DE2807337A1

DE2807337A1 - Matrixdruckerkopf

Info

Publication number: DE2807337A1
Application number: DE19782807337
Authority: DE
Inventors: Calvin Brandon Ditch; Phillip Carl Gummeson; Robert Perry Hardison; Paul Roger Lozeau; John Dee Pylant; John Louis Steffik
Original assignee: INFORMATION MAGNETICS CORP
Current assignee: INFORMATION MAGNETICS CORP
Priority date: 1977-02-22
Filing date: 1978-02-20
Publication date: 1978-08-31
Also published as: JPS53134518A

Description

Ma trixdruckerkopf
Die Erfindung bezieht sich auf einen Drucker des Matrixdrucktyps und insbesondere auf einen Punktmatrixdrucker, bei dem flexible Druckdrähte verwendet werden.
Matrixdrucker verwenden in typischer Ausführung sieben bis neun in einem beweglichen Kopf angeordnete Solenoide. Ein flexibler Druckdraht erstreckt sich von jedem Solenoid durch den beweglichen Kopf und tritt frontseitig aus diesem aus.
Der Matrixdrucker druckt alphanumerische Zeichen dadurch, daß ein oder mehrere Solenoide erregt werden, wobei die zugehörigen Druckdrähte aus dem Kopf weiter ausgestoßen werden.
Aufgrund dieses Ausstoßes schlagen die einzelnen Drähte gegen ein Farbband und drüchn dieses auf einem geeigneten Papierblatt ab, wodurch der gewünschte Musterpunkt auf dem Papier gedruckt wird. Der Kopf wird dann zur nächsten Spalte bewegt, wo der selektive Erregungsvorgang der Solenoide wiederholt wird. Im Betrieb kann ein einzelner Solenoid bis zu 600-mal pro Sekunde erregt werden, wobei mehr als 100 Zeichen pro Sekunde gedruckt werden.
In bekannten Druckern diesEr Art wurde eine übermäßige Verschleiß- und Ausfallrate festgestellt. In einigenAnwendungsfällen konnte ein Druckkopf nur über wenige Monate benutzt werden, bis ein oder mehrere der im Kopf enthaltenen Solenoide versagten und auszutauschen waren.
Eine Ursache für die hohe Stör- und Verschleißanfälligkeit dieser bekannten Drucker liegt in der mangelnden Abführung der bei starker Benutzung von den Solenoiden erzeugten Wärme. Diese Wärme führt zu Durchschlägen in der Isolation der in den Solenoiden befindlichen elektrischen Spulen sowie zu einer starken Zunahme des Verschleisses verschiedener Solenoidkomponenten infolge Reibung, so daß deren Lebensdauer stark herabgesetzt ist. Neben der übermäßigen Abnutzung der Solenoidkomponenten infolge unabgeführter Wärme bestand eine andere Fenlerursache in den zum Rückholen des Druckdrahts in die statische Position (nach der Erregung) verwendeten Federn. Solche Federn müssen extrem leicht sein, um eine rasche Beschleunigung des Druckdrahtes zu ermöglichen.
Eine weitere Fehlerursache bekannter Druckerausführungen besteht in der übermäßigen Durchbiegung der Druckdrähte über deren Verlauf von den Solenoiden an einem Ende des Druckerkopfs zum anderen Ende des Kopfs. Diese übermäßige Durchbiegung bzw. Krümmung geht auf den relativ großen Durchmesser der in bekannten Druckern verwendeten Solenoide zurück, welche in einer planaren Anordnung an einem Ende des Druckkopfs in gegenseitigem Abstand angeordnet sind. Die entsprechenden Druckdrähte müssen gekrümmt von den kreisförmig angeordneten Solenoiden aus in eine eng benachbarte Linearanordnung am ausgangsseitigen Ende des Druckkopfs geführt werden. Die Durchbiegung oder Krümmung der Druckdrähte führt zusammen mit der hohen Erregerfrequenz zu übermäßigen Seitendrücken an den Druckdrahtführungslagern, wodurch sowohl die Druckdrähte als auch deren Lager ermüden und abgenutzt werden.
Ein Versuch, den oben beschriebenen Problemen bekannter Drucker zu begegnen, ist in der US-PS 3 690 431 beschrieben.
Bei dieser bekannten Ausführung ist eine Solenoidanordnung mit einem Gehäuse, einer Spule und einem darin angeordneten Anker vorgesehen. Ein Ende des Ankers ist mit einer wagenradartigen Feder fest verbunden. Die Wagenradfeder hat einen zentralen Nabenteil und vom Nabenteil aus radial verlaufende Speichen. Jede Speiche ist an dem freien Ende mit zwei gekrümmten Ansätzen versehen, wobei die Form dieser Ansätze so ist, daß die freien Enden aller Speichen eine kreisringförmige Peripherie bilden. Spalte sind zwischen den äußeren Enden von zwei benachbarten gekrümmten Ansätzen vorgesehen.
Wenn das Solenoid betätigt wird, so wird der Anker von dem durch die Spule erzeugten Magnetfeld vorgeschoben. Am Ende der Erregungsperiode der Spule drängt die Wagenradfeder den Anker in dessen statische Position zurück. Wenn an der Frontseite des Kopfes bzw. des Druckdrahtes kein Papier vorhanden ist, kann der Anker eines solchen Solenoids im Erregungszustand gegen das benachbarte Polstück schlagen und dadurch erst verzögert in die statische Position zurückkehren.
Eine solche Verzögerung kann Anlaß zu einem Systemschaden sein, wenn sich der ausgefahrene Druckdraht an dem Farbband verfängt, das aufgrund der starken magnetischen Kopplung vor den Kopf gezogen wird.
Es hat sich gezeigt, daß der Anker bei seiner Rückkehr in die statische Stellung während eines Druckzyklus zunächst über die statische Stellung hinaus anschlägt, zurückgeworfen wird in die statische Stellung und zwischen diesen Stellungen über ein kurzes Zeitintervall oszilliert, bis er wieder betätigt werden kann. Durch diese Verzögerung wird auch die Druckgeschwindigkeit des Kopfes herabgesetzt.
Die Federfunktion bei dem zuletzt beschriebenen bekannten Drucker beruht auf zwei getrennten, jedoch in Wechselbeziehung stehenden Bewegungen der Feder. Einerseits werden wie bei üblichen Federbetätigungen die Speichenabschnitte durchgebogen, wender Anker bei der Spulenerregung vorgeschoben wird. Außerdem verdrehen sich die gebogenen Ansatzstücke der Feder um ihren Zentralbereich. D*h., die äußeren Enden jedes der gebogenen Ansätze bleiben stationär, während der Mittelabschnitt verdreht wird, wodurch der Anker stärker in die statische Stellung zurückgedrängt wird. Wenn fü die auch diese bekannte wagenradförmige Feder die Zurückstellung des Ankers in dessen statische Position erforderliche Kraft zur Verfügung stellt, wird die Feder doch durch die Kombination der Biegebelastung der Speichenabschnitte und der Verdrehung der gebogenen Ansätze stärker belastet, so daß die Zuverlässigkeit der Feder abnimmt.
Bei diesem bekannten Druckkopf, in welchem sieben Solenoide vorgesehen sind, gibt es keine Maßnahmen zur Abführung der von den verschiedenen Solenoiden erzeugten Wärme, Aus diesem Grunde sind die Solenoide und das Gehäuse bei einem bekannten Drucker mit Zuverlässigkeitsproblemen behaftet, für die vor allem die von den Solenoiden erzeugte Wärme und die Ausbildung der in den Solenoiden verwendeten Federn ursächlich sind.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Matrixdruckerkopf der zuvor beschriebenen Art so zu verbessern, daß die Zuverlässigkeit der funktionswesentlichen Elemente sowie deren Lebensdauer bei hohen Arbeitsgeschwindigkeiten der Solenoide erhöht werden. Außerdem sollen die einzelnen Solenoide im Matrixdruckerkopf ohne Schwierigkeit ausgetauscht und einzeln axial im Druckerkopf eingestellt werden können. Der erfindungsgemäße Druckerkopf soll dabei so ausgebildet sein, daß minimale dynamische und statische Reibkoeffizienten im Bereich der Lager erreicht werden, wodurch sich größere Zuverlässigkeit und höhere Operationsgeschwindigkeiten infolge reduzierter Reibkräfte ergeben. Der Anker des Solenoids soll selbst dann bei der Rückkehr in die statische Stellung nicht magnetisch verzögert werden, wenn der Druckdraht bei der Druckoperation keinen Widerstand hat. Die Rückprallbewegung des Ankers soll gedämpft werden, damit der Druckdraht rasch wieder in die feste statische Stellung zurückkehren und für eine neue Betätigung bereit sein kann. Vor allem hierdurch kann die Druckgeschwindigkeit des Druckkopfs wesentlich erhöht werden.
