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Nadeldruckkopf
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Die Erfindung betrifft eiren Nadeldruckkopf mit einer Anzahl flexibler
Drucknadeln, die über ihr rückwärtiges Ende mit jeweils einem elektrisch ansteuerbaren
Magneten verbunden sind, die ihrerseits an einem Führungskörper befestigt sind,
über den die Drucknadeln einer frontseitig im Führungskörper gehalterten Kopfplatte
zuaeführt werden, in der sie in einer vertikal ausgerichteten Reihe eng benachbart
längsbeweglich gelagert sind.
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Stand der Technik Nadeldruckköpfe der vorgenannten Art sind bekannt.
Das Problem bei derartigen Nadeldruckköpfen besteht darin, daß die in der Kopfplatte
zusammengeführte, spaltenförmige Anordnung der Drucknadeln geringe Abmessungen hat
gegenüber dem übrigen Nadeldruckkopf. Die Magnete haben einen vergleichsweise großen
Durchmesser. Daraus ergeben sich Probleme in Bezug auf die Geometrie ihrer Anordnung,
d.h. die Magnete sind entsprechend ihrer Größe gespreizt oder gestaffelt anzuordnen.
Dieses bedeutet wiederum, daß die Drucknadeln weitgehend über die gesamte Länge
in einem mehr oder weniger stark gekrümmtem Verlauf bis in den Bereich der Kopfplatte
zusammengeführt werden müssen.
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Die US-PS 3 907 o92 zeigt zwei mögliche Ausführungen der Magnetanordnungen.
Dieserste sieht eine ringförmige, die zweite sieht eine lineare Anordnung der Magnete
vor. Die ringförmige Anordnung ermöglicht eine weniger gekrümmte Führung der Drucknadeln,
im Gegensatz zu der linearen Anordnung, bei der relativ große
Unterschiede
im Krümumungsradius zwischen den in der Mitte und den außen liegenden Drucknadeln
bestehen. Werden mehr als vier oder fünf Magnete bei linearer Ausrichtung zus ammengefaßt,
so unterliegen die äußeren Drucknadeln einer relativ scharfen Xrü.ung. Dieses bedingt
eine relativ aroße Kraft, die entsprechenden Drucknadeln zu betätigen. Die ringförmige
Anordnung vermeidet dieses Problem, hat jedoch den Nachteil, daß die Drucknadelkrüungen
relativ komplex geführt werden müssen. Die zur Umcehung dieses Problems vorgeschlagene
Lösung in der gonannten US-Patentschrift hat jedoch den Nachteil, daß die Drucknadeln
über den größten Teil ihrer Länge nicht geführt sind.
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Durch die US-PS 3 893 220 ist ein kompakter Führungskörper für die
Drucknadeln bekannt. Eine entsprechende Anzahl von vorpositionierten Kerndrähten
werden umspritzt und nach dem Verfestigen der Erkalten des Spritzmaterials, z.B.
ein Kunststoff, wieder herausgezogen. Auf diese Weise lassen sich komplexe Führungen
relativ einfach erzeugen. Die Drucknadeln werden in die zuvor durch die Kerndrähte
eingeformten Führungen eingezogen, wobei deren Durchmesser etwas größer ist als
der der Drucknadeln. Die Notwendigkeit einer exakten Vorpositionierung der Kerndrähte
vor dem Abgießen erfordert eine hohe Sorgfalt, die entsprechend zeitaufwendig ist.
Auch der zeitliche Anteil an Handarbeit ist beträchtlich, da die Kerndrähte vorsichtig
herausgezogen werden müssen, um Beschädigungen der Nadelführung zu vermeiden.
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Ein weiterer Nadeldruckkopf ist durch die US-PS 3 897 865 bekannt,
bei dem die Magnete ringförmig angeordnet sind. Die Drucknadeln sind in Nuten eines
sich konkav konisch verjüngenden Körpers geführt. Das Ganze ist von einem entsprechend
geformten Gegenstück hüllenartig umgeben. Die Werkzeuge zur Herstellung dieser beiden
Teile sind unverhältnismäßig teuer.
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Aufgabe und Lösung Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen
Nadeldruckkopf zu schaffen, der einfach und unkompliziert herzustellen ist.
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Diese Aufhabe wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.
Die Unteransprüche zeigen vorteilhafte Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes
auf.
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Vorteile Die durch die Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere
darin, daß eine sehr wirtschaftliche Herstellung der den Führungskörper bildenden
Teile möglich ist. Die die Führungsnuten für die Drucknadeln enthaltenden Führungsplatten
sind ebene Teile. Damit ist der Verlauf der Nuten auf die Dimensionen einer Ebene
beschränkt, wodurch eine wesentliche Vereinfachung bei der Herstellung der Spritzwerkzeuge
gegeben ist.
