DE3142071C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Schreibstift mit elektromecha­ nischem Minenvorschub der im Oberbegriff des Hauptanspruchs bezeichneten Art.

Üblicherweise erfolgt der Minenvorschub manuell durch Be­ tätigung einer im Schreibstift angeordneten Vorschubmecha­ nik.

Nachdem die elektrischen Baugruppen sowie die Batterien in neuer Zeit in sehr kleinen Abmessungen herstellbar sind, ist grundsätzlich auch ein Minenschreibstift mit elektri­ schem, genauer gesagt: elektromechanischem, Vorschub rea­ lisierbar geworden.

So ist aus DE-OS 29 35 331 bereits ein mechanischer Schreib­ stift bekannt geworden, bei welchem ein Motor über ein Re­ duktionsgetriebe eine Vorschubeinheit antreibt. Der Motor wird hierbei aus im rückwärtigen Ende des Schreibstiftes untergebrachten Batterien gespeist. Der Vorschub wird durch Betätigen eines am Schreibstiftgehäuse vorgesehenen Schal­ ters ausgelöst.

Dieser elektromechanische Minenvorschub ersetzt den manuell betätigten, rein mechanischen Vorschub.

Der Energiebedarf einer derartigen Vorschubeinheit ist je­ doch erheblich, so daß die notwendigerweise klein dimensio­ nierten Batterien relativ rasch erschöpft sind. Der vorlie­ genden Erfindung liegt darum die Aufgabe zugrunde, den Wir­ kungsgrad des Antriebes der Vorschubeinheit zu verbessern.

Diese Aufgabe wird durch die gegenständlichen Merkmale des kennzeichnenden Teiles des Anspruchs 1 gelöst.

Aus den US-Patentschriften 40 91 393 und 40 15 269 ist es zwar bereits bekannt, die Mine eines Schreibstiftes mit­ tels eines Hubmagneten zu bewegen. Es handelt sich dabei jedoch um sog. Plotterstifte, bei denen der Betätigungs­ magnet nicht innerhalb des Schreibgerätegehäuses, sondern außerhalb desselben angeordnet ist. Mit Hilfe dieses Betä­ tigungsmagneten wird das gesamte Schreibgerät und nicht nur die Schreibmechanik betätigt. Bei diesen bekannten Ge­ räten stellt sich daher weder eine Platz- noch eine Ener­ giefrage.

Aus der DE-OS 28 19 691 ist es schließlich bekannt, eine Spannungsquelle in einem Schreibgerät lediglich bei Benut­ zung des Schreibgerätes durch den Schreibdruck einzuschal­ ten. Diese Spannungsquelle wird allerdings nicht zum Minen­ vorschub, sondern zur Energieversorgung für eine die Schreibunterlage beleuchtende Lichtquelle benutzt. Im übri­ gen ist das bekannte Gerät nicht mit dem Gegenstand der vorliegenden Erfindung vergleichbar.

Weitere Ausbildungen des Gegenstandes der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 - 12 herausgestellt.

Hiernach ist vorgesehen, daß die Batterie während der Vor­ schubpause über einen hochohmigen Widerstand einen Konden­ sator lädt, welcher zum Minenvorschub über die Magnetspule mit geringem Widerstand entladen wird. Auf diese Weise kann die erforderliche elektrische Energie aus einer rela­ tiv klein bemessenen Batterie geliefert werden.

In weiterer Ausbildung wird die Magnetspule über eine den pro Minenhub erforderlichen Strom begrenzende Steuerelek­ tronik bestromt.

Weiterhin wird zur Reduzierung der erforderlichen Batterie­ kapazität die in der Magnetspule nach Abschaltung noch ge­ speicherte Energie zurückgewonnen. Zu diesem Zweck ist parallel zum Ladekondensator die Reihenschaltung einer Diode mit einer Entmagnetisierungswicklung angeordnet, welche mit der Magnetspule induktiv gekoppelt ist, wobei parallel zu letzterer eine bei Entregung der Magnetspule durchgeschaltete Diode angeordnet ist.

Der Minenvorschub selbst kann in unterschiedlicher Weise ausgelöst werden.