Der erfindungsgemäße Matrixdruckerkopf weist ein Gehäuse mit wenigstens einem Rippenabschnitt und mehreren im Gehäuse angeordneten Solenoiden auf, deren Anordnung so getroffen ist, daß der Rippenabschnitt Wärme von den Solenoiden abführt.
Zur Verbesserung dieser Abführung kann ein wärmeleitendes Material vorgesehen sein, welches die vom Solenoid erzeugte Wärme zum Gehäuse ableitet. Der Rippenabschnitt des Gehäuses weist mehrere, radial um das Gehäuse angeordnete Rippen auf, die in gegenseitigem axialen Abstand angeordnet sind und unterschiedliche Querschnitte haben. Um die Betriebstemperatur der Solenoide wesentlich herabzusetzen und die Betriebseigenschaften und Lebensdauer der Solenoide zu verbessern, ist die Gehäusewand zwischen den Solenoiden und den Rippen relativ dünn, wobei die Rippen von dieser Gehäusewand aus um ein großeres Maß nach außen vorstehen als die Wand dick ist. Jedes Solenoid ist im Rippenabschnitt derart angeordnet, daß es gegebenenfalls entfernt und ausgewechselt werden kann.
Die Solenoidanordnung weist ein Gehäuse mit wenigstens einer Ausnehmung, ein verschieblich in dem Gehäuse gelagertes Druckelement, eine Vorrichtung zur Betätigung des Druckelements und eine mit dem Druckelement verschiebliche StentEder auf. Die Sternfeder ist mit radial verlaufenden Armabschnitten versehen, deren äußere Enden in der Ausnehmung bei Betätigung des Druckdrahts bzw. Druckelements seitlich ausweichen können. Zur Verringerung der Gesamtgröße des Kopfes und zur Minimalisierung der auf den Druckdraht wirkenden Belastungen sowie zur besseren Wärmeabfuhr vom Solenoid auf das Gehäuse ist die Wand des Solenoidgehäuses um die Spule relativ dünn ausgeführt, wodurch sich eine radiale Stufe zwischen diesem Spulenteil des Gehäuses und dem größeren rückwärtigen Abschnitt des Gehäuses ergibt. Zwischen der Frontseite des Ankers und dem benachbarten Polstück ist vorzugsweise eine Isolierscheibe angeordnet, die verhindert, daß das Polstück die Rückkehrbewegung des Ankers in dessen statische Position verzögert. Eine hinter dem Anker angeordnete Scheibe absorbiert die Aufprallenergie des Ankers.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. In der Zeichnung zeigen: Fig. 1 eine perspektivische Ansicht auf ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Matrixdruckerkopfs; Fig. 2 eine perspektivische Ansicht auf den Druckerkopf gemäß Fig. 1 in geöffnetem Zustand; Fig. 3 eine Schnittansicht auf den Druckerkopf entlang der Linie 3-3 -der Fig. 1; Fig. 4 eine Schnittansicht auf den Druckerkopf entlang der Linie 4-4 der Fig. 1; Fig. 5 eine Schnittansicht auf den Druckerkopf entlang der Linie 5-5 der Fig. 4; Fig. 6 eine Schnittansicht des Druckerkopfs entlang der Linie 6-6 der Fig. 4; Fig. 7 eine Schnittansicht des Druckerkopfs entlang der Linie 7-7 der Fig. 4; Fig. 8 eine Schnittansicht des Druckerkopfs entlang der Linie 8-8- der Fig 4; Fig. 9 eine Schnittansicht des Druckerkopfs entlang der Linie 9-9 der Fig. 4; Fig. 10 eine Schnittansicht auf ein Ausführungsbeispiel des Solenoids; Fig. 11 eine Schnittansicht des Solenoids entlang der Linie 11-11 in Fig. 10; Fig. 12 eine Schnittansicht des Solenoids entlang der Linie 12-12 der Fig. 10; Fig. 13 eine Schnittansicht des Solenoids in dessen statischer Stellung entlang deni§-13 der Fig. 12; Fig. 14 eine Schnittansicht entlang der Linie 13-13 in Fig. 12 auf den Solenoid in dessen betätigter Stellung; Fig. 15 eine Schnittansicht ähnlich derjenigen gemäß Fig. 12 auf den Solenoid bei einer anderen Ausbildung der Sternfeder; Fig. 16 eine Schnittansicht ähnlich derjenigen gemäß Fig. 4 auf ein anderes Ausführungsbeispiel des Matrixdruckerkopfs nach der Erfindung; und Fig. 17 eine Schnittansicht ähnlich der Fig. 10 auf den Solenoid bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 16.
In Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel des Matrixdruckerkopfs 2 mit einem Gehäuse 4 gezeigt, das einen Schnabelabschnitt 6 und einen Rippenabschnitt 8 aufweist. Ferner zeigt Fig. 1 ein Schnabellager 10 und eine Halterung 12, die beide zur Führung und Stabilisierung des Matrixdruckerkopfs 2 bei dessen Bewegung über ein mit alphanumerischen-Zeichen zu bedruckendes Blatt dienen.
Dadurch, daß sowohl das Schnabellager als auch die Halterungaus einem Material bestehen, das ein Schmelzbadwärmeleiter ist, kann der den Druckerkopf tragende Schlitten wesentlich zur Abführung der im Kopf erzeugten Wärme beitragen, wodurch die Temperatur an der Wärmeerzeugerstelle reduziert wird.
Ein Druckdraht 16 tritt aus einer äußeren Drahtführung 14 nach außen aus. Wenn auch die anderen sechs Druckdräht¢16 nicht dargestellt sind, ist leicht einzusehen, daß Druckdrähte 16 normalerweise eine sehr kurze Distanz aus der äußeren Drahtführung 14 in einer linearen Anordnung vorstehen. Im Betrieb werden die einzelnen Druckdrähte 16 so betätigt, daß sie aus dem Druckkopfgehäuse 4 weiter austreten. Jeder Druckdraht 16 schlägt dann gegen ein Farbband das auf ein geeignetes Blatt Papier schlägt und eine Reihe von Punkten abdrückt. Wenn der Matrixdruckerkopf 2 von einer Spaltenstellung zur nächsten bewegt wird, werden die durch die verschiedenen Betätigungen der Druckdrähte 16 erzeugten Punkten in eine solche Beziehung gebracht, daß alphanumerische Zeichen gebildet werden.
Fig. 2 zeigt den Innenaufbau des Matrixdruckerkopfes 2 genauer.
