DE2827739C2 - Matrix-Druckkopf - Google Patents

Description

für Drucknadeln 16 und einem ringförmigen Ankergehäuseteil 14 auf, um eine Vielzahl langgestreckter Drucknadeln 16 und eine gleiche Anzahl Anker 18 in gleichmäßigem Radial- und Umfangsabstnnd zueinander um eine Längsmittelachse 20 zu lagern. Der Druckkopf weist eine elektromagnetische Anordnung mit einer Magnetplatte 22 auf, die eine gleiche Anzahl von Anker 18 betätigenden Magnetpolen 24 und elektrischer Spulen 26 in gleichen Radial- und Umfangsabständen um die Mittelachse 20 neben den Ankern 18 trägt. Die elliptisch ausgestaltete Magnetplatte 22 ist am Gehäuse 10 mit einer Schraubverbindung 28 festgelegt, so daß eine Ringkammer 30 entsteht, in welcher die Anker 18, die Magnetpole 24 und die Spulen 26 angeordnet sind.

In der gezeigten Ausführungsform sind neun Drucknadeln 16 vorgesehen; jede weist einen Endteil 32 zum Aufschlagen auf das Papier sowie einen Treibkopf 34 auf. Die Drucknadeln 16 sind zwischen eine, eingezogenen Ruhelage (F i g. 1 und 4) und einer ausgefahrenen Drucklage (F i g. 5) gleitend hin- und herverschiebbar. Die Drucknadeln werden von Federn 36 in der Ruhelage gehalten und lassen sich durch kinetische Energie in die Drucklage bringen, welche durch die zugeordneten Anker 18 aufgebracht wird. Es sind neun Anker 18 vorgesehen, die mit jeweils einem radial innenliegenden Kopfteil 38 auf dem Treibkopf 34 der zugeordneten Drucknadel 16 aufliegen; die Anker 18 sind schwenkbar von und zwischen den zugeordneten Magnetpolen 24 und dem Gehäuseteil 14 so gelagert, daß sie e^!ne Schwenkbewegung zwischen einer Ruhelage an einem Ruheanschlag 216 und einer nach vorn ausgefahrenen Drucklage an einem Arbeitsanschlag ausführen können.

Das Gehäuse 10 ist vorzugsweise als ein Teil aus starrem Formkunststoff wie glasverstärktem und temperaturfestem Nylon hergestellt. Das Drucknadelführungsteil 12 des Gehäuses 10 weist ein langgestrecktes Vorderteil 40 mit U-förmiger Umfangskontur auf, das von einem Paar beabstandeter Seitenwandteile 42, 44 und einem verbindenden Wandteil 46 gebildet wird, zwisehen denen sich eine längliche Ausnehmung 48 und ein mit dieser einteilig ausgeführter Endwandteil 50 befinden. Eine Vielzahl axial beabstandeter Drucknadelführungsplatten 52, 54 ist aus einem geeigneten Formkunststoff hergestellt und enthält geeignet gestaltete Drucknadelführungslöcher 56, 58 mit unterschiedlichen Radien zur Mittelachse 20 und unterschiedlichen gegenseitigen Abständen; diese Platten 52, 54 sind nuf geeignete Weise in der Ausnehmung 48 festgelegt. Eine zentral verlaufende öffnung 60 im Endwandteil 50 lagert ein Mundstück 62, das vorzugsweise aus einem geeigneten Formkunststoff besteht.

Wie in F i g. 1 und 4 bis 6 gezeigt ist, hat das Ankergehäuseteil 14 einen mittig und axial verlaufenden ringförmigen Nabenteil 70, einen radial verlaufenden ringförmigen Flanschteil 72 sowie einen axial verlaufenden ringförmigen Außenrandteil 74. Der Nabenteil 70 hat eine mittige Ringöffnung 76 mit einem Öffnungsteil 78 und einem vergrößerten Senkteil 80 (Fig.4), die eine Schraubverbindung 28 in Form einer selbstschneidenden und selbstsichernden Schraube aufnehmen.