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Der eil ist trotz der gewölbten Flächen einfach herzustellen.
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Er bewirkt, daß die Magnete gestaffelt angeordnet werden können, wodurch
sich die Krürsmungsauslenkung inbesondere der außen liegenden Drucknadeln in den
Dimensionen ouer zur Längserstrekkunc in mäßigen Grenzen bewegt. Dieses bewirkt,
daß das Volumen des Nadeldruckkopfes relativ gering gehalten werden kann und daß
die Differenz der Betätigungskraft zwischen auge? und innenliegenden Drucknadeln
relativ gering ist.
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Beschreibung der Erfindung Anhand eines Ausführungsbeispiels wird
die Erfindung in Verbindung mit den Zeichnungen nachfolgend näher erläutert. Es
zeigt: Figur 1 das Funktions-Blockdiagramm eines bekannten Nadeldruckers, bei dem
ein Nadeldruckkopf gemäß der Erfindung anwendbar ist.
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Figur 2 einen Teil eines Aufzeichnungsträgers in der Draufsicht. Die
Darstellung zeigt die in fünf Schritte unterteilte Aufzeichnung eines Schriftzeichens,
wie sie durch einen Nadeldrucker gemäß Figur 1 erfolgt.
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Figur 3 eine explosionsartig auseinandergezogene Perspektivdarstellung
eines Nadeldruckkopfes gemäß der Erfindung.
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Figur 4 eine teilweise irn Schnitt dargestellte Seitenansicht des
Nadeldruckkopfes gemäß Figur 3 im zusammengebauten Zustand.
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Figur 5 den Nadeldruckkopf gemäß der Erfindung im Schnitt 5-5 der
Figur 4.
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Figur 6 den Nadeldruckkopf gemäß der Erfindung im Schnitt 6-6 der
Figur 4.
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Figur 7 die Einzelheit A im Bereich der Schnittebene 5-5 von Figur
4 in vergrößerter Darstellung.
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Figur 8 und 9 Querschnittsdarstellungen von Keilen, wie sie beim Nadeldruckkopf
gemäß der Erfindung verwendet werden.
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Der Grundaufbau des Anmeldungsgegenstandes sieht ein Paar Führungsplatten
für die Drucknadeln aus einem selbstschmierenden, elastischen Material und einem
geformten Keil vor.
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Die Nadelführungen sind in die Platten in einer vorbestimmten Krümmung
eingeformt, so daß sie am Ende der Führung dicht nebeneinander liegen. Die Krümmung
in der senkrecht zu den Platten verlaufenden Ebene wird durch ein Verspannen der
beiden Führungsplatten mit dem entsprechend gewölbt ausgebilde-
ten
Keil im zus,unenaebauten Zustand bewirkt. Der Keil ist so ausgebildet, daß mindestens
eine der Führungsplatten mit dem rückwärtigen Teil nach außen geborgen wird. Dadurch
wird die oePrünschte Orthogonalkrüri-mung der Nadelführungen in mIndestens einer
der Platten erreicht. Beide Führungsplatten sind an ihren rückwärtigen Fnden zur
Aufnahme von Hubmagneten ausgebildet. Die Gesamttancrdnung wird durch herkömmliche
Befestigungsmittel, wie Schrauben, Bolzen oder dergleichen zusatrengehalten.
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Die elektrischen Antriebsmittel und die zugehörige Steuerlogik, ebenso
wie das druckempfindliche Papier oder andere Aufzeichnungsträger sind von konventioneller
Art und hinreichend bekannt und im übrigen nicht Gegenstand vorliegender Anmeldung.
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Ihre Beziehung zu einem Nadeldruckkopf ist hinreichend bekannt und
bedarf daher keiner eingehenden Darlegung. Die nadeldruckmechanismen bestehen jeweils
aus einem relativ langen, in Grenzen flexiblen Draht und einem zugeordneten elektromagnetischen
Hubantrieb, wiesleB. in der vorgenannten US-PS 3 907 o92 dargestellt sind.
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Das Funktions-Blockdiagramm der Figur 1 zeigt einen Abschnitt eines
druckempfindlichen Aufzeichnungsträgers 13, der an einer Druckwalze 14 anliegt und
über diese weitertransportiert wird.