Die obere Hälfte 18 des Schnabelabschnitts ist gegenüber der unteren Hälfte 20 aufgeklappt dargestellt. In Schlitzführungen 30 an den beiden Hälften 18 und 20 des Nasenabschnitts 6 sind Drahtführungen 14, 22, 24 und 26 angeordnet. In den Drahtführungen sind kreisförmige Öffnungen 28 in verschiedenen Konfigurationen angeordnet. Aus Fig. 2 ist zu sehen, daß die Druckdrähte 16 durch kreisförmige Öffnungen 28 jeder der Drahtführungen 26, 24 und 22 sowie durch die äußere Drahtführung 14 durchgeführt sind und schließlich aus dem Matrixdruckerkopf 2 austreten. Dieser Art Führungen halten die Druckdrähte 16 zunächt in einer kreisförmigen Anordnung an der Drahtführung 26 und führen die Drähte in eine parallel-lineare Anordnung an der äußeren Drahtführung 14. Neben der Überführung der Drähte in die lineare Konfiguration erfüllen die Drahtführungen 14, 22, 24 und 26 die Funktionen der Stabilisierung und Halterung der flexiblen Druckdrähte 16. Auf diese Weise wird die rasche Beschleunigung der Druckdrähte 16 durch jedes Solenoid genau in eine Linearbeschleunigung-der Druckdrähte 16 im Bereich der äußeren Drahtführung 14 übertragen. Die Drahtführung 14 ist vorzugsweise aus einem gegenüber mechanischen Beanspruchungen hoch widerstandsfähigem Material, z.B. synthetischem Rubin hergestellt, um den beträchtlichen Reibkräften an der Oberfläche der Drahtführung 14 standzuhalten.
Fig. 3 zeigt den Innenaufbau der unteren Hälfte 20 des Schnabelabschnitts 6 und eine Schnittansicht durch den Rippenabschnitt 8. In der unteren Hälfte 20 des Schnabelabschnitts 6 sind Drahtführungen 14, 22, 24 und 26 und die entsprechenden Druckdrahtführungen angeordnet. Wie in Fig. 3 deutlich zu erkennen ist, konvergieren die Druckdrähte 16 auf eine parallel-lineare Anordnung im Bereich der äußeren Drahtführung 14.
Fig. 3 zeigt auch eine Schnittansicht des Rippenabschnitts 8, der mit dem Schnabelabschnitt 6 verbunden ist. Der Rippenabschnitt 8 weist mehrere, im wesentlichen rechtwinklige und flache Aluminiumbauteile auf, welche radial um den hinteren Teil des Matrixdruckerkopfes 2 angeordnet sind. Da Solenoide 32-ganz im Rippenabschnitt 8 eingebaut sind, ergibt sich eine ausgezeichnete Wärmeleitung von den Solenoiden 32 zum Rippenabschnitt 8, wodurch die in den Solenoiden 32 erzeugte Wärme wirksam abgeführt wird. Es hat sich gezeigt, daß diese wirksame Wärmeabführung über den Rippenabschnitt 8 die Lebensdauer der Solenoide 32 wesentlich erhöht. Wie in den Fig. 3 und 4 zu sehen ist, haben die Teilabschnitte des Rippen schnitts- 8 unterschiedliche Querschnittsabmessungen, wobei die Rippen wenigstens so lang wie die Stärke der Wand zwischen den Rippen und dem Solenoi M Außerdem sind die Rippen mit engem Abstand angeordnet, wodurch einerseits eine maximale Wärmeableitung und andererseits eine räumlich gedrängte Ausbildung des Matrixdruckerkopfes 2 errreicht werden.
In Fig. 3 ist außerdem eine Solenoid-Einstellvorrichtung mit einer Rückplatte 34, Einstellschrauben 35 und Solenoid-Haltefedern 37 gezeigt. Diese Solenoide 32 sind im Rippenabschnitt 8 verschieblich gehaltert und können einzeln axial eingestellt, entfernt und ausgewechselt werden. Die axiale Einstellung der Solenoide 32 im Rippenabschnitt 8 erfolgt mit Hilfe der die Rückplatte 34 durchgreifenden Einstellschrauben 35 und der Solenoid-Haltefedern 37. Durch Eindrehen der Einstellschrauben 35 können die Solenoide 32 im Rippenabschnitt 8 axial einwärts bewegt werden. Wenn die Schraube 35 nach außen gedreht wird, drängt die dem Solenoid 32 zugeordnete Feder 37 den Solenoid axial nach außen. Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel ist die Feder 37 als "Bellville"-Feder ausgebildet; verschiedene andere Federausführungen können jedoch verwendet werden. Mit Hilfe dieser Solenoid-Einstellvorrichtung können nicht nur die einzelnen Solenoide 32, sondern damit auch die Druckdrähte 16 verstellt werden, um das Maß ihres Vorspringens aus dem Matrixdruckerkopf 2 zu verstellen.
Neben dem anhand von Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel der Solenoid-Einstellvorrichtung sind auch andere Methoden möglich. So können beispielsweise die Solenoide 32 durch ein Gewinde direkt mit dem Rippenabschnitt 8 verbunden sein, so daß ihre Winkeldrehung von einer entsprechenden Axialverschiebung begleitet ist. Eine solche Axialverschiebung läßt sich durch eine geeignete Verriegelungsvorrichtung festlegen. Eine solche Einstellvorrichtung macht Einstellschrauben 35 überflüssig. Bei einigen Anwendungsfällen ist es jedoch erwünscht, die Solenoide im Gehäuse fest anzuordnen und den Druckdraht 16 auf die äußere Drahtführung 14 abzuschleifen.
Fig. 4 zeigt eine vertikale Querschnittsansicht durch den Matrixdruckerkopf 2 und die Anordnung der Solenoide 32 im Rippenabschnitt 8. Wichtig ist, daß die Solenoide 32 in festem Kontakt mit dem sie umgebenden Rippenabschnitt 8 stehen, so daß ein guter Wärmeübergang von den Solenoiden 32 zum Rippenabschnitt besteht und eine verbesserte Wärmeabfuhr von den Solenoiden 32 stattfinden kann. Es ist zu sehen, daß die Druckdrähte 16 von den Solenoiden 32 aus durch die Drahtführungen 26, 24 und 22 zur äußeren Drahtführung 14 hin konvergieren und dort in einer parallelen Linearanordnung austreten. Fig. 4 zeigt auch den Querschnitt des Schnabellagers 10 und eine Seitenansicht auf die Halterung 12 sowie die Sdenoid-Einstellschrauben 35 und die Solenoid-Haltefedern 37.
Fig. 5 ist eine Querschnittansicht durch das Ende des Rippenabschnitts 8,- in welcher die Anordnung der Solenoide 32 innerhalb des Rippenabschnitts 8 zu sehen ist. Die kreisförmige Anordnung 38 der Solenoide 32 erlaubt bei einer vorgegebenen Gesamtlänge des Kopfes eine optimal kompakte Anordnung der Solenoide 32 um die Längsachse des Matrixdruckerkopfs 2. Der Durchmesser 33 jedes Solenoids 32 ist minimalisiert, um eine Versetzung jedes der Druckdrähte 16 gegenüber der Achse des Matrixdruckerkopfes 2 möglichst klein zu halten.
Durch Minimalisierung des Durchmessers 33 der Solenoide 32 wird die Durchbiegung jedes Druckdrahts 16 bei dessen Führung in die lineare Konfiguration an der äußeren Drahtführung 14 ebenfalls minimalisiert. Diese Minimalisierung der Durchbiegung der Druckdrähte 16 hat die Lebensdauer jedes der Druckdrähte vergrößert, da letztere beim Durchtritt durch die Drahtführungen 22, 24 und 26 einem herabgesetzten Reibwiderstand ausgesetzt sind.
Fig. 6, 7, 8 und 9 zeigen die Anordnung von kreisförmigen Öffnungen 26 in jeder der Drahtführungen 22, 24 und 26 und der äußeren Drahtführung 14. Es ist zu sehen, daß sich die Anordnungen der kreisförmigen Öffnungen 28 von einer allgemein kreisförmigen Anordnung im Bereich der Drahtführung 22 zu einer linearen Anordnung an der äußeren Drahtführung 14 ändern. Der minimale Durchmesser 33 jedes Solenoids 32-macht es möglich, daß die kreisförmigen Öffnungen 28 der Drahtführung 22 dicht um die Achse des Druckerkopfgehäuses 4 angeordnet werden. Die Anordnung der kreisförmigen Öffnungen 28 in den nachfolgenden Drahtführungen 24 und 26 erfordert nur eine geringe Änderung der Drahtverläufe, so daß eine Linearanordnung an der äußeren Drahtführung 14 bei einer leichten, übergangs losen Kurve von der Vorderseite der Solenoide zur äußeren Drahtführung erreicht wird.
