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Elektrodynamischer Druckhammerantrieb
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Die Erfindung betrifft einen elektrodynamischen Druckhammerantrieb
zum seriellen Typendruck, bei dem zur Erzielung einer Anschlagbewegung der Hammer
mit einer durch Steuerimpulse erregbaren, sich innerhalb eines stationären Magnetfeldes
befindlichen Spule versehen ist.
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Dieser Hammerantrieb ist vorzugsweise für Druckeinrichtungen geeignet,
die einen sämtliche, zu druckende Zeichen enthaltenden Universaltypenträger beliebiger
Ausbildung (Kette, Korb, Scheibe, Trommel), aufweisen und der längs der Druckzeile
periodisch bewegbar ist. Die Auswahl der an einer Druckstelle erwünschten Drucktype
erfolgt durch Hammersteuerung, indem der Hammer dann ausgelöst wird, sobald die
für den Abdruck eines Zeilentextes richtige Drucktype an der entsprechenden Druckstelle
erscheint.
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Druckvorrichtungen dieser Art mit langsamer bis mittlerer Geschwindigkeit
werden hauptsächlich als Ausgabegeräte für Informationen in gedruckter Form der
mittleren Datentechnik und EDV-Anlagen verwendet.
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Elektrodynamische Druckhammerantriebe sind hauptsächlich in der Anwendung
bei Schnelldruckern mit einer stetig rotierenden Typendruckwalze und einer Vielzahl
flacher nebeneinander in Richtung auf die Walzenoberfläche antreibbar als Stoßbalken
ausgebildeter Druckhämmer bekanntgeworden.
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Ein besonders schwieriges Problem bei derartigen Schnelldruckern bildet
der Mechanismus der Druckhämmer. Einerseits bereitet es große Schwierigkeiten, die
einzelnen Druckhämmer und ihre Antriebe so extrem flach auszubilden, daß sie keine
größere Breite als die eines Druckzeichens in Anspruch nehmen und sie in einer die
Druckzeile bildenden Reihe anzuordnen. Andererseits müssen die Druckhämmer, damit
ein gleichmäßiges Schriftbild auch auf mehreren Durchschlägen erzielt wird, eine
beträchtliche, aber genau definierte kinetische Energie besitzen, und die Hammerbewegung
mit einer im Millisekundenbereich liegenden Rammerflugzeit muß genau reproduzierbar
sein, damit das Zeichen nicht vor oder nach Erreichen der Druckstellung angeschlagen
wird. Derartige Drucker arbeiten gewöhnlich nach dem Prinzip des fliegenden Drucks.
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Der Typenträger wird also beim Hammeranschlag nicht angehalten und
die Berührungsdauer des Druckhammers mit der vorbeifliegenden Drucktype muß extrem
kurz sein, damit beim Abdruck kein Verwischen des Druckzeichens auftritt.
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Dabei werden an die Stoßbalken und die Trageelemente entgegengesetzte
Forderungen gestellt: Der Stoßbalken muß verschleißfest und starr, die Trageelemente
müssen eine federnde Funktion erfüllen und die Stromzuführung zu der Spule übernehmen.
Die Masse des gesamten Hammers muß möglichst gering sein.
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Es ist bekannt, einen Stoßbalken mit einer flachen von einer Spulenstütze
unterstützten ovalen Spule, deren große Achse senkrecht auf der Bewegungsrichtung
des Stoßbalkens steht, zu versehen, den Stoßbalken mit Trageelementen und Klemmfüßen
einstückig aus einem elastisch verformbaren Kunststoff herzustellen und die Spule
in den Hammerkörper einzubetten (DT-OS 2 040 075). Vorteilhaft ist zwar die geringe
Masse des Druckhammers und der Umstand, daß sich beide langen Seitenteile der Spule
im magnetischen Feld befinden. Die erzielbare Kraft ist somit infolge ihrer Proportionalität
zur Leiterlänge relativ groß.
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Nachteilig ist jedoch, daß die Anordnung, insbesondere durch die beidseitig
der Spule hochkant angeordneten Permanentmagnete, eine große Bauhöhe unmittelbar
vor der Druckzeile erfordert, die ein Lesen der gedruckten Zeile erschwert.
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Es ist auch bekannt, den Stoßbalken derart auszubilden, daß die große
Achse der rechteckigen Spule der Bewegungsrichtung des Stoßbalkens entspricht (DT-OS
2 039 973).
