DE2920732A1

DE2920732A1 - Druckhammermechanismus fuer einen punktmatrix-drucker

Info

Publication number: DE2920732A1
Application number: DE19792920732
Authority: DE
Inventors: Gordon Brent Barrus; Jerry Matula
Original assignee: Printronix LLC
Current assignee: Printronix LLC
Priority date: 1978-06-02
Filing date: 1979-05-22
Publication date: 1979-12-06
Also published as: GB2026389A; FR2427202B1; JPS54159018A; FR2427202A1; DE2920732C2; US4233894A; GB2026389B; CA1129246A

Description

Druckhammerm.echanismus für einen Punktmatrix-Drucker

Die Erfindung betrifft Zeilendrucker und insbesondere Druckhammermechanismen zur Steuerung der Betätigung mehrerer elastischer, länglicher Hammerelemente, welche innerhalb einer hin- und herbewegbaren Hammerreihe angeordnet sind und Punktmatrix-Aufschlagelemente oder -druckspitzen tragen.

Es sind Punktmatrix-Zeilendrucker oder Schnelldrucker mit einem hin- und herbeweglichen Laufwerk bekannt, welches eine Hammerbank oder Hammerreihe trägt. In dieser Hammerreihe sind mehrere längliche, elastische und im wesentlichen parallele Hammerelemente angeordnet, welche an ihren freien Enden Punktschlagspitzen tragen. Diese Hammerelemente werden wahlweise aus zurückgezogenen Positionen freigegeben und schlagen auf ein Farbband und über dieses auf ein von einer Druckwalze bzw. einem Druckwiderlage getragenes Druckpapier auf, während sich das Laufwerk bezüglich des Druckpapiers hin- und herbewegt. Eine derartige Anordnung ist in der US-PS 3 941 051 beschrieben. Bei derartigen Anordnungen ist bei der Hammerbank oder Hammerreihe ein Druckhammermechanismus vorgesehen, welcher eine im wesentlichen C-förmige Magnetbahn zwischen den entgegengesetzten feststehenden und freien Enden der Hammerelemente bildet. In den Magnetbahnen befindet sich ein gemeinsamer Permanentmagnet, an welchem die feststehenden Enden der Hammerelemente angebracht sind. Die Magnetbahn umschliesst ferner eine gemeinsame Magnetrücklaufbahn, welche mit dem Permanentmagneten entgegengesetzt zu den Hammerelementen gekoppelt

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ist, als auch mehrere Polstücke. Jedes dieser Polstücke erstreckt sich von der magnetischen Rücklaufbahn nach aussen und endet in einer Polspitze, welche dem freien Ende des Hammerelen.entes gegenüberliegt. Der Magnetfluss vom Permanentmagneten zieht normalerweise das Hammerelement aus einer neutralen Position nach aussen in eine federverspannte Rückholposition gegenüber dem Polstück. Jedesmal, wenn eine das Polstück umgebende Wicklung oder Spule momentan erregt wird, wird die Anziehkraft des Permanentmagneten lange genug überwunden, um das Hammerelement aus der zurückgezogenen Position freizugeben, derart, dass es in Richtung des Farbbandes und des Druckpapiers fliegt. Nach derr Aufprall der Punktdruckspitze am Farbband und am Papier federt das Hammerelement in die federverspannte Rückholposition zurück und ist bereit für die nächste Erregung der Spule.

Die Spulen oder Wicklungen sind einzeln auf Spulenträger aufgewickelt, wobei diese jeweils eines der Polstücke umgeben. Jede auf einem Spulenträger befestigte Wicklung muss mit einem Rippen aufweisenden, wärmeableitenden Element ausgestattet sein, wie dies beispielsweise in der US-PS 4 033 255 beschrieben ist, um eine angemessene Ableitung der durch die Wicklung erzeugten Wärme zu erzielen.

Der in der US-PS 3 941 051 beschriebene Druckhammermechanismus arbeitet für praktisch alle Anwendungsfälle des Zeilendruckers zufriedenstellend. Es sind jedoch Anwendungsfälle bekannt, wo Verbesserungen hinsichtlich der Wirkung erwünscht sind. Dies betrifft zum Beispiel diejenigen Fälle, bei welchen räumliche Begrenzungen innerhalb des Zeilendruckers oder innerhdb der Hammerreihe eine Reduzierung der Breite und/oder der Dicke der Hammerelemente ei—

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forderlich machen. Derartige Bedingungen können eine Zunahme der verfügbaren Magnetenergie erforderlich machen oder eine Zunahme des Wirkungsgrades der magnetischen Bahn, derart, dass der verfügbare Magnetfluss wirksamer zur Anwendung gebracht wird. Es ist auch erwünscht, ohne Rippen aufweisende, wärmeableitende Elemente an den Wicklungen arbeiten zu können.

Davon ausgehend besteht die Aufgabe der Erfindung darin, einen verbesserten Druckhammermechanismus zu schaffen_> welcher bei einem bestimmten Magnetfluss verbesserte Freigabe- und Rückholwirkung des Hammerelementes ermöglicht. Die Resonanzfrequenz des Hammerelementes soll bei einer bestimmten Grosse des Magnetflusses verbessert werden können.

Es soll auch ein verbesserter Druckhammermechanismus geschaffen werden, bei welchem die Charakteristiken hinsichtlich ausgeübter Kraft und Verlagerung der Hammerelemente veränderbar sind, derart, dass die zur Freigabe der Hammerelemente erforderliche Magnetenergie reduzierbar ist. Das Zurückziehen der Hammerelemente soll verbessert sein und es sollen auch andere magnetische Eigenschaften des Mechanismus verändert und verbessert werden können.

Schliesslich soll es möglich sein, eine angemessene Ableitung der Wärme von den Wicklungen oder Spulen zu erzielen, ohne dass Rippen aufweisende Wärmeableiter oder andere Elemente an den Wicklungen erforderlich sind.