Die den seitlich versetzt gegenüber der Längsachse des Kopfes angeordneten Solenoiden zugeordneten Druckdrähte können entlang unterschiedlichen Kurven vom Solenoid zur äußeren Drahtführung 14 verlaufen. Wie oben gesagt, tritt jeder Druckdraht aus der äußeren Drahtführung in allgemein paralleler, koplanarer Konfiguration aus. Außerdem verläuft jeder Druckdraht rechtwinklig zur Frontfläche des ihm zugeordneten Solenoids. Jeder Druckdraht muß darüberhinaus auss reichend steif sein, um die erforderliche Schlagkraft an dem vor dem Kopf befindlichen Farbband und dem Papier entfalten zu können1 wobei ein minimaler Reibwiderstand bei einer derartigen Längsbewegung des Druckdrahtes anzustreben ist. Wenn der Druckdraht auch entlang unterschiedlicher Bahnen von dem ihm zugeordneten Solenoid zur äußeren Drahtführung geführt sein kann, genügt die sogenannte natürliche Bahn mit den minimalen Spannungen diesen Erfordernissen am besten und ist daher im Rahmen des beschriebenen Druckerkopfes bevorzugt.
Fig. 10 ist eine Schnittansicht einer einzelnen Solenoidanordnung 40. Von der Solenoidanordnung 40 geht ein Druckdraht 16 aus, der in einem Halterohr gehalten und geführt ist. Das Halterohr, das bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel aus Messing besteht, absorbiert die im Druckdraht 16 noch vorhandene Biegespannung, begrenzt eine seitliche Ausweichbewegung des Druckdrahts infolge Stoßbelastungen bei der Druckoperation und verhindert eine Übertragung der Biege spannungen zum Solenoid, wodurch die Verbindung des Druckdrahts mit dem Anker geschwächt oder gelöst werden könnte. Bei dem beschriebenen Ausfuhrungsbeispiel besteht der Druckdraht 16 aus Wolfram, obwohl verschiedene andere Materialien ebenfalls geeignet wären. Der Druckdraht 16 ist an der Kupplung 52 fest mit dem Anker 50 des Solenoids verbunden. Koaxial um den Anker 50 ist ein Spulenkörper 44 angeordnet, welcher die elektrische Spule bzw. Wicklung 46 begrenzt. An die Wicklung 46 ist ein Leitungsdraht 47 angeschlossen, der durch Öffnungen 70 und 72 aus der Solenoidanordnung 40 herausgeführt ist. Den Anker 50 und die Spule 46 umgibt ein hohlzylindrisches Gehäuse 42 mit einer Öff-Ausne nung 66 und einer 2. Die Öffnung 66 kann zur In jektion einer thermisch leitenden Flüssigkeit oder einer Vergußmasse in die freien Zonen des Gehäuses 42 dienen.
Vorzugsweise wird ein thermisch leitendes viskoses Material z.B. ein Fett verwendet, das einfach handhabbar ist und sich durch ausgezeichnete Wärmeübertragungseigenschaften auszeichnet. Bei Betätigung des SolenoidJ mit hoher Geschwindigkeit erzeugt die elektrische Spule erhebliche Wärme.
Die Wärme wird von der Spule 46 zum Solenoidgehäuse 42 derart übertragen, daß sie über den Rippenabschnitt 8 abgeführt werden kann. Die Kammer 62 ist in einem Spalt zwischen einem Polring 68 und einem Anschlagsbauteil 58 gebildet. In der Kammer 62 ist eine Sternfeder 60 angeordnet, welche mit dem Anker 50 am Ankerkopf 54 verbunden ist.
In Fig. 10 ist außerdem die Ankeraufhängung mit einem mit dem Ankerkopf 54 bei 57 verbundenen Verlängerungsstück 55 und einer Bohrung 56 im Anschlagbauteil 58 gezeigt. Das zylindrische Verlängerungsstück 55 ist in der Bohrung 56 axial verschieblich gelagert und gibt dem Anker 50 radialen Halt.
Auf diese Weise kann der Anker 50 im Spulenkörper 44 derart zentriert werden, daß er bei der Bewegung ohne Reibkontakt mit dem Spulenkörper bleibt. Ein Luftspalt 59 wird daher immer zwischen der Umfangsfläche des Ankers 50 und der Innenfläche des Spulenkörpers 44 aufrechterhalten.
Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel besteht das Widerlagerbauteil 58 aus selbstschmierendem Kunstharzmaterial auf Polyazetalbasis. Die Innenfläche der Bohrung 56 hat daher wegen des im Kunstharzmaterial eingelagerten Öls einen niedrigen Reibungskoeffizienten und bildet wegen der Härte des Kunstharzes trotzdem eine gegen Abnutzungserscheinungen widerstandsfähige Oberfläche. Selbstverständlich kann das Widerlagerbauteil 58 auch aus verschiedenen anderen Materialien mit niedrigen Reibwerten hergestellt werden.
Durch die freie Lagerung des Ankers 50 im Spulenkörper 44 und Konzentration der Reibkontakte in der Verlängerung 55 und der Zylinderbohrung 56 ist der gesamte Reibwiderstand gegen Bewegungen des Ankers 50 weitgehend minimalisiert.
Diese Verringerung des Reibwiderstandes geht in erster Linie auf die begrenzten Oberflächen-Kontaktzonen zurück. Bei bekannten Vorrichtungen ähnlicher Art ist der Anker in einer mit dem Spulenkörper 44 vergleichbaren Hülse axial verschieblich gelagert, so daß praktisch die Gesamtoberfläche des Ankers mit dieser Hülse in Reibkontakt steht. Dagegen ist bei der Erfindung nur die dem Verlängerungsstück 55 zugeordnete Oberflächenzone in Reibkontakt mit dem Anker, und diese Oberflächenzone ist wegen der im Vergleich zum Anker 50 kürzeren und dünneren Ausbildung des Verlängerungsstücks 55 wesentlich kleiner als bei bekannten Vorrichtungen dieser Art. Dieser vergleichsweise geringere Reibkontakt ermöglicht eine rasche Beschleunigung und eine hohe Geschwindigkeit des Ankers 50. Befindet sich das Solenoid über eine längere Periode in Ruhestellung, so ergeben sich wesentlich höhere Reibwiderstände als bei einer Betätigung unter Betriebstemperatur. Die Verringerung des Reibkontakts minimalisiert auch die Trägheit des Solenoids bei dessen ersten Betriebszyklen nach einer längeren Ruheperiodeo Vorzugsweise sind daher auch die Druckdrähte wenigstens in ihren die Führungen, z.B. die Drahtführung 14 und das Stützrohr 48 durchgreifenden Abschnitten poliert, Durch dieses Polieren der Drahtoberflächen werden die die Anker und Druckdrahtbewe gungen bei einer Druckoperation verzögernden Reibkräfte weiter reduziert.
Im Betrieb wird die Spule 46 über den elektrischen Anschlußdraht 47 mit Strom beaufschlagt, der zu einem Magnetfeld durch den Spulenkörper 44 führt und dadurch den Anker 50 im Spulenkörper 44 axial verschiebte Wenn sich der Anker 50 im Spulenkörper 44 verschiebt, wird der Druckdraht 16 weiter aus dem Stützrohr 48 nach außen gestoßen. Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel beträgt der Bewegungshub des Ankers 50 sowie des Druckdrahts 16 0,127 bis 0,381 mm.
Daher schlägt der Anker 50 auch nicht gegen den Punkt 43 des Solenoidgehäuses 42. Der Bewegung des Ankers 50 innerhalb des Spulenkörpers 44 wirkt die Sternfeder 60 entgegen, welche bei einer solchen Bewegung aus ihrer statischen Stellung ausgelenkt wird. Wenn der die Spule 46 durchfließende Strom unterbrochen wird, wird der Anker 50 rasch in seine statische Lage zurückgeholt, wobei der Ankerkopf 54 schließlich gegen das Widerlagerbauteil 58 schlägt.