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Vorteilhaft ist zwar die kleinere Bauhöhe und die kompaktere Ausbildung
der Anordnung. Nachteilig ist Jedoch, daß sich durch die relativ langgestreckte
Spule nur die kurzen Seitenteile im magnetischen Feld befinden. Die an sich geringere
erzielbare Kraft muß durch eine höhere magnetische Flußdichte oder durch einen größeren
Erregerstrom ausgeglichen werden. Nachteilig ist der hierzu erforderliche Aufwand.
Nachteilig ist bei beiden Lösungen, daß die Längsachse des Stoßbalkens durch die
Parallelführung der Trageelemente eine vertikale Parallelverschiebung in Abhängigkeit
von
der Auslenkung erfährt. Unterschiedliche Papierstärken können sich somit negativ
auf die Qualität des Abdruckes auswirken. Den gleichen Nachteil weist auch eine
aus der DT-AS-2 030 310 bekannte Lösung auf, nach der ein Schenkel des U-förmigen
Trageelementes einen stumpfen Winkel gegenüber der Basis aufweist, die Flachspule
am Ende eines Kunststoffteils angesetzt ist, das rechtwinklig mit diesen Schenkel
verbunden ist und somit die Bewegungsrichtung der Flachspule in einem spitzen Winkel
zur Bewegungsrichtung des Druckhammers verläuft.
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Es ist ebenfalls bekannt, die Spule als Trageelement für den Druckhammer
zu verwenden und derart auszubilden, daß sie in der Windungsebene als flacher, starrer
elektrisch leitender Körper ausgeführt ist und von zwei gekreuzten beidseitig mit
der äußeren Spulenseite verbundenen Federteilen getragen wird. Die innere Spulenseite
ist zwischen den Schenkeln eines Permanentmagneten angeordnet, der eine zusätzliche
Wicklung trägt. Diese als Primärwicklung wirksame Wicklung und die Spule bilden
einen Transformator mit kurzgeschlossener Sekundärspule. Wird die Wicklung erregt,
wird die Spule mit dem Druckhammer um den Schnittpunkt der Federteile derart geschwenkt,
daß der Druckhammer im ausgelenkten Zustand gegen den Aufzeichnungsträger schlägt
und einen Abdruck bewirkt (DT-AS 1 289 676).
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Vorteilhaft ist zwar die geringe Masse des Druckelementes und der
Umstand, daß keine Stromzuführung zur schwingenden Spule erforderlich ist. Nachteilig
ist jedoch, daß der Druckhammerkopf in Bewegungsrichtung einen Kreisbogen beschreibt
und somit der Aufechlagpunkt bei unterschiedlichen Papierstärken in der Vertikalen
abweicht und somit zu einer verminderten Druckqualität führt.
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Es ist schließlich aus der DT-OS 2 015 122 bekannt, im Luftspalt eines
ringförmigen Permanentmagneten mit zentralem Kern eine auf einem haspelartigen Wickelkörper
mit federndem ringförmigem Flansch gewickelte Spule anzuordnen.
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Das Druckelement, eine Drucknadel, ist parallel zur Spulenachse am
Wickelkörper befestigt und wird bei wechselseitigem Erregen der Spule in die Druckstellung
und danach in die Nichtdruckstellung bewegt.
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Vorteilhaft ist zwar, daß durch die Art der Auhängung dwr als Antriebssystem
für das Druckelement wirkenden Spule die Richtung und Lage des Druckelementes im
angetriebenen und nichtangetriebenen Zustand beibehalten wird.
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Nachteilig ist jedoch, daß das Druckelement außermittig am Rand der
Spule angeordnet ist und beim Anschlag auf den Aufzeichnungsträger zwangsläufig
ein Verkanten der Spule auftritt, das zu einer Verformung der Aufhängung und damit
zu Reibungsverlusten oder zu einem Bruch der Aufhängung führen kann.
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Nachteilig ist, daß die Art der Aufhängung nur relativ kleine Druckelementehübe
ermöglicht, die für einen Nadeldrucker günstig, jedoch für einen Schlagdrucker der
eingangs genannten Verwendung ungeeignet ist. Nachteilig ist der komplizierte Aufbau
und die aufwendige Technologie.
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Die dem bekannten Stand der Technik entnehmbaren Lösungen für elektrodynamisch
angetriebene Druckhämmer sind im wesentlichen für Druckeinrichtungen geschaffen
worden, die mit Rücksicht auf die Zeichen- oder Zeilenabstände eine gedrängte Anordnung
meist flach ausgebildeter Druckhammerantriebe aufweisen und die nur für eine gleichbleibende
Papierstärke geeignet sind. Ziel der Erfindung ist, bei Verwendung des elektrodynamischen
Antriebsprinzips einen einzelnen Druckhammer zu schaffen, der mit vertretbarem Aufwand
die -genannten Nactele nicht aufwest und eine wrtschaftliche Fertigung ermöglicht.