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Die Druckwalze 14 wird über eine Walzensteuerung 17 angetrieben. Die
Druckwalzenschaltung erfolgt durch entsprechende Steuersignale bei horizontalem
Zeilenverlauf zwischen dem Ende einer Zeile und dem Beginn der nächsten Zeile. Die
eintreffende Signalfolge gelangt über eine Leitung 15 zu einer Eincangsschaltung
16. Diese bereitet die Signale auf und führt sie den entsprechenden Steuereinrichtungen
zu, wie da sind, die bereits erwähnte Walzensteuerung 17, sowie eine Drucknadelsteuerung
18 und eine Wagenvorschubsteuerung 19. Letztere ist ein Servo-Mechanismus, der einen
teilschrittweisen Vorschub einer einen Nadeldruckkopf 1o tragenden Wageneinrichtung
21 bewirkt.
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Längs der Zeile ist die Wageneinrichtung 21 in.einer Führung 20 verschiebbar
gelagert und damit auch die in vertikaler Ausrichtung zueinander im Nadeldruckkopf
1o zusammengefaßten Wadeldruckmechanismen 11 und 12.
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Figur 2 zeigt die schrittweise Abbildung der Zahl."7" als Funktionsbeispiel.
Der erste Punkt 22 wird durch eine Ansteuerung des Nadeldruckmechanismus 11 ge-bildet.
Danach bewegt sich die Wageneinrichtung 21 um einen Teilschritt in Zeilenrichtung,
dem der gleichzeitige Abdruck der Punkte 23, 24, 25 und 26 folgt. Das der Zahl "7"
entsprechende Eingangssignal auf der Leitung 15 wird in der Eingangsschaltung 16
in eine Folge von fünf Nadelansteuerungssignale umgewandelt, von denenfünf Teilschrittsignale
abgeleitet werden. Diese Signalfolgen werden den Steuereinrichtungen 18 bzw. 19
zugeleitet. Daraus ergibt sich die teilschrittweise Aufzeichnung der Zahl "7" von
links nach rechts in der in Figur 2 dargestellten Weise. Die in Verbindung mit Figur
2 gewählte Punktmatrix von 5x7 zur Schriftzeichendarstellung stellt nur eine beispielsweise
Möglichkeit dar. Es ist selbstverständlich möglich, mehr oder weniger Punkte in
beiden Richtungen zu wählen. Eei dem nachfolgend beschriebenen Nadeldruckkopf wird
beispielsweise von einer-neun Nadeln umfassenden Zeile in vertikaler Richtung ausgegangen.
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Die Beschreibung der Anordnung gemäß Figur 1 dient nur als Hintergrund
information zum besseren Verständnis der nachfolgenden Beschreibung.
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Figur 3 zeigt eine explosionsartig auseinandergezogene Perspektivdarstellung
eines Nadeldruckkopfes. Es -sind zwei Führungsplatten 27 und 28 zu sehen, die- einzeln
in der dargestellten Flachform z.B. durch Pressen hergestellt sind. Bei der in Figur
3 dargestellten Ausführung, ist die Führungsplatte 27 zur Aufnahme von fünf Magnetsystemen
29 einschließlich der diesen zugeordneten Drucknadeln 44 ausgebildet. Die Magnetsysteme
29
haben zylindrische Ansätze 29a die in entsprechende Ausnehmungen
52 in der Führungsplatte 27 passen. Streifenförmige Halteelemente 31 haben ein Loch
54, in das die Magnete 29 mit ihren Ansätzen 29a passen. Das andere Ende der Halteelemente
31 paßt in einen Schlitz 53, über den die Magnetsysteme mit ihren zugeordneten Drucknadeln
in der Platte 27 verankert werden, wie in Verbindung mit Figur 4 später noch näher
erläutert wird.
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In gleicher Weise sind die übrigen vier Magnetsysteme mit ihren zugehörigen
Drucknadeln fest mit der Führungsplatte 28 verbunden. In dieser Lage ist jede Drucknadel
in eine Führungsnut 39, 40, 41 42 bzw. 43 eingebettet. Nur die mittlere Führungsnut
41 hat einen geraden Verlauf, während die Nuten 39, 40 und 42 jeweils einen Eogen
beschreiben, die Ausschnitte aus entsprechend großen Kreisen sind. Die Nuten 39
bis 43 liegen an ihren Ende dicht nebeneinander. Die geachten Kreise, denen die
Nutenbogen folgen, liegen in diesem Endpunkt ungefähr tangential zu Parallelen durch
die Nutenden. Die Führungsplatte 28 ist entsprechend, jedoch nur für vier Magnetsysteme
ausgebildet. Wie Figur 3 erkennen läßt, werden auch hier die Magnete 30 mit zugehörigen
Drucknadeln 45 durch ein Halteelement 32, das durch einen Schlitz 56 in der Platte
28 greift, in letzterer verankert. Die geometrische Anordnung dieser Magnetsysteme
ist in Bezug auf die Führungsplatte 27 so gewählt, daß sie gegenüber deren Magnetsystemen
um eine halbe Teilung versetzt sind, so daß sie im zusammengefügten Zustand der
Führungsplatten 27 und 28 auf Lücke zu den Magnetsystemen der Platte 27 liegen.