Um bei einem Minenschreibstift mit elektromechanischem Vor­ schub eine selbsttätige Auslösung zu ermöglichen, wird darum in Weiterbildung der Erfindung vorgeschlagen, daß im Stromkreis der Vorschubeinheit ein Schalter angeordnet ist, der durch Axialverschiebung des Minenführungsrohres betä­ tigbar ist. Hiermit wird erreicht, daß dann, wenn bei ab­ geschriebener Mine das Minenrohr mit der Schreibunterlage in Berührung kommt, ein Vorschubimpuls ausgelöst wird.

Im einfachsten Fall kann dieser Schalter aus einem mecha­ nischen Kipp- oder Schnappschalter bestehen.

Als Schalter kann jedoch auch ein mit dem Minenrohr verbunde­ ner Piezogeber verwendet werden, der bei Druckanstieg einen Spannungsimpuls zur Ansteuerung der Elektronik liefert.

Schließlich kann die elektrisch leitende Verbindung zwi­ schen dem Minenrohr, der Graphitmine und der von dieser erzeugten Graphitspur für eine Schaltfunktion herangezo­ gen werden, wenn, wie ferner gemäß der Erfindung vorge­ schlagen wird, das Minenführungsrohr Teil eines im Strom­ kreis angeordneten Schalters ist, der bei in das Minen­ führungsrohr eingeschobener Mine geschlossen und bei über­ stehender Mine geöffnet ist.

Zur praktischen Realisierung dieses Vorschlages muß die innere Mantelfläche des Minenführungsrohres elektrisch nichtleitend, dagegen sein äußerer Mantel einschließlich der äußeren Stirnfläche sowie die Minen elektrisch lei­ tend sein, wobei Minen und Minenführungsrohr elektrisch im Steuerkreis für die Vorschubeinheit angeordnet sind.

Bei dieser Anordnung wird folglich der Minenvorschub selbsttätig ausgelöst, wenn das an der Minenschreibstift­ spitze gelegene Minenführungsrohr mit der Schreibunter­ lage in Berührung kommt, soweit die Schreibspitze hier­ bei eine von der Schreibmine erzeugte Graphitspur berührt, was beim Schreibvorgang stets geschehen wird.

Durch diese Maßnahme ist gleichzeitig gewährleistet, daß die Schreibmine das Minenführungsrohr stets um eine vor­ bestimmte Länge überragt, was vom Benutzer gewünscht wird.

Weitere Merkmale sind Gegenstand der Unteransprüche. Die Erfindung wird nachstehend anhand eines bevorzugten Ausführungsbei­ spieles, das in den Zeichnungen schematisch dargestellt ist, im einzelnen erläutert. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 Axialschnitt eines erfindungsgemäßen Schreib­ stiftes, verkürzt abgebildet,

Fig. 2 vergrößerter Axialschnitt des Minenführungs­ rohres in abgebrochener Darstellung und

Fig. 3 Schaltbild der Steuerelektronik.

Bei dem erfindungsgemäßen Schreibstift sind in einem Schreibstiftgehäuse 10 mit Schreibstiftspitze 11 und Gehäu­ seendkappe 12 eine von einem elektrischen Hubmagneten 14 betätigbare Vorschubmechanik 13 zum Transport einer Mine 20 von einem Minenmagazin 17 zu einem Führungsrohr 16 vor­ gesehen.

Zwischen der Vorschubeinheit 13 und dem Minenführungsrohr 16 ist eine Spannzangenanordnung 15 vorgesehen, welche den Minenvorschub in Richtung auf die Schreibstiftspitze 11 zu­ läßt, dagegen verhindert, daß die Mine 20 unter der Wir­ kung des Schreibdruckes einwärtsgeschoben wird.

In der rückwärtigen Endkappe 12 befinden sich zwei elek­ trisch in Reihe geschaltete, als Knopfzellen 18 ausgebil­ dete Batterien, aus welchen über eine Steuerelektronik 19 eine Topfspule 14 a gespeist wird. Zu diesem Zweck sind in­ nerhalb des Gehäuses 10 zwischen Steuerelektronik 19 und Spulensystem 14 a elektrische Leiter 23 isoliert verlegt.