Davon ausgehend wurde gemäss der Erfindung ein Druckhammei— mechanismus geschaffen, in dessen Magnetschaltung oder Magnet-

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kreis zwei unterschiedliche Polstücke vorgesehen sind. Ein erstes der Polstücke bildet einen Schenkel in der Magnetbahn und dient zur Aufnahme des Hammerelementes, wenn sich dieses in der federverspannten Rückhollage befindet. Das zweite Polstück befindet sich in angrenzender Lage, jedoch unter Abstand vom ersten Polstück am freien Ende des Hammerelementes und bildet eine weitere Bahn für den Magnetfluss. Der Magnetfluss zwischen der ersten und zweiten Polstücken strömt über das Hammerelement durch nur einen sehr kleinen Teil der Baulänge des Hammerelementes, derart, dass der magnetische Widerstand dieses Teils der Magnetbahn beträchtlich reduziert ist und die magnetischen Eigenschaften und der Wirkungsgrad des Mechanismus besser sind. Durch die zwei Arbeitsluftspalte, welche der breiten Fläche des Hammerelementes gegenüberliegen, sind die Eigenschaften des Mechanismus hinsichtlich der Hammerfreigabe und des Zurückziehens verbessert worden. Da ein Teil des magnetischen Kreises am freien Ende des Hammerelementes und infolgedessen unter einem beträchtlichen Abstand vom feststehenden Ende des Hammerelementes vorgesehen ist, wird der Momentarm des Hammerelementes beträchtlich vergrössert, wodurch wiederum der magnetische Wirkungsgrad und die Wirkungsfähigkeit des Mechanismus verbessert sind.

Gemäss einem Merkmal der Erfindung ist das zweite Polstück vorzugsweise so angeordnet, dass ein Luftspalt zwischen dem zweiten Polstück und dem Hammerelement besteht, wenn sich das Hammerelement in der zurückgezogenen Position befindet. Wenn sich das Hammerelement in der zurückgezogenen Lage befindet, verändert der Luftspalt die Charakteristiken des Mechanismus hinsichtlich Kraft und verursachter Verlagerung des Hammerelementes, derart,

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dass eine kleinere magnetische Energie erforderlich ist, um die Rückholkraft des Permanentmagneten zum Zwecke der Freigabe zu überwinden. Insbesondere geschieht die Zurückziehung des Hammerelementes nach der Freigabe wirksamer und schneller, wiederum infolge der verbesserten Eigenschaften hinsichtlich angelegter Kraft und Verlagerung, welche durch den Spalt hervorgerufen sind. Ein weiterer Vorteil ist auf die Tatsache zurückzuführen, dass der magnetische Widerstand des Luftspaltes beträchtlich grosser ist als der magnetische Widerstand des kleinen Teils des Hammerelementes zwischen den zwei Polstücken, und dass feststehende Permeabilität besteht, derart, dass Veränderungen der magnetischen Eigenschaften des Hammerelementes kompensierbar sind.

Durch Verbesserung der magnetischen Eigenschaften des Hammermechanismus sind gewisse zusätzliche Vorteile vorhanden. Die Resonanzfrequenz des Hammerelementes, welche zum Zwecke optimaler Wirkung in erwünschter Weise relativ hoch ist, steht in enger Beziehung mit der Federkonstanten des Hammerelementes, was wiederum einen grösseren Fluss erfordert, da die Abmessungen bzw. die Steifheit des Hammerelementes verändert werden, um die Resonanzfrequenz zu erhöhen. Infolge der Zuordnung der beiden Arbeits-Luftspalte gemäss der Erfindung können die Hammerelemente für grössere Resonanzfrequenz ausgelegt werden, ohne dass gleichzeitig eine bereits bestehende magnetische Bahn geändert werden müsste, um die Magnetenergie zu erhöhen. Wenn räumliche Beschränkungen oder andere Faktoren bestehen, so der Wunsch, eine grössere Anzahl von Hammerelementen innerhalb einer bestimmten Länge einer Hammerreihe anzuordnen und hierbei erfoi—

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derlich wird, dass die Hammerelemente in ihrer Grosse reduziert werden, dann ist es schwieriger, magnetisch die Wirkungsweise jedes Hammerelementes von den angrenzenden Hammerelomenten in einer Hammerreihe zu trennen oder zu isolieren. Gemäss der Erfindung wird durch die verbesserten magnetischen Eigenschaften erreicht, dass die kleineren Hammerelemente wirksam und mit grösserem Leistungs-und Wirkungsgrad arbeiten.

In einer bevorzugten Ausführungsform eines Druckhammermechanismus nach der Erfindung ist jeweils das feststehende Ende eines Hammerelementes am nach aussen gekehrten Ende eines verhäl¹-nismässig flachen, im wesentlichen ebenen zweiten Polstückes befestigt, das sich entlang eines beträchtlichen Teils der Länge des Hammerelementes unter paralleler Abstandsbeziehung erstreckt und in einer Polspitze endet. Diese ist dem freien Ende des Hammerelementes gegenüberliegend angeordnet. Das zweite Polstück liegt an einem Permanentmagneten an, an dessen entgegengesetzter Seite das untere Ende eines Elementes der magnetischen Rückführungsbahn ist. Ein erstes Polstück von im wesentlichen zylindrischer Formgebung erstreckt sich von einem oberen Teil des Elementes der magnetischen Rückführungsbahn nach aussen, wobei eine elektromagnetische Spule oder Wicklung um das erste Polstück gewickelt ist. Das Polstück endet in einer Polspitze nahe des freien Endes des Magnetelementes an der entgegengesetzten Seite des sekundären Polstückes bezüglich des feststehenden Endes des Magnetelementes. Das freie Ende des Hammerelementes liegt am oberen ersten Polstück an, wenn es sich in der zurückgezogenen Position befindet, und bildet gleichzeitig einen Luftspalt mit dem unteren sekundärem Polstück. Die elektromagnetische Spule ist direkt auf die Aussenfläche des ersten Polstückes aufgewickelt, um eine gute thermische

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Übertragung herbeizuführen. Als Folge davon wird eine ausreichende Wärmemenge von der Spule oder Wicklung durch das erste Polstück aufgenommen und durch dieses als auch durch das angrenzende Element der magnetischen Rückführungsbahn verteilt, was bedeutet, dass an den Spulen oder Wicklungen keine Rippen aufweisenden und wärmeableitenden Elemente erforderlich sind.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung erläutert.