Der Polring 58 umgibt einen Abschnitt des Ankers 50 ringförmig und ist neben dem Spulenkörper 44 und der elektrischen Spule 46 angeordnet. Bei dem Polring 68 handelt es sich um eine Metallscheibe mit einer zentralen Bohrung, die vom Anker 50 durchgriffen wird. Ein Teil des durch Erregung der Spule 46 erzeugten Magnetfeldes wird vom benachbarten stirnseitigen Ende des Spulenkörpers 44 in den Polring 68 eingekoppelt, wodurch die auf den Anker 50 wirkende Schubkraft erhöht wird.
Der Polring 68 vergrößert daher den magnetischen Wirkungsgrad der Solenoidanordnung 40.
Fig. 11 ist eine Querschnittsansicht durch den Anker 50 bei dessen Aufprall auf die Anschlagzone 74 des Widerlagerbauteils 58. Im Anschlagbauteil sind Ausnehmungen 62 ausgebildet. Neben der im beschriebenen Ausführungsbeispiel schlitzförmigen Ausbildung der Ausnehmungen 62 können andere Ausnehmungsformen vorgesehen werden, welche ein seitliches Ausweichen der Enden der Feder 60 unter Verhinderung- einer Axialverschiebung ermöglichen. In Fig. 11 ist außerdem die Öffnung 72 zur Durchführung des Anschlußdrahts 47 gezeigt.
Fig. 12 stellt die lagemäßige Beziehung der Sternfeder 60 zum Polring 68 dar. Es ist zu sehen, daß die Sternfeder 60 einen ringförmigen zentralen Nabenteil 64 aufweist, welcher den Anker 50 satt umschließt. Die Sternfeder 60 hat außerdem Armabschnitte 61 mit etwa kreisförmigen Fußabschnitten 63.
In Fig. 15 ist die Sternfeder 60' in abgewandelter Ausführungsform gezeigt, wobei ebenfalls Federarme 61' vorgesehen sind. Diese mit teilkreisförmigen Segmenten versehene Sternfeder 60' ist steifer als die Feder 60 und entwickelt demgemäß größere Federkräfte bei einer vorgegebenen Auslenkung.
Als Material der Federn kann beispielsweise ein Uhrfederwerkstoff verwendet werden, wobei die Dicke der Feder 60 etwa 0,0762/und der Feder 60' etwa 0,05 eträgt.
Figuren 13 und 14 zeigen die Funktionsweise der Sternfeder 60 im Zusammenwirken mit den Ausnehmungen 62. Fig. 13 zeigt den Anker 50 in dessen statischer Position, wobei die Sternfeder 60 am Ankerkopf 54 anliegt und mit dem äußeren Ende 63 des Armabschnitts in die Ausnehmung 62 eingreift. In der statischen Position wird der Anker 50 von der Sternfeder 60 aufgrund einer leichten Auslenkung dieser Feder leicht vorgespannt. Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel ist diese Vorspannung dadurch erreicht, daß die innere Stirnfläche 65 des Ankerkopfs 54 gegenüber der Fläche 67 der Ausnehmung 62 um etwa 0,1 mm versetzt ist. Aufgrund dieser Vorspannung wird der Anker 50 nach dessen Betätigung rasch wieder in die für die nächste Betätigung optimale Position zurückgesetzt.
In Fig. 14 ist der Anker 50 aufgrund einer Betätigung um 0,127 bis 0,381 mm verschoben. Da die Sternfeder 60 an dem zentralen Nabenteil 64 nicht formschlüssig mit dem Anker 50 verbunden ist, sondern statt dessen nur auf den Anker aufgeschober/ist, hat sich der Nabenteil 64 gegenüber dem Anker 50 in dieser Stellung bis zum Punkt 78 verschoben. Außerdem wurde das äußere Ende 63 der Sternfeder relativ zum Polring 68 seitlich verschoben. Da die auf den Anker 50 wirkende Rückholkraft in erster Linie auf den Rückprall des Druckdrahts 16 vom Papier und der Druckplatte zurückgeht, dient die Sternfeder 60 zur Minimalisierung des Rückpralls des Ankers 50 vom Widerlager 58 und steht der raschen Beschleunigung des Ankers 50 bei dessen Betätigung kaum entgegen. Daher wird die zur Verhinderung eines Rückstoßes von dem Widerlagerbauteil erforderliche Kraft von der Feder 60 geliefert, wenn sich der Anker 50 in der statischen Position befindet, wobei die ungehinderte seitliche Verschiebung des äußeren Endes 63 der Federarmabschnitte und die axiale Verschiebung des Nabenabschnitts 64 den Einfluß der Feder 60 auf die Betätigung des Ankers 50 begrenzen.
Ein anderes Ausführungsbeispiel des Matrixdruckerkopfs ist in Fig. 16 in einer Querschnittsansicht ähnlich derjenigen gemafl Figuren 3 und 4 dargestellt. Wie bei dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel besteht der Matrixdruckerkopf aus einem Gehäuse 100 mit einem vorderen oder Schnabelabschnitt 102 und einem hinteren oder Rippenabschnitt 104.
Vorzugsweise ist der Schnabelabschnitt der Frontfläche des Rippenabschnitts angepaßt und an dieser mit Hilfe von Schrauben 106 lösbar befestigt. Der Innenraum des Rippenabschnitts 104 ist mit einer Reihe von Kammern zur Aufnahme von Solenoiden 108 versehen, wobei die Kammern die in Fig.
5 angegebene Ausbildung haben. Ein Druckdraht 112 verläuft von der Frontseite jedes Solenoids durch den Schnabelabschnitt des Gehäuses und durchgreift die Drahtführungen 114 sowie die äußere Drahtführung 116. Diese Drahtführungen erfassen die Druckdrähte entlang der Bahn minimaler Beanspruchungen. Ihre Ausbildung entspricht allgemein derjenigen der Bahnführungen gemäß den Figuren 6 bis 9.
Zur Erzielung der gewünschten Operationsgeschwindigkeiten ist es wichtig, daß der Druckdraht weitgehend ungehindert in den Drahtführungen axial beweglich ist. Aus diesem Grunde sind die Löcher in den Drahtführungen, durch die die Druckdrähte durchgeführt sind, wesentlich größer als die Drahtquerschnitte, und die Druckdrähte sind zumindest in ihren die Führungen durchgreifenden Abschnitten oberflächenpoliert, um die im Bereich der Drahtführungen auf die Druck drähte wirkenden Reibkräfte zu reduzieren.
Wie bereits oben in Verbindung mit dem ersten Ausführungbeispiel erwähnt, ist die radiale Länge der Rippen wenigstens so lang oder länger als die radiale Dicke der die Solenoide umgebenden Gehäuseabschnitte, damit ein möglichst großer Anteil der Wärme über die Rippen abgeleitet werden kann. Auch ist die Außenfläche des die Solenoide umgebenden Wandabschnitts des Gehäuses 104 derart abgestuft ausgebildet, daß sie etwa parallel zur Axialrichtung der Solenoide verläuft.
