baugruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Federelement (26) aus ferromagnetischem Material besteht und die Zugwirkung der Magnetspule auf den Anker (22, 22') verstärkt.
9. Magnetspulen-Baugruppe nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η ■ zeichnet, daß die Stützeinrichtungen (16, 16') aus ferromagnetischem Material bestehen und die Zugwirkung der Magnetspule auf die Ankerteile (22, 22') verstärken.
10. Magnetspulen-Baugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zur Bewegung der Ankerteile zwischen einer Ruhe- und einer Anschlagstellung Magnetspulenbetätigungseinrichtungen (14, 17, I9, 22, 22') mit einer ersten nichtlinearen Kurve der Kraft pro Wegeinheit im eingeschalteten Zustand einschließen, daß mit den Ankerteilen (22, 22') ein Federelement (26) gekoppelt ist und daß mit dem Federelement zusammenwirkende Einrichtungen zur Erzielung einer zweiten nichtlinearen Kurve der Kraft pro Wegeinheit vorgesehen sind, die im wesentlichen der ersten Kurve ähnlich ist, daß d ie resultierende Kraft an den Ankerteilen (22, 22') eine im wesentlichen lineare Kurve der Kraft pro Wegeinheit aufweist und daß die mit dem Federelement zusammenwirkenden Einrichtungen eine schnelle Rückkehr der Ankerteile (22, 22') in die Ruhestellung bei Abschaltung der Magnetspulenbetätigungseinrichtungen bewirken.

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11. Magnetspulen-Baugruppe nach Anspruch 10, g e k e η η -

ze ichne t durch einen Anker mit einem zylindrischen Körper (22, 22'), der sich durch eine Mittelöffnung (26a) in dem Federelement (26) erstreckt und mit einem Kopfteil (22b, 22g, 27) mit einem derart vergrößerten Durchmesser, daß das Federelement (26) zwischen der Magnetspule (14) und dem Kopfteil angeordnet ist, und einstellbare Einrichtungen (12), die mit einem Ende des Kopfteils gegenüber dem Anlagebereich des Federelementes in Berührung kommen, um die Ankerteile (22, 22') in der Ruhestellung anzuordnen und vorzuspannen, so daß das Federelement ausgelenkt wird und die einstellbaren Einrichtungen (12) in anlage mit dern Kopfteil hält.
12. I-iagnetspulen-Eaugruppe nach Anspruch 11, dadurch g e k e η η zeichnet, daß die den Abstand verringernden Einrichtungen einen Teil eines die Stützeinrichtungen bildenden Ringes (16¹) einschließen, der eine gekrümmte Oberfläche benachbart zu dem Federelement (26) derart aufweist, daß die erste Oberfläche des Federelementes fortschreitend näher an dem Anlagebereich berührt wird, wenn sich die Ankerteile (22') in Richtung auf die Anschlagstellung bewegen.
13. Magnetspulen-Baugruppe nach Anspruch 11, dadurch g e k e η η zeichnet, daß die den Abstand verringernden Einrichtungen einen ringförmigen Stützring (l6) einschließen, und daß das mit dem zylindrischen Körperteil (22) verbundene Ende des Kopfteils (22b) eine gekrümmte Oberfläche benachbart zu dem Anlagebereich derart aufweist, daß die zweite Oberfläche des Federelementes (26) fortschreitend näher an der Anlageoberfläche des ringförmigen Stützringes (l6) berührt wird, wenn sich die Ankerteile in Richtung auf die Anschlagstellung bewegen.

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