Fig. 1 ist eine teilweise gebrochen wiedergegebene Perspektivansicht eines Teils eines Laufwerkes mit einer daran angeordneten Hammerreihe, in welcher Druckhammermechanismen gemäss der Erfindung zur Anwendung gelangen;

Fig. 2 ist eine Endansicht des Laufwerkes nach Fig. 1 unter Darstellung der darin enthaltenen Hammerreihe in ihrer Position relativ zum Druckpapier und einer abstützenden Druckwalze;

Fig. 3 ist eine Perspektivansicht der gemeinsamen Halterung für die Hammerfederelemente als auch des sekundären Polstückes, welches im Druckhammermechanismus des Laufwerkes nach Fig. 1 und 2 verwendet wird;

Fig. 4 ist eine Perspektivansicht der gemeinsamen Halterung für die Hammerfederelemente und des sekundären Polstückes nach Fig. 3;

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Fig. 5 ist eine Schnittansicht von Linie 5-5 in Fig. 1 unter Darstellung der Hammerreihe innerhalb des Laufwerkes nach Fig. 1 und der Einzelheiten des ersten Polstückes und der diesem zugeordneten Wicklung;

Fig. 6 ist eine Ansicht eines Teils von Fig. 5 mit dem Hammerelement in federverspannter, zurückgezogener Position;

Fig. 7 ist eine Ansicht eines Teils von Fig. 5 unter Darstellung des Hammerelementes in seiner äussersten Freigabeposition; und

Fig. 8 ist eine schematische Darstellung der Kurven von angelegter Kraft gegenüber Verlagerung des Druckhammermechanismus im Laufwerk nach den Fig. 1 und 2.

In den Fig. 1 und 2 ist ein Laufwerk 10 dargestellt, welches eine Hammerreihe 12 mit erfindungsgemassen Druckhammermechanismen 14 aufweist. Jeder der Druckhammermechanismen 14, welcher für sich einen unterschiedlichen Druckhammer 16 aufweist, ist in vorteilhafter Weise mit zwei Polstücken ausgestattet, wie nachfolgend im einzelnen erläutert ist.

Das Laufwerk 10 weist eine hohle, im wesentlichen rechtwinklige Abdeckung 18 auf, welche einen Rahmen für das Laufwerk bildet. Gemäss Fig. 1 erstreckt sich an einem Ende des Laufwerkes 10 eine Strebe 20 durch das Gehäuse bzw. die Abdeckung 18 u nd dient zur Aufnahme eines Tragschaftes 22. Das entgegengesetzte Ende

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des Laufwerkes 10 ist gleichfalls mit einer Strebe für den Tragschaft ausgestattet. Diese Bauteile sind in Fig. 1 und 2 zum Zwecke vereinfachter Darstellung nicht wiedergegeben, sie wirken jedoch in gleicher Weise wie die Strebe 20 und der Tragschaft 22, um eine hin- und hergerichtete Verschiebebewegung des Laufwerkes 10 zuzulassen. Gleichzeitig gestatten die Streben bzw. Ansätze, dass das Laufwerk 10 bezüglich einer Länge von Papier 24 nach aussen und abgewandt hierzu verschwenkt werden kann, Das Papier 24 erstreckt sich dabei über eine Druckwalze 26, wie durch die gestrichelte Linienführung 28 in Fig. 2 ersichtlich ist.

Die Art und Weise der Halterung des Laufwerkes 10 und des in Hin- und Herbewegung vollzogenen Antriebes sind identisch mit der Anordnung nach der US-PS 3 940 051 . In dieser Patentschrift ist im einzelnen beschrieben, auf welche Weise ein zwei Vorsprünge aufweisender Nockenantrieb benutzt wird, um das Laufwerk bezüglich des Papiers hin- und hergerichtet zu bewegen, derart, dass durch einzelne und unabhängige Betätigung mehrerer Hammer ein Druck in Punktmatrix-Weise erfolgen kann. Die Hammer sind Seite an Seite und parallel innerhalb des Laufwerkes angeordnet. Jeder Hammer ist mit einer Punktmatrix-Druckspitze versehen, welche sich in der Aufschlagmitte befindet, wobei die Spitze ein Farbband gegen das durch die Druckwalze getragene Papier andrückt, wenn eine Spule erregt wird. Bei Erregen der Spule wird der Hammer aus einer zurückgezogenen Position freigegeben, in welcher er sich normalerweise, gehalten durch einen Dauermagneten, befindet. Nach jedem horizontalen Durchlauf des Laufwerkes entlang des Papiers, während welchem eine Zeile von Punkten gedruckt wird, wird das Papier in einer Stufe vertikal

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weiterbewegt, wonach das Laufwerk einem horizontalen Durchlauf in entgegengesetzter Richtung unterliegt, um die nächste Zeile von Punkten auf dem Papier auszudrucken.

Gemäss Fig. 1 und 2 erstreckt sich ein Farbband 30 entlang der Baulänge des Laufwerkes 10 zwischen diesem und dem Papier 24, angrenzend zu einem Federfinger 32, welcher die Aufgabe besitzt, das Papier 24 stramm an der Druckwalze 26 zu führen. Wenn du einzelnen Hammer 16 freigegeben sind, stossen die auf den Spitzen befindlichen Druckpunkte auf das Farbband 30 und drücken dieses gegen das Papier 24, um das Ausdrucken der Punkte hervorzurufen. Das Band 30 wird in gleicher Weise wie das Band der Druckanordnung nach dem vorgenannten US-Patent in zwei Richtungen angetrieben.