Auf diese Weise kann das Gewicht des Gehäuses und der Wand reduziert und die Länge der um den Druckabschnitt der Solenoide angeordneten Rippen erhöht werden Während die Außenform der Rippen bei dem ersten Ausführungsbeispiel etwa rechtwinklig war, ist sie bei diesem Ausführungsbei spiel vorzugsweise kreisförmig, Bei einer gegebenen Gesamtlänge des Kopfes ist es zweckmäßig, Solenoide kleiner Abmessungen, insbesondere kleiner Querschnittsabmessungen zu verwenden. Dadurch können die Solenoide auf minimalem Durchmesser kreisförmig angeordnet werden, was zur Folge hat, daß der Druckdraht nur geringfügig durchgebogen werden muß und minimale Belastungen im Draht entstehen. Dadurch ergibt sich dann auch eine maximale Lebensdauer der Gesamtanordnung0 Nach dem Grundsatz: je kleiner die Anordnung, desto leichter deren Masse, kommen die Vorteile eines Solenoidkopfs minimaler Größe auch der zugehörigen Halterung des Kopfes sowie der Vorrichtung zur Bewegungssteuerung zugute. Aus diesen und anderen Gründen sollten die Solenoide insbesondere in der Radialrichtung minimale Abmessungen haben Aus der Darstellung des Solenoids gemäß Fig0 10 ist zu sehen, daß dieser zwei bestimmte Zonen hat, von denen eine die Spule und die andere hintere Zone die den Anker halternde und dessen Bewegung steuernde Vorrichtung umgibt Die Abmessungen dieser beiden Teile oder Zonen brauchen nicht die gleichen zu sein und können tatsächlich relativ zueinander variiert werden. Insbesondere kann der die Spule umgebende Teil des Solenoidgehäuses kleiner als der die Vorrichtung zur Halterung und Bewegungssteuerung des Ankers umgebende Teil gemacht werden. Wenn dies geschieht, wird der Vorderteil des Gehäuses radial verkleinert oder gestuft gegenüber dem rückwärtigen Teil ausgeführt (Fig. 16), wodurch der Durchmesser der kreisförmigen Solenoidanordnung beträchtlich verkleinert werden kann. Dies hat wiederum zwei wesentliche Vorteile: 1.) ohne Änderung der Spannungen in den Druckdrähten kann die Länge des Gesamtgehäuses verringert werden; und 2.) bei gleichbleibender Länge des Gehäuses kann die Durchbiegung der Druckdrähte und damit deren Belastung verringert werden. Mit Hilfe dieser einfachen aber bedeutsamen Änderung, d.h. der Abstufung des Durchmessers des Frontteils des Solenoidgehäusess werden diese beiden Vorteile realisiert. Der Matrixdruckerkopf wird dadurch etwas kürzer, und die Spannungen in den Druckdrähten werden verringert.
Die in den Wicklungen der Solenoide normalerweise verwendeten Drähte sind ziemlich dünn. Sie können daher keinen großen Zug- und Biegespannungen standhalten. Bisher wurden diese Drähte aus dem Solenoid und dem Matrixdrucker zu einer Anschlußplatte geführt, über die der Kopf mit der Steuerschaltung des Druckers elektrisch verbunden wurde. Eine beträchtliche Anzahl von Fehlern im Druckerkopf gingen bisher auf eine Beschädigung dieser Drähte zurück. Zur Vermeidung der dadurch erwachsenen Probleme werden die Stromzuleitungsdrähte jedes Solenoids zu einer gedruckten Schaltungsplatte 116 an der Rückseite jedes Solenoids geführt und über diese Schaltungsplatte mit stärkeren und widerstandsfähigeren Drähten 118 verbunden. Diese stärkeren Drähte sind zu einer beispielsweise in der in Fig. 16 dargestellten Weise am Gehäuse montierten Anschlußvorrichtung 120 geführt. Statt einzelner gedruckter Schaltungsplatten für jedes Solenoid kann auch eine einzige gedruckte Schaltungsplatte mit mehreren Zonen zum Anschluß der einzelnen Solenoide und der zugehörigen Drähte 118 verwendet werden. Bei Verwendung von individuellen bedruckten Schaltungsplatten für jeden Solenoid können die einzelnen Solenoide jedoch gegebenenfalls unabhängig voneinander ausgewechselt werden. Vorzugsweise ist jedes Solenoid in der ihm zugeordneten Bohrung im Rippenabschnitt 104 mittels einer Scheibe 124 festgelegt, welche mit einer Schraube 126 mit dem Rippenabschnitt verschraubt ist. Eine Kappe 128 deckt den rückwärtigen Bereich des Rippenabschnitts mit den Solenoiden ab.
Eine andere vorteilhafte Solenoidausführung mit gestuftem Gehäuse ist in Fig. 17 gezeigt. Bei dieser Ausführungsform hat der die Spule umgebende Gehäuseabschnitt im Vergleich zum hinteren Abschnitt um die den Anker halternde und dessen Bewegung steuernde Vorrichtung einen verringerten Querschnitt.
Das hohle, zylindrische Solenoidgehäuse 130 hat einen Frontabschnitt 132, dessen Durchmesser im Vergleich zum hinteren Abschnitt 134 reduziert ist. Im Frontabschnitt dieses Gehäuses ist ein Polstück 136 mit einer Bohrung 138 relativ kleinen Durchmessers befestigt, wobei die Bohrung 138 mit der Längsachse des Gehäuses ausgerichtet ist. Um das Pol stück ist eine Spule oder Wicklung 140 auf einem rohrförmigen Spulenkörper 142 angebracht. Das hintere Ende dieses Spulenkörpers greift in eine Zentralöffnung eines mit dem hinteren Abschnitt 134 des Gehäuses verbundenen Polrings 144 ein.
Dieser Polring ist mit einer Öffnung 146 als Durchführung für die Spulendrähte 148 versehen.
Ein Anker 152 durchgreift die Zentralöffnung des Polrings 144 und greift in den Spulenkörper 142 ein. Mit diesem Anker ist beispielsweise durch Verlöten das hintere Ende des Druckdrahtes 154 verbunden, der durch die enge Bohrung 138 des Polstücks 136 und von dort durch das Gehäuse des Kopfs bis zu der äußeren Drahtführung verläuft. Vorzugsweise ist der Draht im Polstück 136 von einem Rohr 156 engen Durchmessers umgeben, das seitlich auf den Druckdraht wirkende Kräfte absorbiert. Wenn beispielsweise der Druckdraht bei der Druckoperation gegen das Papier schlägt, so können beträchtliche seitliche Schläge auf den Draht wirken. Solche Schläge bzw.
Kräfte werden vom Rohr 156 aufgenommen, wobei verhindert wird, daß sie zur Verbindung des Druckdrahts mit dem Anker übertragen werden, wodurch die Verbindung in der weiter oben beschriebenen Weise geschwächt oder gar beschädigt werden kann. Anstelle eines dünnen Rohrs kann auch eine eng gewickelte Feder verwendet werden, welche eine zusätzliche Dämpfung zur Kontrolle der seitlichen Ausweichbewegungen des Druck drahtes hervorrufen kann.
Eine Sternfeder 160 der weiter oben beschriebenen Ausführung hintergreift den erweiterten Ankerkopf 162, wobei die freien Enden der radialen Arme der Feder im umfangsnahen Bereich an der Stirnseite des Polrings 144 aufgesetzt sind.
Der Anker 152 weist ein zylindrisches Verlängerungsstück 164 auf, welches in einer Zentralbohrung im Widerlagerbauteil 166 aufgenommen ist. Vorzugsweise ist das Widerlagerbauteil 166 aus engem Material mit niedrigem Reibungskoeffizienten hergestellt. Das zylindrische Verlängerungsstück 164 ist passend in die Zentralbohrung des Widerlagerbauteils eingefügt, so daß der Anker im Solenoid genau gehaltert und gelagert ist, jedoch von anderen Komponenten des Solenoids Abstand haben kann. Hierdurch ist der Reibwiderstand gegen eine Ankerbewegung im Solenoid auf ein Minimum herabgesetzt, wie bereits anhand der oben beschriebenen anderen Ausführungsbeispiele erläutert wurde.