Ein radial am weitesten innenliegender, ringförmiger und axial verlaufender erster innerer Randteil 82 ist vom Nabenteil 70 radial auswärts beabstandet, so daß ein Ringraum 84 zwischen ihnen entsteht, in dem die Treibköpfe 34 der Drucknadeln 16 und die Federn 36 angeordnet sind. Eine gleiche Anzahl von in Umfangsrichtung beabstandeten sich verjüngenden Drucknadelführungslöchern 88 ist im Flanschten 72 vorgesehen; sie verlaufen zum Innenraum 84 durch ringförmige Ansätze 90, auf weiche die Federn 36 aufgesetzt sind. Die Feder 36 ist jeweils um die Treibköpfe der Drucknadeln 16 und um die Ansätze 90 herumgelegt, wobei ein Ende der Feder 36 auf einer Seitenwandfläche des Flanschteils 72, das andere Ende auf einer Seitenwandfläche einer herkömmlichen Schlagkappe 34 aus Kunststoff aufliegt, die auf das Ende der Drucknadel 16 aufgesetzt ist. Die Fedem 36 spannen die Drucknadeln 16 und die Anker 18 in der Ruhelage vor.

Der Randteil 82 weist eine innere und eine äußere, ringförmige Fläche 94 bzw. 96 auf, die durch eine radial verlaufende ringförmige Stirnfläche 98 verbunden sind, wobei um diese herum beabstandet Schlitze 100 verteilt sind. Jeder Schlitz 100 weist Seitenflächen 102, 104 parallel zu einer Radiallinie 105 und einen radial verlaufenden flachen Boden 106 auf, so daß die Anker 18 während der Bewegung zwischen der Ruhe- und der Drucklage geführt werden können.

Ein radialer ringförmig und axial verlaufender zweiter !nncnrand «10 ist radial auswärts vom Rand 82 beabstandet und liegt neben einem ringförmigen, axial einwärts verlaufenden dritten Rand 112. Diese Ränder 110, 112 begrenzen eine Ringnut 114, in welcher ein elastischer O-Ring 116 mit verhältnismäßig großem Durchmesser dauernd am Mittelteil der Anker 18 anliegt.

Ein axial und radial auswärts verlaufender Schlitz 138 ist im Außenrand 74 angeordnet und nimmt den radial am weitesten außen liegenden Teil der Anker 18 auf, während er weiterhin einen Zugang zu diesen und eine Kühlung ermöglicht.

Eine Ringnut 140 (Fig. 1) ist am Innenumfang des Flanschteils 74 angeordnet und nimmt einen elastischen O-Ring 142 auf, der unter Druck zwischen der Magnetplatte 22 der Poleinrichtung 24 und dem Randteil 74 durch die Schraubverbindung 28 gehalten ist.

Die Platte 22 und die Poleinrichtung 24 sind zu einem Stück aus einem gesinterten magnetischen Pulverwerkstoff hergestellt. Jede Poleinrichtung weist ein Paar beabstandeter, paralleler, radial innen- und außenliegender Polstücke 150,152 mit Rechteckquerschnitt auf, wie dies in F i g. 6 gezeigt ist. Dabei ist ein verbindender Basisteil 154 einteilig mit dem Plattenteil ausgeführt oder separat an diesem befestigt. Die Spule 26 ist auf dem radial innen liegenden Polstück 150 angeordnet und axial von den parallelen Stirnflächen 156, 158 der Polstücke 130, 152 beabstandet. Ein Ring 160 aus dünner Kunststoffolie ist auf die parallelen koplanaren Flächen 156,158 jedes Polstückes aufgelegt und ermöglicht eine schnelle Rückkehr des Ankers in die Ruhelage ohne Beeinträchtigung durch den Restmagnetismus.