Jeder der Hammer 16 besteht aus einem länglichen elastischen und magnetischen Federstreifen bzw. Element 34, das am unteren feststehenden Ende 36 unter Abstand zu den anderen Federelenrenten entlang einer im wesentlichen horizontalen Achse befestigt LSt und sich im wesentlichen vertikal erstreckt. Die Elemente 34 f nden η einem oberen bewegbaren, freien Ende 38. Jedes Federelement enthält eine Punktmatrix-Druckspitze 40, die sich normalerweise von der Oberfläche des Elementes 34 in Richtung des Bandes 30 und des Papiers 24 erstreckt. Die Spitzen 40 der einander folgenden Hammer 16 liegen entlang einer vorbestimmten horizontale η Linie oder Zeile, die im wesentlichen radial zum angrenzenden Bogenverlauf der gekrümmten Fläche der Druckwalze 26 gerichtet ist und die Druckzeilenposition bildet. In zurückgezogener Lage befindet sich jede Spitze 40 etwas hinter einer eigenen Öffnung in der Vorderseite 42 der Abdeckung 18, wie aus Fig. 2 hervorgeht.

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Gemäss Fig. 5 enthält der Druckhammermechanismus 14 innerhalb der Hammerreihe 12 einen ebenen, gemeinsamen Rückholkörper 44 aus magnetischem Material, welcher in paralleLer Abstandslage zu den Hammern 16 an ihren entgegengesetzten Seiten bezüglich der Druckspitzen 40 vorgesehen ist. Jeder Druckhammermechanismus 14 enthält ein erstes Polstück 46 von im wesentlichen zylindrischer Formgebung, welches eine Polspitze 48 aufweist. Die Polspitze 48 erstreckt sich vom gemeinsamen Rückholkörper 44 nach aussen in enge gegenüberliegende Position bezüglich.einem der Hammer 16. Jeder Hammer 16 ist in Berührung und in magnetischer Verbindung mit dem angrenzenden magnetischen Polstück 46, wenn es sich in zurückgezogener Lage befindet. Elektromagnetische Erregerspulen 50 sind jeweils um jedes der Polstücke 46 nahe der Polspitze 48 gewickelt, wobei Leitungen der Wicklungen oder Windungen 50 in herkömmlicher Weise mit Klemmen und gedruckten Schaltungen (nicht im einzelnen dargestellt) am gemeinsamen Rückholkörper 44 in Verbindung stehen. Aussenleitungen der zugeordneten Schaltungen sind in einem Netzwerk 52 gekoppelt, das sich vom Laufwerk 10 nach aussen zu Antriebsschaltungen oder Steuerschaltungen erstreckt. Das Leitungs- oder Netzwerk 52 vollführt gleichzeitig die Hin- und Herbewegungen des Laufwerkes 10.

Der Druckhammermechanismus 14 weist einen gemeinsamen Permanentmagneten 54 von länglicher Stangenform auf, der sich zwischen dem gemeinsamen Rückholkörper 44 und einer gemeinsamen Halterung für ein Hammerfederelement und dem sekundären Polstück 56 befindet. Das gemeinsame Federelement und das sekundäre Polstück 56 dienen als gemeinsame Halterung für jedes der Hammerfederelemente 34, wobei gleichzeitig ein zweites PoI-

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stück nahe der Hammerfederelemente 34 gebildet ist. Das Polstück 56 ist von dünner ebener Formgebung und erstreckt sich entlang eines Teils der Baulänge jedes Hammerfederelementes 34 in im wesentlichen paralleler Abstandslage zu diesem, d.h. zwischen einem nach aussen sich erstreckenden ersten Ende 58 und einerr entgegengesetzten zweiten Ende, das in einer Polspitze 60 endet. Das sekundäre Polstück 56 weist an einer Seite eine breite Fläcne 62 auf, die den gemeinsamen Permanentmagneten 54 berührt. Das erste Ende 58 erstreckt sich von einer Seite des Polstückes 56 entgegengesetzt der breiten Fläche 62, derart, dass es zur¹ Aufnahme und Halterung der unteren feststehenden Enden 36 der Hammerfederelemente 34 dient. Diese liegen dadurch in im wesentlichen paralleler Abstandslage. Das dem ersten Ende 58 entgegengesetzte Ende des Polstückes 56 ist an der entgegengesetzten Seite bezüglich der breiten Fläche 62 nach aussen gekrümmt ausgebildet, wodurch die Polspitze 60 gebildet ist. Gemäss Fig. 2 wird die Sandwich-Anordnung, bestehend aus dem gemeinsamen Rückholkörper 44, dem gemeinsamen Permanentmagneten 54, der gemeinsamen Hammerfederelementhalterung und dem sekundären Polstuck 56, den Hammerfederelementen 34 und der Vorderseite 42 der Abdeckung 18 durch mehrere Zug- oder Befestigungsstangen 64 zusammengehalten. Diese sind unter Abstand entlang der Baulänge der länglichen Hammerreihe 12 vorgesehen.