Nachdem der Anker durch Erregung der Spule 140 axial vorgestoßen und den Druckdraht nach vorn gegen das Farbband und das Papier gestoßen hat, prallt er nach diesem Operationszyklus mit beträchtlicher Kraft zurück. Zur Absorption dieser Kraft und zum Rückholen des Ankers in die für die rasche Aufnahme der nächsten Operation geeignete statische Bereitschaftsstellung ist vorzugsweise zwischen dem Ankerkopf 162 und dem Widerlagerbauteil 166 eine Prallscheibe oder ein Dämpfer 170 aus einem Material vorgesehen, das gute Vibrationsdämpfungseigenschaften besitzt. Da die Betriebstemperatur des Solenoids hoch ist, sollte dieses Material und die anderen im Solenoid verwendeten Materialien ausreichend temperaturbeständig sein. Ein zu diesem Zweck als Dämpfer geeignetes Material ist das unter dem Warenzeichen Viton bekannte Material. Um zu verhindern, daß sich der Anker in die Prallscheibe 170 eindrückt, ist vorzugsweise eine weitere Scheibe 171 zwischen der Prallscheibe 170 und dem Ankerkopf 162 eingesetzt. Zum Verschließen des Solenoids und zum Absorbieren von Rückstoßkräften des Ankers dient eine Versteifungsscheibe 172, die mechanisch, beispielsweise durch Einrollen des Randes des hinteren Abschnitts 132 im Gehäuse festgelegt ist. Um zu vermeiden, daß das Widerlagerbauteil als Feder wirkt und die Axialbewegung des Druckdrahtes dämpfen kann, sollte das Widerlagerbauteil vorzugsweise nicht aus einem elastisch nachgiebigen Material, sondern aus einem starren Material, z.Ba Oilitebronze bestehen, also einem Material, das einerseits das Solenoid zuverlässig abstützt und andererseits einen Schmiereffekt hat0 Bei Verwendung eines solchen Werkstoffs für das Widerlagerbauteil kann die Versteifungsscheibe 172 gegebenenfalls entfallen0 Wenn der Druckdraht bei Betätigung des Solenoids ungebremst vorschnellen kann (z.Be wenn kein Papierblatt an der Frontseite des Druckkopfs vorhanden ist), so kann der Anker jedenfalls dann gegen das Polstück 136 schlagen, wenn das Sole noid nicht über sehr genaue Steuertoleranzen verfügt Legt sich der Anker gegen die Frontseite des Polstücks 136, so wird er in dieser Stellung aufgrund der Remanenzmagnetisierung momentan festgehalten und verzögert, wodurch eine sofortige Rückkehr des Ankers in dessen statische Position verhindert und der nächste Solenoid-Arbeitstakt gestört wird0 Um ein solches Hängenbleiben bei gleichzeitiger Erweiterung der Toleranzgrenzen der verschiedenen Elemente des Solenoids zu verhindern, ist vorzugsweise eine Isolierscheibe 176 aus einem geeigneten Isoliermaterial an der Frontfläche des Ankers um den Druckdraht 154 herum angebracht. Selbst wenn der Druckdraht 154 bei der Solenoidbetätigung unaufgehalten vorschnellt, so wird doch der Anker 154 durch die tsolierscheibe 176 von dem Polstück 136 beabstandet gehalten, wodurch ein Hängenbleiben des Ankers durch magnetische Wechselwirkung dieser Elemente verhindert wird und der Anker rasch wieder in seine statische Position zurückkehren kann, von der aus die nächste Solenoidbetätigung stattfindet.
Bei Hochgeschwindigkeitsbetätigungen solcher Solenoide erzeugt die Spule 140 eine hohe Wärmemenge. ES ist wichtig, von dieser Wärme so viel wie möglich nach außen abzuführen, um thermische Schäden der Solenoidkomponenten und des Druckerkopfes zu verhindern. Zu diesem Zweck weist das Solenoidgehäuse eine oder mehrere Öffnungen 178 in seinem Frontabschnitt auf, durch die ein viskoses Material hoher Wärmeleitfähigkeit, z.B. ein wärmeleitendes Fett injiziert wird. Durch dieses injinzierte wärmeleitende Material wird die thermische Kopplung der Spule mit dem zugehörigen Gehäuse verbessert. Außerdem wird ein solches Material vorzugsweise auch als Füllmaterial für den Raum in den Öffnungen des die Solenoide aufnehmenden Rippenteils 104 verwendet, wodurch auch die thermische Kopplung der Solenoide mit dem Gehäuse verbessert wird.
Der Matrixdruckerkopf isthirgendeiner geeigneten Weise, z.B. mittels Schrauben an einer Wagen- oder Schlittenvorrichtung angebracht. Vorzugsweise ist auch die Schlittenvorrichtung aus einem gut wärmeleitenden Material, z.B.
Aluminium hergestellt, und der Druckerkopf isEbene geeignete Halterung mit der Schlittenvorrichtung thermisch gekoppelt.
Auf diese Weise wird die Schlittenvorrichtung gleichzeitig als Kühlvorrichtung verwendet, über welche die im Kopf von den Solenoiden erzeugte Wärme abgeführt wird Zusammen mit den anderen Wärmekopplungs- und Abführungsteilen des Matrixdruckerkopfes führt diese thermische Kopplung -zu einer beträchtlichen Reduzierung der Betriebstemperatur des Kopfes, wodurch die zu erwartende Lebensdauer dieser Köpfe wesentlich vergrößert wird.
Wie oben beschrieben, ist es zur Erzielung der hohen Operationsgeschwindigkeiten des Matrixdruckerkopfes wichtig, daß die Druckdrähte ohne wesentliche Behinderung verschiebbar sind. Hierfür ist Voraussetzung, daß auch der Anker, an den die Druckdrähte angeschlossen sind, ohne wesentliche Behinderung axial verschoben werden kann. Zu diesem Zweck ist ein zylindrisches Verlängerungsstück 164 des Ankers mit reduziertem Querschnitt vorgesehen, welches in einem selbstschmierenden Widerlagerbauteil gelagert ist und den Anker zentriert im Spulenkörper haltert.
Leerseite

Claims

Ansprüche 1.
Matrixdruckerkopf mit einem Gehäuse, in welchem mehrere Druckelemente axial verschieblich angeordnet und mit den Druckelementen mechanisch verbundene Sölenoidanordnungen aufgenommen sind, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß das Druckerkopfgehäuse (4; 100) wenigstens einen Rippenabschnitt (8; 104) und einen Schnabelabschnitt (6; 102) aufweist, daß die Druckelemente (16so 112) durch den Schnabelabschnitt durchgeführt und aus dessen Frontseite axial ausrückbar sind, daß die Solenoidanordnungen (32; 40; 108; 130) relativ zueinander mit Abstand und relativ zur Gehäuselängsachse seitlich versetzt im Rippenabschnitt (8; 104) des Druckerkopigehäuses angeordnet sind und daß wenigstens einige der Solenoidanordnungen (329 40g 108; 130) mit dem Rippenabschnitt durch ein wärmeleitendes viskoses Material derart gekoppelt sind, daß die in den Solenoidan° ordnungen erzeugte Wärme vom wärmeleitenden Material zum Gehäuse übertragbar und über den Rippenabschnitt (8; 104) des Gehäuses ableitbar ist0 2G Matrixdruckerkop£ nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rippenabschnitt (89 104) mehrere das Gehause radial umgebende und axial beabstandete Rippen aufeeSstO
3. Matrixdruckerkop£ nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn= zeichnet, daß der Schnabelabschnitt (102) und der Rippenab schnitt (104) des Druckerkopfgehäuses (100) durch lösbare Befestigungselemente (106) miteinander verbunden sind0
4. Matrixdruckerkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jede Solenoidanordnung (40; 108) ein Solenoidgehäuse (42; 130), in welchem wenigstens eine Ausnehmung (62) vorgesehen ist, einen länglichen, axial im Gehäuse verschieblich angeordneten Anker (50; 152), der mit dem Druckelement zu dessen Betätigung verbunden ist, eine den Anker axial verschiebende Betätigungsvorrichtung (46; 140) und eine mit dem Anker (50; 152) gekoppelte Federvorrichtung (60; 60'; 160) aufweist, deren Anordnung in der wenigstens einen Ausnehmung (62) so getroffen ist, daß sie bei einer Axialverschiebung des Ankers in der Ausnehmung seitlich ausgelenkt wird.
5. Matrixdruckerkopf nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Solenoidgehäuse (130) zylindrisch ausgebildet ist und aus zwei axial nebeneinander angeordneten Abschnitten (132, 134) besteht, von denen ein Abschnitt (134) die Ausnehmung (62) aufnimmt und der andere Abschnitt (132) die Betätigungsvorrichtung (140) enthält, und daß die beiden Abschnitte (132, 134) unterschiedliche Gehäusedurchmesser haben.
6. Matrixdruckerkopf nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der die Betätigungsvorrichtung (140) aufnehmende Abschnitt (132) des Solenoidgehäuses (130) einen wesentlich kleineren Durchmesser als der andere Gehäuseabschnitt (134) hat.