Entsprechend sind die Drucknadelführungen in der Platte 28 so angeordnet, daß sie
jeweils dem stegartigen Zwischenraum zwischen zwei benachbarten Führungsnuten in
der Führungsplatte 27 gegenüberliegen.
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Mindestens eine der Führungsplatten 27 und 28 ist mit einem Keil 33
fest verspannt. Dieser Keil ist mit Führunasbuchsen
34 und 35 versehen.
Diese stellen eine von vielen Möglichkeiten dar, die Gesamtanordnung des Nadeldruckkopfes
als längs der Zeile bewegliche Einheit auszubilden. Hierbei gleiten die Buchsen
34 und 35 auf sich längs der Zeile, parallel zur Druckwalze erstreckend Führungsstangen'
Wie Figur 3 erkennen läßt, konvergieren die Flächen des Keils 33 von der breiten
Rückseite 33b zur schmalen Vorderkante 33a.
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Die Keilflächen S1 und S2 (Fiqur 8) sind nicht plan, sondern - entsprechend
relativ großer Radien R1 bzw. R2 - leicht nach innen gewölbt. Flachenbereiche P1
und P2 können plan sein und tangential in die Flächen S1 und S2 iibergehen, die
ihrerseits zum schmalen Keilende hin einen annähernd tangentialen Verlauf zur Mittenebene
C durch den Keil 33 haben. Der Keil 33 hat beiderseits mehrere Paßnippel 46 bzw.
57 (Figur 4), die beim Zusammenbau der Teile 27, 28 und 33 in entsprechende Paßlöcher
in den Platten 27 und 28 greifen und für die gegenseitige Ausrichtung sorgen. Uber
Befestigungselemente 48 bis 50, die durch entsprechende Pohrungen 58 in allen drei
Teilen 27, 28 und 33 greifenlwerden letztere so miteinander verspannt, daß sich
die von Haus aus planen Führungsplatten 27 und 28 den gewölbten Keilflächen S1 bzw.
S2 anpassen. Damit erfahren auch die Führungsnuten eine Veränderung in der dritten
Dimension.
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Der Verlauf der Führungsnuten - als Linien betrachtet - kann im kartsischen
Koordinatensystem durch die Beziehungen x = fa (y) x fb (z) definiert werden, wobei
keine der Projektionen in die Ebenen x - y, y - z, z - x zumindest nicht über die
ganze Länge eine Gerade ergibt.
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Die Führungsplatten 27 und 28 sind - wie bereits erwähnt - im unbeeinflußten
Zustand planflächig. Der Keil 33 und die Platten 27 und 28 bzw. deren Preßformen
sind daher leicht herzustellen, da sich alle Ausnehmungen in ihrer Erstreckung auf
maximal zwei Dimensionen beschränken.
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Der Keil 33 ist ein mechanisch stabiler Körper aus formbare plastischen
Werkstoff oder einem anderen gieß- oder formbaren Material. Da der Keil 33 mit seinen
Flächen S1 und S2 die Führungsnuten in den Platten 27 und 28 verschließend abdeckt,
ist es angebracht, daß der Werkstoff aus dem der Keil 33 hergestellt ist, selbstschmierende
Eigenschaft besitzt. Die Führungsplatten 27 und 28 müssen außer dieser Eigenschaft
noch eine gewisse elastische Verformbarkeit besitzen. Letztere ist wegen der Anpassung
der Platten 27 und 28 an die gewölbten Flächen des Keils 33, wie es Figur 4 zeigt,
erforderlich. Ein besonders geeigneter thermoplastischer Werkstoff für den letztgenannten
Zweck ist das sogenannte polysulfone Plastikmaterial, das mit Füllstoffen, wie Glas
u.a. Additiven angereichert ist, um in bekannter Weise die Formstabilität und Eigenschnierfähigkeit
im erforderlichen Maße zu verbessern. Aus diesem Material lassen sich die Führungsplatten
27 und 28 in einem Spritz- oder Preßvorgang sehr wirtschaftlich herstellen, ohne
daß Nacharbeiten an den Platten vorzunehmen sind. Der Keil 33 kann aus dem gleichen
thermoplastischen Werkstoff hergestellt sein, dessen vorbeschriebene Eigenschaften
auch in diesem Fall von Wert sind.