Aus Fig. 5 ist zu ersehen, dass jeder Druckhammermechai lismus 14 eine vollständige magnetische Bahn umfasst, welche den gemeinsamen Rückholkörper 44, das erste Polstück 46, das Hammerfederelement 34, das gemeinsame sekundäre Polstück 56 und der. gemeinsamen Permanentmagneten 54 umfasst. Das gemeinsame sekundäre Polstück 56, der gemeinsame Permanentmagnet 54, cer

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gemeinsame Rückholkörper 44 und das erste Polstück 46 bilden eine im wesentlichen C-förmige Magnetbahn, die sich zwischen dem unteren fixierten Ende 36 und dem oberen frei bewegbaren Ende 38 des Hammerfederelementes 34 erstreckt. Der Rückholkörper 44, der Permanentmagnet 54 und das sekundäre Polstück 56 sind alle der gesamten Hammerreihe 12 und ihren eingeschlossenen Druckhammermechanismen 14 gemeinsam, während die verschiedenen ersten Polstücke 46 einzeln den verschiedenen Hammerfederelementen 34 zugeordnet sind. Der Rückholkörper 44 und der Permanentmagnet 54 sind beide von länglicher Form und erstrecken sich entlang der Baulänge der Hammerreihe 12, wobei der Permanentmagnet 54 den Rückholkörper 44 entlang eines unteren Teils berührt. Die verschiedenen ersten Polstücke 46 sind unter Abstand entlang eines oberen Teils des Rückholkörpers 44 befestigt und erstrecken sich auf diese Weise vom Rückholkörper 44 in eine Position nahe der freien Enden 38 der verschiedenen Hammerfederelemente 34. Die verschiedenen zweiten Polstücke 56 sind parallel und unter Abstand entlang einer Fläche des Permanentmagneten 54 in einer dem Rückholkörper 44 entgegengesetzten Lage angeordnet, derart, dass die unteren feststehenden Enden 36 der verschiedenen Hämmerfederelemente 34 im wesentlichen parallel und unter Abstand entlang der Hammerreihe 12 angebracht sind.

Gemäss Fig. 5 befindet sich die Polspitze 60 des zweiten Polstückes 56 zwischen der Polspitze 48 des ersten Polstückes 46 und dem unteren feststehenden Ende 36 des Hammerfederelementes 34. Gleichzeitig befindet sich die Polspitze 60 nahe der Polspitze 48, obwohl sie Abstand zu dieser besitzt. Der Magnetfluss, der zwischen dem ersten Polstück 46 und dem Hammer-

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federelement 34 strömt und eine Strömungsbahn im wesentlichen entlang der gesamten Länge des Hammerfederelementes 34 besitzt, um den Permanentmagneten 54 zu erreichen, ist infolgedessen mit einer alternativen Bahn versehen, welche durch die Polspitze 60 und das zweite Polstück 56 gebildet ist. Wenn also das Hammerfederelement 34 in Kontakt mit den Polspitzen 48 und 60 oder nahe an diesen ist, dann braucht der Magnetfluss nicht nur durch den kurzen Teil der Baulänge des Magnethammerelementes 34 zwischen den Polspitzen 48 und 60 zu verlaufen, derart, dass eine Magnetflussbahn geringen Widerstandes zwischen den Polspitzen 48 und besteht. Für eine bestimmte Grosse magnetischer Energie, welche entweder vom Permanentmagneten 54 oder von der Wicklung 50 stammt, wird der magnetische Wirkungsgrad erhöht.

Während der Betätigung der Hammerbank oder Hammerreihe 12 wird jeder der einzelnen Hammer 16 normalerweise durch den Permanentmagneten 54 in einer federverspannten Rückholposition gehalten, wobei das bewegbare freie Ende 38 des Hammerfederelementes 34 in Berührung mit der Polspitze 48 des ersten Polstückes 46 ist (Fig. 6). Wenn die Spule 50 momentan erregi wird, um die Wirkungen des Permanentmagneten 54 aufzuheben, dann wird der Hammer aus seiner zurückgezogenen Position freigegeben. Wenn dies der Fall ist, dann hat die Eigenelastizität des Hanmerfederelementes 34 zur Folge, dass sie das freie obere Ende 38 in vom ersten Polstück 46 abgewandter Richtung in eine entgegengesetzte Position gemäss Fig. 7 bewegt. In dieser Lage schlägt die Punktmatrix-Druckspitze 40 gegen das Farbband 30 und das durch die Druckwalze getragene Papier 24. Die Kombination des Aufschlags und der Elastizität des Hammerfederelementes 34 hat zur Folge, dass der Hammer über eine neutrale Position in die Rück-

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holposition nach Fig. 6 zurückkehrt. In dieser Lage wird das obere freie Ende 38 des Hammerfederelementes 34 infolge der Wirkung des Permanentmagneten 54 wieder in Berührung mit dem ersten Polstück 46 gehalten.

Durch die Verwendung der zwei unterschiedlichen Polstücke 46 und 56 wurden die magnetischen Eigenschaften des Druckhammermechanismus 14 beträchtlich verbessert, nicht nur infolge des verbesserten Wirkungsgrades in der Magnetbahn, welcher auf die Verbindung geringen Widerstandes im kurzen Teil des Hammerfederelementes 34 zwischen den Polstücken 46 und 56 gebildet ist, sondern auch infolge der Wirkung der zwei Spalte, welche jeweils der angrenzenden breiten Fläche des Hammerfederelementes 34 in senkrechter Beziehung gegenüberliegen. Da der Magnetfluss in den zwei Spalten im wesentlichen senkrecht zur angrenzenden Fläche des Hammerfederelementes 34 gerichtet ist, sind sowohl die Freigabe als auch das Zurückziehen beträchtlich verbessert worden. Dies ist auch auf die Tatsache zurückzuführen, dass sich beide Spalte unter einem beträchtlichen Abstand von der Hammerbefestigung am unteren feststehenden Ende 36 befinden. Auf diese Weise wird der Momentarm der Polstücke 46 und 56 bezüglich des Hammers auf ein Maximum gebracht. Obwohl der verringerte Widerstand den Fluss vergrössert und durch die zwei Spalte die Rückholkraft bei einem bestimmten Fluss erhöht ist, sind weniger Magnetfluss und die durch ihn ausgelöste Anziehkraft erforderlich, um den Hammer zurückzuziehen. Bei einem bestimmten Magnetfluss hat die Anwesenheit der zwei Spalte nahe des freien Endes 38 des Hammers zur Folge, dass der Hammer schneller und wirksamer zurückgezogen werden kann.