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Die technische Aufgabe, die durch die Erfindung gelöst wird, besteht
darin, einen elektrodynamischen Einzel-Druckhammerantrieb anzugeben, der bei kleiner
Hammermasse eine kurze Flugzeit und eine hohe Endgeschwindigkeit erzielt, der eine
gute Steuerbarkeit des Bewegungsvorganges und einen kompakten Aufbau aufweist, der
für unterschiedliche Papierstärken und bis zu 10 Durchschläge bei gleichbleibend
guter Druckqualität geeignet ist und einen guten Wirkungsgrad aufweist.
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Merkmale der Erfindung sind, daß der Druckhammer ein Hohlzylinder
ist, dessen Vorderseite als Hammerkopf ausgebildet und dessen Rückseite mit einem
Endstück abgeschlossen
istt der mittig einen Bund, mehrere diametral
angeordnete Längsschlitze und beidseitig angrenzende durch Nuten verbundene Wickelräume
aufweist, in denen eine zweigeteilte Spule mit entgegengesetztem Wickelsinn angeordnet
ist, daß der Druckhammer auf einem Kern längsverschieblich gelagert ist, der durch
diametral angeordnete, durch die Längsschlitze des Druckhammers ragende Halteklötze
gegenüber dem ihn umgebenden Magnetring abgestützt ist, daß die beidseitig des axial
magnetisierten Magnetrings angeordnete Joche den Druckhammer in Höhe der Wickelräume
umschließen und daß das elastisch verformbare Element den Druckhammerantrieb beidseitig
bogenförmig umfassend vom Endstück des Druckhammers zu nichtbeweglichen Teilen der
Druckeinrichtung geführt ist.
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In vorteilhafter Ausgestaltung der Merkmale der Erfindung ist der
Druckhammer aus einer.Aluminium-Magnesium-Legierung mit hartanodisierter Oberfläche
oder einstückig aus einem spritzbaren glasfaserverstärkten Plast hergestellt und
der Hammerkopf mit einer metallischen Verschleißschutzschicht versehen. Der Hammerkopf
weist Entlüftungslöcher auf und die Tiefe der Wickelräume ist größer als der Drahtdurchmesser
der einlagig gewickelten Spule, deren Enden in Nuten zum Endstück geführt sind.
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Die Summe der axialen Stärken der Joche und des Magnetrings sind um
den Betrag des Flugweges des Druckhammers kleiner als der Abstand der äußeren Windungen
der Spule.
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In weiterer Ausgestaltung der Merkmale der Erfindung ist das Endstück
ein perforiertes Plastteil, ist der Kern ein weichmagnetisches Material mit höchster
Sättigungsinduktion, beispielsweise Fecosat; Vacoflux; Hyperm; Permendur oder Hiperco
und weist stirnseitig angeordnete Dämpfungsscheiben auf.
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Die Halteklötze aus nichtmagnetischem Material sind prismatische Körper
mit annähernd pfeilförmigem Querschnitt.
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Der verformbare Element ist eine einstückige oder einezweiteilige
Blattfeder und ist entweder am vorderen Joch des Magnetrings oder am Druckwagen
befestigt.
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Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungabeispiel näher
erläutert werden.
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In der zugehörigen Zeichnung zeigen: Fig. 1: eine perspektivische
Darstellung des DruckhamPierantriebes, wobei sich der Druckhammer in der dbdruckstellung
befindet, Fig. 2: die Draufsicht von Fig. 1, wobei sich der Druckhammer in der Ruhestellung
befindet, Fig. 3s einen Vertikalschnitt senkrecht zur Druckebene durch den Druckhammerantrieb,
wobei sich der Druckhammer in Ruhestellung befindet, Fig. 4t eine perspektivische
Darstellung des unbewickelten Druckhammers, Fig. 5: das Wickelschema der getrennt
dargestellten Spule, Fig. 6t ein Schnitt durch die isolierte Befestigung des verformbaren
Elementes am vorderen Joch, Fig. 7: ein Vertikalachnitt parallel zur Druckebene
durch den Druckhammerantrieb in Höhe des Magnetrings, Fig. 8: eine perspektivische
Darstellung des Kerns mit einem Halteklotz.