Der Erzeugung eines Steuerimpulses dient die (in Fig. 2 vergrößert dargestellt) Ausbildung des Minenführungsrohres 16. Das aus elektrisch leitendem Material bestehende Minenführungsrohr 16 ist gegenüber der elektrisch gleich­ falls leitfähigen Mine 20 durch eine, vorzugsweise aus Kunststoff bestehende, Isolierhülse 16 c isoliert. Ein Strom­ fluß von der Mine 20 zum Minenführungsrohr 16 wird möglich, wenn die Enden der Mine 20 und des Minenführungsrohres 16 elektrisch überbrückt sind. Eine solche Überbrückung kommt zustande, wenn bei abgeschriebener Mine 20, wie dies in Fig. 2 angedeutet ist, Mine 20 und Minenführungsrohr 16 auf der elektrisch leitfähigen Graphitspur 22 auf einer Schreibfläche 21 aufsitzen.

Das Minenführungsrohr 16 ist am Minenvorschub nicht unmit­ telbar beteiligt. Es könnte durchaus fest mit der Schreib­ stiftspitze 11 verbunden sein. Um eine weiche Auflage zu erzielen sowie etwaige Toleranzen auszugleichen, ist das mit einem verbreiterten Bund 16 a unter der Wirkung einer Schraubenfeder 16 b an der Schreibstiftspitze 11 anliegende Minenführungsrohr 16 gegen Federwirkung axial einwärts schiebbar.

Die Spannzangenanordnung 15, welche das Einwärtschie­ ben der Mine 20 verhindert, besteht aus Spannzangen 15 a, welche in einem Spannkonus 15 b gelegen sind, und auf die Mine 20 bei Axialdruck radial einwärts wirken und diese damit festhalten. Die Spannzangenanordnung 15 selbst stützt sich über eine Schraubenfeder 15 c, über eine topf­ förmige Scheibe 15 d an einem inneren Absatz der Schreib­ stiftspitze 11 ab.

Die dem Minenvorschub dienende Mechanik 13 besteht aus einem Vorschubkolben 13 a, welcher mit einem aus weich­ magnetischem Material bestehenden Anker 13 b in das Inne­ re der Topfspule 14 a hineinragt.

Der Vorschubkolben 13 a weist in seinem Inneren einen sich in Vorschubrichtung öffnenden Konus 13 g auf, in welchem Ku­ geln 13 d eines Kugelgesperres symmetrisch zur Mine 20 ange­ ordnet sind. Die Kugeln 13 d stehen unter der Wirkung einer eingespannten Schraubenfeder 13 f, die sich auf ihrer der Schreibstiftspitze 11 zugewandten Seite gegen die vordere Abschlußwand des Vorschubkolbens 13 a abstützt. Wie die Zeichnung erkennen läßt, ist die Mine 20 durch eine Zentral­ bohrung des Ankers 13 b und des Vorschubkolbens 13 a hindurch­ geführt, wobei die Vorschubbewegung des Vorschubkolbens 13 a mit seinem Anker 13 b über das Kugelgesperre auf die Mine 20 übertragen wird, während das Gesperre bei Rückhub des An­ kers 13 b die kraftschlüssige Verbindung wieder aufhebt.

Gegenüber der Topfspule 14 a feststehend ist in ihrem Inne­ ren ein Magnetkern 14 b angeordnet, der an seinem rückseiti­ gen Ende über eine Jochplatte 14 c mit einem Mantel 14 d ver­ bunden ist. Auch diese Elemente bestehen aus weichmagneti­ schem Material und bilden zusammen mit dem Anker 13 b einen magnetischen Kreis, der durch zwei Luftspalte 14 e und 14 f unterbrochen ist. Wird die Topfspule 14 a bestromt, so wird der Anker 13 b und mit ihm der Vorschubkolben 13 a unter der Wirkung des magnetischen Flusses in die Spule gegen die Kraft der Schraubenfeder 13 e einwärtsgezogen, während bei Entregung der Topfspule 14 a die sich entspannende Schrau­ benfeder 13 e den Kolben 13 a und mit diesem die Mine 20 über das Kugelgesperre mit den Kugeln 13 d vorschiebt.

Im einfachsten Fall könnte die Spule bei Betätigung eines am Schreibgerät angebrachten elektrischen Schalters be­ stromt werden, wodurch ein Minenvorschub bewerkstelligt würde.