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Die Freigabe des Hammers aus der zurückgezogenen Position wird in gleichem Maße durch die zwei Polstücke und die zugeordneten Luftspalte verbessert. Auch in diesem Fall wird durcr den bei den zwei Spalten bestehenden Magnetfluss, der senkrecht zur angrenzenden breiten Fläche des Hammerfederelementes verläuft, eine grössere Auslenkkraft ausgelöst und somit eine schnellere Freigabe des Hammers aus der zurückgezogenen Position ermöglicht, wenn die Wicklung oder Spule 50 erregt wird.

Ein weiterer Vorteil des Druckhammermechanismus 14 ist darin zu sehen, dass bei einer bestimmten Magnetenergie und einem bestimmten Material die durch den zweiten Spalt verursachte grössere Rückholkraft eine Zunahme der Steifheit dos Hammerfederelementes zulässt, wodurch wiederum die Roonanzfrequenz des Hammers erhöht werden kann. So gilt:

(1) f = 3,3 χ 10⁴ χ-

wobei f die Resonanzfrequenz des Hammerfederelementes, t die Dicke des Federelementes und I die Länge des Federelementes bilden. Wenn man also die Feder dicker macht (Zunahme von t), dann erhöht sich f. Durch Zunahme von t erhöht sich die Federkonstante k, da:

(2) k öl ¥³

I³

wobei w die Breite des Federelementes ist. Die Federkonstante k bestimmt teilweise die kinetische Energie und infolgedessen gilt:

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wobei KE die kinetische Energie ist und χ die Verlagerung des Federelementes wiedergibt. Die erforderliche Freigabekraft F ist gleichfalls teilweise durch die Federkonstante k bestimmt, weshalb gilt:

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Die verfügbare Freigabekraft F. wird ausgedrückt durch die Gleichung:

A A

wobei 0 den Fluss darstellt und A die Spaltfläche wiedergibt. Im Druckhammermechanismus 14 verändert sich die Fläche A nicht, jedoch ist die Kraft infolge eines zweiten wirkenden Luftspaltes grosser. So gilt für eine zweipolige Anordnung für die verfügbare Freigabekraft F. folgende Gleichung:

wobei 01 und 02 jeweils den Fluss in den ersten und zweiten Luftspalten wiedergeben, A1 und A2 die Flächen der ersten und zweiten Spalte darstellen und K eine Konstante ist. Infolgedessen kann die Resonanzfrequenz f grosser gemacht werden, wenn man die Dicke t für eine bestimmte Grosse der Magnetenergie vergrössert, da die Kraft grosser ist.

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Der Druckhammermechanismus 14 kann so ausgebildet werden, dass das bewegbare obere Ende 38 des Hammerfederelementes 34 sowohl die Polspitze 60 des zweiten Polstückes 56 als auch die Polspitze 48 des ersten Polstückes 46 berührt, wenn sich das Federelement in der zurückgezogenen Lage befindet. Gemäss der Erfindung wird jedoch bevorzugt ein Luftspalt zwischen der Spitze 60 des zweiten Polstückes 56 und dem bewegbaren oberen freien Ende 38 des Hammerfederelementes 34 belassen, wenn sich der Hammer in der zurückgezogenen Position befindet. Ein derartiger Spalt 66 ist in Fig. 6 dargestellt. Der Vorteil des Spaltes 66 wird unter Bezugnahme auf Fig. 8 veranschaulicht. In dieser Darstellung sind die Charakteristiken des Druckhammermechanismus bezüglich Kraft und Verlagerung bzw. Versetzunc wiedergegeben. Die Kraft wird entlang der vertikalen Achse gemessen und die Verlagerung des Hammerelementes wird entlang der horizontalen Achse aufgezeigt. Die Kraft des Hammerfederelementes 34 infolge von Eigenelastizität wird durch die Linie 68 in Fig. 8 wiedergegeben. Es ist ersichtlich, dass die durch den Hammer ausgeübte Kraft unter der Voraussetzung grossten Flusses am grossten ist, wenn er sich in der zurückgezogenen Position befindet. In zurückgezogener Lage übt das Hammerfederelement eine Kraft aus, die durch den Punkt 70 in Fig. 8 dargestellt ist. Die Kurve 72 stellt die verfügbare Kraft vom primären oder ersten Polstück 46 dar. Bei Fehlen des Spaltes 66 am zweiten oder sekundären Polstück 56 kombiniert sich die als Folge des sekundären Polstückes verfügbare Kraft mit derjenigen des ersten Polstückes 46, durch die Kurve 72 dargestellt, wodurch eine gemeinsame oder kombinierte Kurve 74 gebildet ist, die die vertikale Achse am Punkt 76 schneidet. Der Punkt 76 gibt die Kraft wieder, welche überwunden wenden muss, um den Hammer aus der zurückgezogenen

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Position freizugeben. Um die Freigabe zu vollziehen muss also die Wicklung oder Spule 50 eine Kraft erzeugen, welche wenigstens der Differenz zwischen den Kräften an den Punkten 70 und 76 entspricht, derart, dass die kombinierten Kräfte vom Hammerfedei— element 34 und der Spule 50 wenigstens der durch den Permanentmagneten 54 ausgeübten entgegengesetzten Kraft gleich sind.

Wenn der Spalt 66 in der zurückgezogenen Position besteht, dann ist der praktische Effekt darin zu sehen, dass die vom zweiten Polstück 56 verfügbare Kurve der Kraft nach links verlagert wird, wie aus Fig. 8 hervorgeht, derart, dass die Kurve 78 gebildet ist. Wenn die Kurve 78 gibt in Verbindung mit der Kurve 72 die Kraft wieder, welche vom ersten oder primären Polstück 46 verfügbar ist, wodurch die kombinierte Kurve 80 gebildet ist, die die vertikale Achse am Punkt 82 schneidet. Die resultierende Differenz zwischen den Kräften des Hammerfederelementes 34 und den zweifachen Polstücken, dargestellt durch die Punkte 70 und 82, ist kleiner und infolgedessen ist eine geringere Erregung der Spule 50 erforderlich, Um den Hammer freizugeben.