Nach Fig. 6 besteht jeder Anker 18 auc einem verhältnismäßig dünnen starren Blechwerkstoff und weist einem verhältnismäßig schmalen, radial innen liegenden Treibkopf 38 mit verhältnismäßig eng beabstandeten Seitenkanten 172, 174 auf, die parallel zur Radiallinie 105 verlaufen. Der Abstand der Seitenkanten 172, 174 ist kleiner als der Abstand der Seitenflächen 102,104 des Führungsschlitzes 100, so daß eine Relativbewegung zwischen ihnen möglich ist. Ein breiterer radial außen liegender Teil 176 ist über einen Verbindungsteil 178 mit geschrägten Seitenkanten 180,182 mit dem Teil 170 des Ankers 18 verbunden. Der Außenteil 176 weist parallele Seitenkanten 184, 186 auf, die parallel zur Radiallinie 105 verlaufen. Der Abstand der Seitenkanten 184, 186 ist größer als der Abstand der angrenzenden Seitenflächen 187, 188 der Polstücke 150, 152, so daß eine Über-

lappung 189, 190 vorhanden ist. Ein Paar fluchtender rechteckiger Ausschnitte 192,194 ist an den Seitenkanten 184,186 vorgesehen, um die Wandteile des Randteils 120 aufzunehmen. Dabei haben die Seitenflächen der Ausschnitte 192, 194 einen geringfügig größeren Abstand als das Randteil 120 dick ist, so daß sie in dem Schlitz 123 frei bewegbar eingelegt werden können. Die Seitenkanten 184,186 der Anker 18 sind in bezug auf die Seitenflächen der Schlitze 138 so bemessen, daß sie sich in ihnen frei bewegen können.

Im zusammengesetzten Zustand befindet sich jeder Anker 18 bewegbar in den Schlitzen 100 und 123 und ist seitlich von ihnen gehalten, wobei die Federn 36 und der äußere O-Ring 136 gemeinsam die Anker 18 in der Ruhelage halten, während jeder Anker 18 etwa in der Mitte der Seitenkanten 210 schwenkbar um ein radial innen liegendes Schwenklager 212 an der Innenkante des inneren Polstückes 150 ist, wie dies in F i g. 4 gezeigt ist. Der Durchmesser des äußeren O-Ringes 136 ist so gewählt, daß er den Anker nur in der Ruhelage unter leichtem Druck auf den radial außenliegenden Teil des Ankers bei 216 abstützt. Wird der innere O-Ring 116 benutzt, hat dieser solch einen Durchmesser, daß er sich in der Ruhelage nur leicht an einen radial zwischenliegenden Teil des Ankers 18 bei 218 radial außerhalb des Schwenklagers 212 auf dem Polstück 150 anlegt. Der Matrixdruckkopf ist also so aufgebaut, daß die Anker 18 zwischen den Elektromagnetteilen 24, 26 und den Drucknadeln 16 liegen, wobei sich diese Elektromagnetteile und die Drucknadeln 16 auf den gegenüberliegenden Seiten 210, 214 der Anker 18 befinden, so daß ihre Treibköpfe 38 von den Stirnflächen 156, 158 der Polstücke hinweg bewegt werden. Zusätzlich zum ersten Schwenklager 212 für den Anker 18 ist ein zweites Schwenklager vorgesehen, bei dem die radial äußere Kante 220 des Polstückes 152 den Anker während des zweiten, abschließenden Teiles seiner Bewegung aus der Ruhe- in die Drucklage lagert. Weiterhin ist der Abstand zwischen dem ersten Schwenklager 212 und den Drucknadeln 16 größer als der Abstand zwischen den beiden Schwenklagern 212, 220. Bei einer bevorzugten Ausführungsform beträgt der Abstand zwischen dem ersten Schwenklager und den Drucknadeln 16 etwa 60% des Abstands zwischen dem zweiten Schwenklager und der Drucknadel.