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In Fig. 1, 2, 3 und 6 ist der erfindungsgemäße Druckhammerantrieb
in der Perspektive, in der Draufsicht und in zwei Schnitten dargestellt. Der Druckhammerantrieb
besteht aus dem Magnetring 1, dem vorderen und hinteren Joch 2 und 10, dem Druckhammer
3 mit Hammerkopf 9 und Spule 11;11' und dem verformbaren Element 4, das beispielsweise
in Fig. 2 einstückig dargestellt, den Druckhammerantrieb beidseitig bogenförmig
umschließend mit dem Endstück 13 des Druckhammers 3 und mit dem vorderen Joch 2
verbunden ist.
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In Fig. 1 ist der Druckhammerantrieb in der Abdruckstellung und in
Fig. 2 in der Ruhestellung dargestellt, wobei das verformbare Element 4 in beiden
Phasen eingezeichnet ist.
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Die dick ausgezogene Linie 4 kennzeichnet die Ruhestellung, die gestrichelte
Linie 4' die Abdruckstellung. Gegenüber dem Hammerkopf 9 ist in Fig. 2 und 3 in
Draufsicht und Seitenansicht eine Drucktype 14, das Farbband 8, der Auizeichnungsträger
7 und das Druckgegenlager 6 eingezeichnet.
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Die Drucktype 14 wird durchden Druckhammer 3 geg§f GaS~ Farbband 8
geschleudert und erzeugt auf dem Aufzeichnungsträger 7 einen Abdruck.
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In Fig. 3 ist das Funktionsprinzip des Druekhammerantriebes und in
Fig. 4 der Druckhammer 3 dargestellt. DerDruckhammer 3 ist ein Hohizylinder, dessen
Vorderseite als Hammerkopf 9 ausgebildet und dessen Rückseite durch ein Endstück
13 abgeschlossen ist.
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Mittig ist ein Bund 18, diametral angeordnete Längsschlitze 21 und
beidseitig angrenzende durch Nuten 12 verbundene Wickelräuie 19, 20 zur Aufnahme
der Spule 11,11' vorgesehen.
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Der Hammerkopf 9 weist vier Entlüftungslöcher 5 und das Endstück 13
ein zentrales Entlüftungsloch 5 auf. Der Druckhammer 3 kann aus einer Aluminium-Magnesium-Legierung
mit hartanodisierter Oberfläche oder einstückig aus einem spritzbaren glasfaserverstärkten
Plast hergestellt werden, wobei in der letzteren Ausführung der Hammerkopf 9 mit
einer metallischen Vqrschleißschutzschicht versehen ist. Das Endstück 13 ist aus
Plast hergestellt. Die Masse de. Druckhammers 3 ist somit sehr gering und beträgt
mit Spule bei Verwendung der Aluminiumlegierung ca. 3 g. Der vordere und hintere
Wickelraum 19, 20 dient zur Aufnahme der zweigeteilten einlagig gewickelten Spule
11,11', die mit entgegengesetzten Wicklungssinn eingelegt ist, wobei die Tiefe der
Wickelräume 19,20 größer als der Drahtdurchmesser der Spule 11,11' ist. Hierdurch
ist gewährleistet, daß die Spule 11,11' bei der Montage oder in Betrieb nicht beschädigt
werden kann. Die Verbindungsdrähte zwischen den Spulenteilen 11,11' sind in Nuten
12 eingelegt und die Spulenenden in Nuten 12 zum Endstück 13 geführt und dort mit
den Befestigungsachrauben der verformbaren Elemente 4 fixiert. Die erfindungsgemäß
zweigeteilte Spule verfolgt den Zweck, im Bereich der magnetischen Kraftlinien mit
einer einlagigen Spule möglichst viele stromführende Leiter anzuordnen und durch
die nur einlagige Spule 11,11' den Luftspalt zwischen Kern 16 und Jochen 2;10 möglichst
klein zu halten. In Fig. 3 ist der Verlauf des Magnetflusses 17 eingezeichnet.
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Es ist zu erkennen, daß der Hin- und Rückfluß der magnetischon Kraftlinien
ausgenutzt wird. Gleichfalls ist zu erkennen, daß zwar die Breite der Spulenteile
11,111 im wesentlichen der Stärke 27;27' der Joche 2;10 entspricht,
daß
sich jedoch im Ruhezustand nur der vordere Spulentei 11 vollständig unter dem vorderen
Joch 2 befindet, während das hintere Joch 10 nicht den gesamten hinteren Spulenteil
11 überdeckt.
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Erfindungsgemäß ist die Summe der axialen Stärken 27;27' 28 der Joche
2, 10 und des Magnetrings 1 um den Betrag des Flugweges des Druckhammers 3 kleiner
als der Abstand der äußeren Windungen der Spule 11,11w.