Ein weiterer Vorteil des Luftspaltes 66 bei in zurückgezogener Position befindlichem Hammer ist auf die Tatsache zurückzuführen, dass der Widerstand des Luftspaltes 66 wesentlich ist, verglichen mit demjenigen des Hammerfederelementes 34. Gleichzeitig ist der magnetische Widerstand des Luftspaltes 66 von feststehender Permeabilität.

Unter Bezugnahme auf Fig. 5 im Zusammenhang mit den Fig. 1 und 2 ist ersichtlich, dass jedes Polstück 46 von im wesentlichen zylindrischer Formgebung ist und einen Basisteil 86 aufweist, welcher

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am gemeinsamen Rückholkörper 44 befestigbar ist, als auch einen Vorderteil 88, der zur Aufnahme der Spule 50 dient und in der Polspitze 48 endet. Die Wicklung oder Spule 50 wird auf den Vorderteil 88 des Polstückes 46 in direkter Berührung mit diesem aufgewickelt. Infolgedessen wird Wärme aus der Spule 50 schnell auf das Polstück 46 und auf den angrenzenden gemeinsamen Rückholkörper 44 übertragen. Der Rückholkörper 44 wirkt als Wärmeableitung und verteilt die Wärme der Spule 50. Eine angemessene Wärmeverteilung ist also möglich, ohne dass Radiatoren mit Rippen oder andere Wärme verteilende Elemente an der Spule in Anordnungen erforderlich sind, wo die Spule oder Wicklung auf einen am Polstück anzubringenden Spulenträger aufgewickelt wird. Gemäss der Erfindung sind das Polstück 46 und die Wicklung oder Spule 50 mittels einer Schraube 92 am gemeinsamen Rückholkörper 44 verschraubt, wobei sich die Schraube von der Rückseite her erstreckt und in eine Gewindebohrung 94 innerhalb des Basisleils 86 des Polstückes 46 eingreift. Die Schraube 90 kann leicht herausgeschraubt werden, so dass das Polstück 46 und die von ihm getragene Wicklung oder Spule 50 leicht abgenommen werden können.

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Claims

Licht, Schmidt, Hansmann & Herrmann Patentanwälte

Licht. Schmidt, Hansmann. Herrmann· Postfach 701205· 8000 München 70 " Dipl.-Ifig. Martin Licht

Dr. Reinhold Schmidt

PRTNTRDNTX TNr Dlpl.-Wiitsch.-Ing. Axel Hansmann

PRINTRONIX, INC. Dipl.-Phys. Sebastian Herrmann

1 7421 Derian Avenue

_T . _ .._ „_. . Albert-Roßhaupter-Str. 65

Irvine, Calif. 92714 _onn_ .... . -,_n

' 8000 München 70

V. St.A. Telefon: (089)7603091

Telex: 5 212 284 pats d Telegramme: Lipatli München

15. Mai 1979 Ho/Lü

PATENTANSPRÜCHE

1 . Druckhammermechanismus für einen Punktmatrix-Drucker, dadurch gekennzeichnet, dass der Hammermechanismus jeweils ein magnetisches elastisches Druckhammerelement (16) aufweist, welches aus einem einzelnen länglichen Streifen (34) besteht, wobei dieser Streifen ein feststehendes Ende (36) und ein entgegengesetzt befindliches freies Ende (38) aufweist, dass sich ein punktförmiges Druckelement (40) jeweils im Bereich des freien Endes vom länglichen Streifen des Hammerelementes erstreckt, dass eine magnetische Schaltung, eine Dauermagnetanordnung (54) und ein Paar Polstücke (46, 56) beinhaltend, in magnetischer Verbindung mit dem länglichen Streifen (34) vorgesehen ist, dass das Paar der Polstücke nahe des freien Endes des länglichen Streifens angeordnet ist, wobei wenigstens eines der Polstücke das freie Ende des länglichen Streifens (34) anzieht, wenn sich der längliche Streifen in einer federverspannten, zurückgezogenen Lage befindet, dass die Dauermagnetanordnung (54) ein Magnetfeld erzeugt, welches normalerweise den länglichen Streifen in der federverspannten, zurückgezogenen Position festhält, und dass an die magnetische Schaltung

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Deutsche Bank München. Kto.-Nr. 82/08050 (BLZ 70070010) Postscheck München Nr. 163397-802

eine Vorrichtung (50) gekoppelt ist, um das Magnetfeld in einem Teil der magnetischen Schaltung nahe des länglichen Streifens aufzuheben, derart, dass der längliche Streifen (34) des Hammei— elementes bei Aufhebung in von der zurückgezogenen Position abgewandter Richtung schnellt.
2. Druckhammermechanismus nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der längliche Streifen (34) eines der Polstücke berührt und einen Spalt mit dem anderen Polstück des Paares von Polstücken bildet, wenn der Streifen die zurückgezogene, federverspannte Lage eingenommen hat.
3. Druckhammermechanismus nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die das Magnetfeld löschende Vorrichtung aus einer elektromagnetischen Vorrichtung (50) besteht.
4. Druckhammermechanismus nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Paar der Polstücke entlang der Baulänge des länglichen Streifens einen Abstand voneinander besitzt, welcher einen verhältnismässig kleinen Anteil der Baulänge des länglichen Streifens bildet.
5. Druckhammermechanismus nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dieser mehrere Druckhammerelemente aufweist, welche in Reihe entlang einer vorbestimmten Achse in vorbestimmter Ebene so angeordnet sind, dass die freien Enden nahe einer Druck zeile liegen, dass die magnetische Schaltungsanordnung einen gemeinsamen magnetischen Rückleitungskörper enthält, welcher mehrere im wesentlichen vollständig magnetische Bahnen mit den verschiecienen Hammerelementen bildet, dass die in der magnetischen Schaltungsan-