7. Matrixdruckerkopf nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Wand des Solenoidgehäuses (130) bei den beiden Abschnitten (132, 134) im wesentlichen gleichförmig ist.
8. Matrixdruckerkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das wärmeleitende Material ein wärmeleitendes Fett ist.
9. Matrixdruckerkopf nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß jede Solenoidanordnung (40; 108) ein die Rückstoßbewegung des Ankers (50; 152) begrenzendes Widerlagerbauteil (58; 166) aufweist.
10. Matrixdruckerkopf nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Widerlagerbauteil (116) ein Dämpferelement (170) zur Absorption und Vernichtung des Aufprallstoßes des Ankers (152) aufweist.
11. Matrixdruckervorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Widerlagerbauteil (166) als starre Metallscheibe ausgebildet ist und durch ein Befestigungsbauteil (172) mit dem Solenoidgehäuse (108) verbunden ist.
12. Matrixdruckerkopf nach einem der Ansprüche 4 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungsvorrichtung (46s 140) jeder Solenoidanordnung (40; 108) über eine elektrische Anschlußvorrichtung (47; 148, 116, 118, 120) mit einer elektrischen Stromquelle verbunden ist und daß die Anschlußvorrichtung aus einem mit der Betätigungsvorrichtung verbundenen relativ feinen Draht (148), einem mit der elektrischen Stromquelle verbundenen relatiÇdicken Draht (118) und einer die feinen und dicken Drähte miteinander elektrisch verbindenden Vorrichtung (116) besteht0
13. Matrixdruckerkopf nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsvorrichtung eine gedruckte Schaltungsplatte (116) ist.
14. Matrixdruckerkopf nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Solenoidanordnung (108) eine eigene gedruckte Schaltungsplatte (116) zugeordnet ist, über die der feine Draht (148) und der relativ dicke Draht (118) der Solenoidanordnung verbunden sind.
15. Matrixdruckerkopf nach einem der Ansprüche 4 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungsvorrichtung eine den Anker (50; 152) ringförmig umgebende elektrische Spule (46; 140), bei deren Erregung der Anker sowie das mit diesem mechanisch verbundene Druckelement axial in der Spule verschoben werden, und eine den Magnetkreis um die Spule über den Anker schließende Polvorrichtung (68; 136, 144) aufweist, wobei die Polvorrichtung ein mit dem Anker axial ausgerichtetes Polstück (136) aufweist, dem sich der Anker bei Erregung der Spule nähert, und daß zwischen dem Anker (152) und dem Polstück (136) eine einen direkten Kontakt zwischen dem Anker und dem Polstück verhindernde, magnetisch durchlässige Abstands scheibe (176) angeordnet ist.
16. Matrixdruckerkopf nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandsscheibe eine Polyesterfilmscheibe ist.
17. Matrixdruckerkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Druckelement (16; 154) im Bereich seiner Austrittsstelle aus der ihm zugeordneten Solenoidanordnung (40; 108) von einem rohrförmigen Mantel (48; 156) umgeben ist, der über ein Haltebauteil (136) an dem Solenoidgehäuse (42; 130) befestigt ist und das Druckelement seitlich belastende Kräfte absorbiert.
18. Matrixdruckerkopf nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der rohrförmige Mantel (48; 156) aus einem dicht gewickelten Drahtzylinder besteht.
19. Matrixdruckerkopf nach einem der Ansprüche 4 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (60) mit dem Druckelement (50) verschieblich gekoppelt ist.
20. Matrixdruckerkopf nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (60) als Sternfeder mit mehreren radial verlaufenden Armabschnitten (61) ausgebildet ist, deren äußere Enden (63) jeweils in der Ausnehmung (62) angeordnet sind,
21. Matrixdruckerkopf nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden (63) der Arme (61) etwa kreisförmig ausgebildet sind.
22. Matrixdruckerkopf nach einem der Ansprüche 15 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (50) durch die an. ihn angreifende Feder (60) ständig in eine der Spule (46) abgewandte Richtung gedrängt ist.
23. Matrixdruckerkopf nach einem der Ansprüche 19 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung (62) so ausgebildet ist, daß sie ein seitliches Assweichen von Teilen der Feder (60) ermöglicht, die Axialbewegung der Feder jedoch begrenzt.
24. Matrixdruckerkopf nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung als dem Innenumfang des Gehäuses folgender Schlitz ausgebildet ist.
25. Matrixdruckerkopf nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung (62) aus vier über den Innenumfang des Solenoidgehäuses verteilten Schlitzabschnitten besteht.
26. Matrixdruckerkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 25s dadurch gekennzeichnet, daß jedes Solenoid (32, 40; 108) auswechselbar und einstellbar in der zugehörigen Kammer im Rippenabschnitt (8; 104) angeordnet ist.
27. Matrixdruckerkopf nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß eine Solenoid-Einstellsorrichtung (35, 37) zum axialen Verstellen wenigstens eines im Rippenabschnitt (8) angeordneten Solenoids (32) vorgesehen ist
28. Matrixdruckerkopf nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Solenoid-Einstellvorrichtung eine mit dem Druckerkopfgehäuse (8) verbundene Rückplatte (34) und mehrere in diese eingeschraubte Einstellschrauben (35) aufweist, wobei die Einstellschrauben jeweils an einem Solenoid (32) angreifen.
29. Matrixdruckerkopf nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß die Solenoid-Einstellvorrichtung eine der zugehörigen Einstellschraube (35) axial entgegenwirkende Feder (37) aufweist.
30. Matrixdruckerkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 29, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der Druckelemente als mit einem Solenoid (32) mechanisch verbundener Druckdraht (16) ausgebildet ist und daß das Druckerkopfgehäuse (4) wenigstens eine Führung (14, 22, 24, 26) enthält, die den Druckdraht (16) entlang einer natürlichen Bahn minimaler Spannungen nach außen führt.
31. Matrixdruckerkopf nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß in der Führung (14, 22, 24, 26) die Druckdrähte (16) führende Öffnungen (28) ausgebildet sind, deren Öffnungsdurchmesser wesentlich größer als der Außendurchmesser der Druckdrähte ist.
32. Matrixdruckerkopf nach einem der Ansprüche Ibis 31, dadurch gekennzeichnet, daß Solenoide (32) mit minimalem Durchmesser verwendet werden, die möglichst dicht um die Achse des Gehäuses (4) angeordnet sind, so daß die Krümmung des Druckdrahtes (16) im Gehäuse bis zu dessen Austrittsstelle minimalisiert ist.
33. Matrixdruckerkopf nach einem der Ansprüche 4 bis 32, dadurch gekennzeichnet, daß die Solenoidanordnung (40; 108) eine Halterungs- und Führungsvorrichtung (55, 58; 164, 166) zur Führung und Halterung des Ankers (50; 152) aufweist.
34. Matrixdruckerkopf nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungs- und Halterungsvorrichtung ein mit dem Anker (50; 152) verbundenes Verlängerungsstück (55; 164) aufweist, das in einer passenden zylindrischen Bohrung (56) im Solenoidgehäuse (42; 130) gelagert ist.
35. Matrixdruckerkopf nach Anspruch 33 oder 34, dadurch gekennzeichnet, daß die Solenoidanordnung (40g 108) ein die Rückstoßbewegung des Ankers (50; 152) begrenzendes Widerlagerbauteil (58; 166) aufweist und daß die zylindrische Bohrung (56) in dem Widerlagerbauteil ausgebildet ist.
36. Matrixdruckerkopf nach Anspruch 352 dadurch gekennzeichnet, daß zwischen einem am Widerlagerbauteil (166) angebrachten, den Aufprallstoß des Ankers (152) dämpfen den Dämpferelement (170) und einem Ankerkopf (162) eine Prallscheibe (171) angebracht ist.
37. Matrixdruckerkopf nach einem der Ansprüche 34 bis 36 dadurch gekennzeichnet daß die zylindrische Bohrung (56) in einem Material mit niedrigem Reibungskoeffizienten ausgebildet ist.
38. Matrlxdruckerkopf nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet, daß das Material Oilitebronze ist.