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Der Betrag des Plugweges des Druckhammers 3 entspricht im wesentlichen
dem Teil der Spule 11', der im Ruhezustand sich außerhalb des Joches 10 befindet.
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Bei Erregung der Spule 11,11' wird der Druckhammer 3 in Richtung der
Drucktype 14 bewegt. Die unter dem vorderen Joch 2 austretenden Windungen des Spulenteils
11 werden durch Windungen des Spulenteils 11', die unter das hintere Joch 10 eintreten,
ersetzt, so daß die Gesamtzahl der unter den Jochen 2;10 befindlichen Windungen
der Spule 11;11' auch während der Flugphase konstant bleibt.
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Der Druckhammer 3 ist mit einer Spielpassung auf dem feststehenden
Kern 16 gelagert, der beidseitig mit Dämpfungsscheiben 15 belegt ist. Die vordere
Dämpfungsscheibe 15 hat den Zweck, den Rückprall aufzufangen, während die hintere
Dämpfungsscheibe nur für den Fall wirksam wird, wenn bei angesteuerten Druckhammer
3 kein Druckgegenlager 6 den Stoß abfängt. Der Kern 16 wird erfindungsgemäß nach
Fig. 7 und 8 durch vier sgmmetrisch angeordnete Halteklötze 25 gegenüber dem Magnetring
1 abgestützt. Hierzu weisen die Halteklötze 25 einen annähernd pfeilförmigen Querschnitt
auf, wobei die Stege durch die Längsschlitze 21 des Druckhammers 3 ragen und auf
den Kern 16 aufsitzen und zugleich den Druckhammer führen. Der Kern 16 wird durch
Preßpassung, Verkleben oder Verstiften gehalten.
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Die durch die Längsschlitze 21 im Druckhammer 3 bewirkte verminderte
Steifigkeit wird durch den mittig angeordneten Bund 18 ausgeglichen. Das Antreiben
und Rückholen des Druckhammers 3 wird durch eine entsprechend gepolte Erregung der
Spule 11;11' erzielt und hierdurch eine gute Steuerbarkeit des Bewegungsvorganges
erreicht. Auch der Rücklauf kann beschleunigt und kurz vor dem Aufprall auf das
Druckgegenlager gebremst werden, indem die Spule 11
kurzgeschlossen
und durch Gegeninduktion eine Selbstdämpfung erzielt wird.
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Der gesamte Druckvorgang ist bereits nach 3,5 ms wiederholbar. Dem
Ausführungsbeispiel liegen folgende gemessene Betriebsdaten zugrunde: Die Luftspaltinduktionen
betragen zwischen 0,7 bis 0,8 Tesla bei einem Luftspalt von jeweils 0,8 mm.
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Die Spule 11;11' mit 0,08 mm Drahtstärke wird mit einem Rechteckimpuls
von 4 A bestromt.
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Der Flugweg beträgt 3 mm und die Flugzeit bis zum Auftreffen auf das
Druckgegenlager 6 wurde mit 0,95 ms gemes--1 sen. Die Hammerendgeschwindigkeit beläuft
sich auf 6 ms und die Aufschlagenergie beträgt ca. 600 pcm.
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Da die Eintauchzeit in eine positionierte Drucktype 14 bei einem Universaltypenträger
kleiner als 0,5 ms ist, kann nach Auslösen des Druckes der Typenträger bereits nach
0,5 ms weiterpositioniert werden.
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Das elastisch verformbare Element 4 hat im wesentlichen die Aufgabe,
eine flexible Verbindung zwischen Spule 11;11' und der nicht besonders dargestellten
Ansteuerelektronik herzustellen, es ist deshalb so ausgebildet, daß die Bewegung
des Druckhammers 3 nicht oder nur vernachlässigbar behindert wird. Das elastisch
verformbare Element 4 ist beispielsweise eine Blattfeder und kann einstückig oder
zweiteilig ausgeführt sein. In Fig. 2 ist die einstückige Ausführung dargestellt.
Für eine zweipolige Stromzuführung sind zwei Blattfedern 4 erforderlich, die am
vorderen Joch 2 (siehe Fig. 2) oder am Druckwagen endseitig isoliert befestigt sind.
Ein Schnitt durch eine solche isolierte Befestigung ist in Fig. 5 dargestellt. Eine
Lötöse 22 und ein Federende 4 sind zwischen eine Isolierbuchse 23 und eine Isoliersoheibe
24 geklemmt.