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Ordnung vorhandenen Paare von Polstücken so angeordnet sind, dass jeweils jedes Paar dem freien Ende eines unterschiedlichen Hammerelementes gegenüberliegt, und dass die das Magnetfeld in einem Teil der magnetischen Schaltungsanordnung löschende Vorrichtung wirksam ist, um Löseimpulse bestimmten Paaren der Polstücke zu übertragen.
6. Druckhammermechanismus nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen jedem der Hammerelemente und einem der zugeordneten Polstücke ein Luftspalt besteht, wenn sich das Hammerelement in der federverspannten, zurückgezogenen Position befindet.
7. Druckhammermechanismus nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der gemeinsame magnetische Rückleitungskörper entgegengesetzte erste und zweite Teile aufweist, welche sich entlang der Hammerreihe erstrecken, wobei der Rückleitungskörper im wesentlichen parallel zur vorbestimmten Ebene ausgerichtet ist, dass die Dauermagnetanordnung einen gemeinsamen Dauermagneten enthält, der sich entlang der Hammerreihe erstreckt und mit dem ersten Teil des gemeinsamen Rückleitungskörpers gekoppelt ist, dass ein erstes der Polstücke ein längliches Element aufweist, das sich im wesentlichen senkrecht zur vorbestimmten Ebene erstreckt, wobei ein erstes Ende mit dem zweiten Teil des gemeinsamen Rückleitungskörpers gekoppelt ist und ein entgegengesetztes zweites Ende in einer Pol stückspitze endet, dass die Polspitze dem freien Ende des zugeordneten Hammerelementes gegenüberliegt, dass ein zweites Polstück des Paares von magnetischen Polstücken ein gemeinsames verhältnismässig flaches und

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im wesentlichen ebenes Element aufweist, das im wesentlichen parallel zur vorbestimmten Ebene verläuft und mit einem ersten Ende gegenüber einem feststehenden Ende des zugeordneten Hammerelementes am gemeinsamen Dauermagneten angeordnet ist, während das entgegengesetzte zweite Ende in einer Polspitze endet, die dem freien Ende des zugeordneten Hammerelementes zwischen dem ersten der Polstücke und dem feststehenden Ende des zugeordneten Hammerelementes gegenüberliegt.
8. Druckhammermechanismus nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die die Löseimpulse erzeugende Vorrichtung aus mehreren Wicklungen besteht, welche jeweils um eines der Polstücke gewickelt und mit diesem in unmittelbarer Berührung sind.
9. Druckhammermechanismus nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes Ende eines der Polstücke mit dem feststehenden Ende des Hammerelementes verbunden ist und sich entlang eines beträchtlichen Teils der Baulänge des Hammerelementes unter Abstand zu diesem erstreckt, wobei das Polstück entgegengesetzt zum ersten Ende in einer Polspitze endet, welche dem freien Ende des Hammerelementes gegenüberliegt, dass die magnetische Schaltung einen magnetischen Rückleitungskörper aufweist, welcher mit einem ersten Ende entgegengesetzt bezüglich des ersten länglichen Polstückes mit der Dauermagnetanordnung verbunden ist, während das entgegengesetzte zweite Ende entgegengesetzt zum freien Ende des Hammerelementes besteht, dass ein zweites der Polstücke mit einem ersten Ende an das zweite Ende des magnetischen Rückleitungskörpers angeschlossen ist und in einer Polspitze endet, die dem ersten Ende entgegengesetzt liegt,

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wobei die Polspitze dem freien Ende des Hammerelementes an d&r entgegengesetzten Seite bezüglich des feststehenden Endes gegenüberliegt, und dass die zum Löschen des Magnetfeldes dienende Vorrichtung jeweils aus einer elektromagnetischen Spule besteht, die um das zweite längliche Polstück gewickelt ist.
10. Druckhammermechanismus nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Dauermagnetanordnung das Hammerelement in einer verspannten, zurückgezogenen Position gegenüber der Polspitze des zweiten Polstückes hält, wenn die Elektromagnetspule nicht erregt ist, und dass das Hammerelement einen kleinen Spalt bezüglich der Polspitze des ersten Polstückes bildet, wenn die federverspannte, zurückgezogene Lage des Hammerelementes besteht.
11. Druckhammermechanismus nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Polstück des Paares länglicher Polstücke von flacher, ebener Formgebung ist und mit einer breiten Fläche an die Dauermagnetanordnung angrenzt, dass ein erhabener Teil des ersten Endes entgegengesetzt zur breiten Fläche nach aussen gerichtet ist und in Berührung mit dem feststehenden Ende des Hammerelementes liegt, dass sich ein erhabener Teil an dem entgegengesetzt zum ersten Ende befindlichen Ende in bestimmter Richtung entgegengesetzt zur breiten Fläche nach aussen erstreckt und in der Polspitze endet, dass die Dauermagnetanordnung von im wesentlichen rechtwinkliger Formgebung ist, dass der Rückleitungskörper von flacher und ebener Formgebung ist und sich im wesentlichen parallel zum ersten der länglichen Polstücke und zum Hammerelement erstreckt, und dass das

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zweite Polstück des zweiten Polstückpaares im wesentlichen zylir drische Formgebung besitzt und sich im wesentlichen senkrecht zur Ebene der magnetischen Rückleitungsbahn erstreckt.
12. Druckhammermechanismus nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite der länglichen Polstücke einen Vorderteil zwischen dem ersten Ende und der Polspitze besitzt, welcher in seiner Grosse bezüglich des Endes reduziert ist, wobei die elektromagnetische Spule in direkter Berührung auf diesem Teil aufgebracht ist.
13. Druckhammermechanismus nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Ende des zweiten des Paares länglicher Polstücke am zweiten Ende der magnetischen Rückleitungsbahn unter Verwendung einer Schraube befestigt ist, die sich durch eine Öffnung im zweiten Ende der magnetischen Rückleitungsbahn in das erste Ende des zweiten länglichen Polstückes des Polstückpaares erstreckt.

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