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Die Sicherung der in Verbindung mit Figur 3 beschriebenen Halterung
und Fixierung der Magnetsysteme in den beiden Führungsplatten 27 und 28 erfolgt
über, durch Einschnitte 55 (Figur 3) gebildete Riegel 31a bzw. 32a am freien Ende
der Halteelemente 31 bzw. 32. Im Durchgriff durch die Schlitze 53 und 56 ragen die
Halteelemente 31 und 32 nur mit den Riegeln 31a und 32a aus den Führungsplatten
27 bzw. 28 heraus.
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Durch bloßes Verdrehen ãieser Riegel - wie es Figur 4 zeigt -werden
die Magnete 29 und 3o in schneller, einfacher und äußerst wirtschaftlicher leise
in den Führungsplatten 27 und 28 fest verankert.
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Wie aus den Figuren 3 und 4 ersichtlich, sind die Ansätze 29a zu den
Magneten 29 am vorderen Ende mit einer schmalen Räneelung 31b versehen. Diese steht
einen Bruchteil eines Millimeters gegenüber der Oberfläche der Ansatze 29a vor.
Die Magnete 29, 30 etc. krallen sich unter der Zugspannung der Halteelemente 31,
32 etc. über diese Rändelung in den Ausnehmungen 52 der Führungsplatten 27 und 28
fest, so daß ein spielfreier Sitz gewährleistet ist.
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Die Drucknadeln 44, 45 sind gemäß Figur 4 mit ihrem freien Ende in
einer Kopfplatte 36 längsverschiebbar und eng benachbart gelagert. Die Kopfplatte
36 besteht aus synthetischem Rubin, wie er als Lagermaterial für andere Zwecke hinreichend
bekannt ist. Zur Aufnahme bzw. Halterung der Kopfplatte 36 sind die Führungsplatten
27 und 28 am vorderen Ende mit einer rahmenartigen Führung 37 versehen.
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Wie die Schnittdarstellungen der Figuren 5 und 6 in Verbindung mit
Figur 4 verdeutlichen, nähern sich die in den Führungsplatten 27 und 28 gelagerten
Drucknadelgruppen 44 und 45 einer gemeinsamen Ebene, je näher sie der Kopfplatte
36 sind. Innerhalb eines Bereichs 38 (Fiqur 3 und 7), wo die Drucknadeln keine seitliche
Führung mehr haben sondern nur noch quer dazu zwischen den beiden Platten 27 und
28 geführt werden, erfolgt der ausgleichende Übergang in die in Figur 6 gezeigten
Lage.
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Figur 9 zeigt eine mögliche Variante 33' des Keils 33 im Längsschnitt.
Beim Keil 33' der Figur 9 ist die eine Fläche leicht plan, während die andere Fläche
leicht nach innen gewölbt ist.
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Der Wölbungsradius R3 ist relativ groß. (z.B. 39,65 cm oder
geringer).
Fei dieser AusfS rung des Keils wird beim Zusammenbau nur die eine Führungsplatte
durch die Anpassung an die gewölbte Keilfläche verformt, während die andere plan
bleibt.
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Im Betrieb eines Nadeldruckkopfes nutzen sich die Drucknadeln ab bzw.
verrunden mit der Zeit. m den gewünschten flächigen Punktabdruck zu erhalten, müssen
die Enden der Drucknadeln von Zeit zu Zeit nachgeschliffen werden, um wieder plane
Stirnflächen zu erhalten. Dieses ist nur so oft möglich, wie der yuh der Magnete
29 bzw. 30 es zuläßt, d.h., trotz der Verkürzung noch ein sauberer Abdruck erfolgt.
Ist diese Grenze erreicht, so muß das Magnetsystem bzw. die Drucknadel ausgewechselt
werden. Aufgrund der einfachen Befestigung der magnete mittels den vorbeschriebenen
halteelementen 31 und 32 ist ein leichter Austausch jederzeit möglich.
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Wie aus dem Vorbeschriebenen hervorgeht, sind die an der Führungsplatte
27 befestigten Magnete so angeordnet, daß sie in zusammengebauten Zustand genau
im Zwischenraum zwischen den Magneten der Führungsplatte 28 liegen. Dadurch ergibt
sich die Möglichkeit einer sehr kompakten Anordnung. Gleichzeitig wird dadurch der
Krü.mmungsradius der außen liegenden Führungsnuten auf ein Minimum reduziert.
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L e e r s e i t e