Werden die Spulen 26 erregt, wirkt die magnetische Kraft auf den radial außen liegenden Ankerteil 218, so daß er zu den Stirnflächen 156, 158 der Polstücke 150, 152 durch eine Schwenkbewegung um das erste Schwenklager 212 hin angezogen wird. Liegen die Seitenflächen 210 des Ankers 18 parallel zu den Stirnflächen 156, 158 der Polstücke 150, 152, verliert das erste Schwenklager 212 auf der Innenkante des Polstückes 150 seine Wirkung; gleichzeitig vergrößert sich die radiale Länge des Ankers 18 vom wirksamen Schwenklager zu dem Treibkopf 38. Liegt der O-Ring 116 vor, wird er während der Schwenkbewegung aus der Ruhe- in die Drucklage komprimiert, so daß sich das Ansprechverhalten für hohe Frequenzen bei einem gewissen Verlust der kinetischen Energie der Anker 18 verbessert Sind die Spulen 26 schließlich stromlos, führen die den Drucknadeln 16 zugeordneten Federn 36 die Rückschlagkraft der Papierbögen, auf welche die Drucknadeln 16 aufgeschlagen sind, und die Druckkraft des inneren O-Rings 116 gemeinsam die Anker 18 in ihre Ruhelage zurück. Ein Überschwingen der Anker 18 während der Rückbewegung wird durch Aufschlagen auf den äußeren O-Ring 136 verhindert, so daß hier kaum ein Rückprall oder Geräusche erregt werden. Es wird darauf verwiesen, daß die Anordnung so getroffen ist, daß im Zeitpunkt des Aufschlages der Drucknadeln 16 auf das Papier bereits das äußere Schwenklager wirkt, so daß sowohl während des Drückens als auch im ersten Teil der Rückbewegung eine maximale Hebelwirkung ausgenutzt werden kann.

Der Matrixdruckkopf hat ein Gewicht von etwa 120 g. Die Betriebsstromversorgung kann zwischen 44 und 52 V= liegen, der Spulenwiderstand bei 21°C kann 3,5 Ohm, der Speisestrom etwa 2,5 A und die Impulsbreite etwa 300 μβ betragen. Die Induktivität des magnetischen Flußkreises kann etwa 5 mH, die Frequenz etwa 1 kHz sein. Das Herabsetzen der elektrischen Eingangsleistung ergibt einen höheren Wirkungsgrad, eine geringere Erwärmung und höhere Arbeitsgeschwindigkeiten des beschriebenen Matrixdruckkopfes. Zum Bedrucken beispielsweise verhältnismäßig großer Seitenzahlen kann man die kinetische Ausgangsenergie des Matrixdruckkopfes auf Werte erhöhen, die sich mit bekannten Anordnungen nicht mehr erreichen lassen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Matrixdruckkopf mit um eine Längsachse angeordneten Drucknadeln und zugehörigen Drucknadelführungen, mit über den Umfang verteilten Drucknadelantrieben, die je umfassen: einen aus einem inneren und einem äußeren achsparallelen Polstück mit ebenen, miteinander im wesentlichen fluchtenden Stirnflächen und einer Spule bestehenden Ε-Magnet, einen sich ungefähr von der Außenkante des äußeren Polstücks bis zum Drucknadeleingriff radial erstreckenden länglichen starren, gegen seitliche Bewegung gehaltenen Anker, wobei der Anker um ein an einer Polstückkante ausgebildetes Schwenklager von einem Ruheanschlag zum Begrenzen einer ersten Neigung zu einem Arbeitsanschlag zum Begrenzen einer zweiten Neigung gegen die Kraft einer am Drucknadeleingriff wirkenden Feder schwenkbar angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Ε-Magnet auf der dem Drucknadeleingriff gegenüberliegenden Seite des Ankers (18) angeordnet ist und daß das Schwenklager überwechselbar ist, indem ein erstes Schwenklager (212) an der Innenkante des inneren Polstücks (150) für den Bereich der ersten Neigung bis zur Parallellage des Ankers zu den Stirnflächen (156, 158) und ein zweites Schwenklager an der Stirnfläche (158) des äußeren Polstücks (152) für den Bereich ab der Parallellage bis zur zweiten Neigung vorgegeben ist, wodurch der Anker (18) durch das erste Schwenklager (212) in zwei Hebelarme und durch das zweite Schwenklager im wesentlichen in einen Hebelarm unterteilt wird.

2. Matrixdruckkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich das zweite Schwenklager an der Außenkante (220) des äußeren Polstücks (152) befindet.

3. Matrixdruckkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen dem ersten Schwenklager (212) und der Drucknadel (16) etwa 60% des Abstandes zwischen dem zweiten Schwenklager und dem Drucknadeleingriff (34, 38) beträgt.

4. Matrixdruckkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ruheanschlag (216) durch einen elastischen O-Ring (136) gebildet ist, welcher der Stirnfläche (158) des äußeren Polstücks (152) gegenüberliegt.

5. Matrixdruckkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitsanschlag (218) durch einen elastischen O-Ring (116) gebildet ist, der neben dem ersten Schwenklager (212) auf der Seite des Drucknadeleingriffs (34,38) angeordnet ist.

6. Matrixdruckkopf nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der O-Ring (116) ständig anliegt.

7. Matrixdruckkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der E-Magnet (22) gegenüber dem Drucknadeleingriff mittels einer durch einen O-Ring (140) vorgespannten Schraubverbindung (28) justierbar angeordnet ist.

8. Matrixdruckkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ring (160) aus dünner Kunststoffolie auf den Stirnflächen (156, 158) eines jeden Polstückes (150,152) vorgesehen ist.

Die Erfindung betrifft einen Matrixdruckkopf nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

In den US-Patentschriften 37 14 892 und 32 66 418 ist ein Hammerdruckkopf beschrieben, bei welchem ein Elektromagnetantrieb und ein Druckelement vorgesehen sind, die mit gegenüberliegenden Seiten eines Ankers in Eingriff bringbar sind. Bei beiden Anordnungen wird der Anker dabei von einer Spule angezogen, wobei eine Feder für die Rückkehr des Hammers in seine Ruhelage sorgt. Die Möglichkeit einer Drehlagerung des Ankers um zwei voneinander beabstandete Drehpunkte ist dort nicht angesprochen.

Aus der DE-AS 20 56 364 und der DE-OS 25 36 217 sind Nadeldruckköpfe bekannt, die indessen so ausgebildet sind, daß sich der Elektromagnetabtrieb und der Kopf einer DrucknadeJ auf der gleichen Seite des Ankers befinden. Bei einer solchen Anordnung besteht indessen das Problem, daß ein solcher Druckkopf nicht prellfrei und geräuscharm arbeitet. Deren Konstruktion ist so getroffen, daß der Anker jederzeit schwenkbar auf der radial äußeren Kante des radial außen liegenden Polteiles gelagert ist und auf die Endfläche des radial inneren Polteiles aufschlägt, welches so aufgebaut und angeordnet ist, daß eine Schwenkbewegung des Ankers aus der Ruhe- in die Drucklage durch magnetische Anziehung erfolgt. Dabei schlägt der Anker auf die Endfläche des am weitesten innen liegenden Polteiles zu der gleichen Zeit auf, wie die Drucknadel auf das Papier getrieben wird. Das Ergebnis hier ist, daß die kinetische Energie des Ankers verloren geht und danach nur die kinetische Energie der Drucknadel wirksam bleibt, um den Druckvorgang abzuschließen. Von der unmittelbar vor dem Aufschlag des Ankers auf die Oberfläche des Polteils zur Verfügung stehende kinetische Energie geht etwa zwei Drittel beim Ankeraufschlag verloren, während lediglich ein Drittel in der Drucknadel verbleibt, um den Druckvorgang durchzuführen und abzuschließen. Der verlorene Teil der zur Verfügung stehenden kinetischen Energie wandelt sich beim Aufschlag auf die Oberfläche des Polteiles zu Wärme und Geräusch um. Dabei sinkt die Geschwindigkeit des Druckvorgangs.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, einen Matrixdruckkopf der eingangs umrissenen Art zu auszubilden, daß er ohne Zuhilfenahme technisch aufwendiger Mittel prellfrei und geräuscharm arbeitet, wobei auch ein höherer Wirkungsgrad, eine geringere Erwärmung und höhere Arbeitsgeschwindigkeiten erzielt werden sollen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Kennzeichens des Anspruches 1 gelöst.

Zweckmäßige Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt durch einen Matrixdruckkopf;

F i g. 2 eine Hinteransicht der Anordnung der Fig. 1; Fig.3 einen Teilschnitt längs der Linie IH-III in F i g. 1;

F i g. 4 einen vergrößerten Teilschnitt eines Teils der Vorrichtung nach F i g. 1 im Ruhezustand;

F i g. 5 einen vergrößerten Teilschnitt des Teils der Vorrichtung nach F i g. 4 im Druckzustand;
Fig. 6 eine Schnittansicht längs der Linie VI-VI in Fig. 4.

Allgemein weist ein Druckkopf ein Gehäuse 10 mit einem langgestreckten Führungs- und Lagerungsteil 12