Um jedoch einen automatischen Vorschub zu erreichen, wird die relative Lage der Mine 20 zum Minenführungsrohr 16 in der eingangs erläuterten und aus Fig. 2 ersichtlichen Weise abgetastet. Mittels einer derartigen Anordnung ist es mög­ lich, den Minenvorschub so zu steuern, daß die Mine 20 stets das Minenführungsrohr 16 um eine vorgegebene Länge in für den Schreiber erkennbarer Weise überragt.

Der Vorschubsteuerung dient die in Fig. 1 mit 19 angedeu­ tete Elektronik, deren Schaltbild nach einem Ausführungs­ beispiel in Fig. 3 wiedergegeben ist.

Mit RO ist in dem Schaltbild der elektrische Widerstand symbolisiert, welchen die Graphitspur 22 zwischen Mine 20 und Minenführungsrohr 16 besitzt. Bei einer Spurlänge von einem Millimeter und Verwendung einer Mine 20 mit einem Minenquerschnitt zwischen 0,5 und 1 mm liegt der Widerstand in der Größenordnung von 800 kOhm. Die Steuerelektronik 19 muß folglich sehr empfindlich sein.

Mit der Darstellung eines Schalters S und des Widerstands RO können jedoch auch noch andere Schalter, z.B. Mikroschal­ ter, Piezoschalter oder dgl. symbolisiert sein, die in ähn­ licher Weise durch Axialbewegung des Minenführungsrohres 16 betätigt werden.

Der Widerstand RO bildet bei geschlossenem Schalter S mit einem Widerstand R 4 einen Spannungsteiler. Mit der am Tei­ lerpunkt abfallenden Spannung wird der Eingang 4 eines mono­ stabilen Multivibrators, eines sogenannten Mono-Flops, ge­ steuert, an dessen Ausgang 6 bei Ansteuerung seines Ein­ gangs ein Impuls vorbestimmter Länge erzeugt wird. Mit die­ sem Stromimpuls wird über einen Widerstand R 2 ein zweistu­ figer Verstärker mit Transistoren T 1 und T 2, die miteinan­ der über einen Widerstand R 3 gekoppelt sind, angesteuert. Im Arbeitsstromkreis des Ausgangstransistors T 2 liegt die Spule L 1 der Topfspule 14 a gemäß Fig. 1. Sie wird bei dieser Schaltung aus einer Stromquelle mit der Spannung U für eine vorgegebene Impulsdauer bestromt, wenn der Schalter S geschlossen wird. Die Erregung der Topfspule 14 a hat zur Folge, daß, wie oben beschrieben, der Vorschubkolben 13 a zunächst einen Rückhub und dann unter der Wirkung der ge­ spannten Schraubenfeder 13 e einen Vorschub ausführt, wodurch der Minentransport bewerkstelligt wird. Falls bereits hier­ durch die elektrische Überbrückung von Mine 20 und Führungs­ rohr 16 unterbrochen ist bzw. ein ausreichender Minenaus­ stand erreicht ist, erfolgt kein weiterer Vorschub. Andern­ falls wiederholt sich das Vorschubspiel so lange, bis der elektrische Stromkreis im Schaltungseingang unterbrochen und bzw. der Schalter S geöffnet ist.

Der Eingang 4 des Mono-Flops ist über einen Kondensator C 2 mit Null-Potential verbunden, wodurch etwaige Schalterprel­ ler wirkungslos gemacht werden.

Die weiteren Schaltmaßnahmen dienen der Herabsetzung des Energiebedarfes.

Dem Steuereingang 1 des Mono-Flops kann ein Rücksetzimpuls zugeführt werden, wenn der Anker 13 b mit dem Vorschubkolben 13 a seine Endposition erreicht hat. Andernfalls würde der Anker 13 b in der angezogenen Position so lange verharren, bis das Mono-Flop nach vorgewählter Impulsdauer in seine Ausgangslage zurückfällt. Um die hierbei überflüssig aufge­ brachte Energie einzusparen, ist mit der Mechanik 13 des Vorschubsystems ein Kontakt K mechanisch verbunden, welcher das Mono-Flop zurücksetzt und ein nochmaliges Anziehen ver­ hindert, wenn die den Vorschub dienende Schraubenfeder 13 e bereits gespannt ist.

Ein zwischen Eingängen 1 und 2 des Mono-Flops vorge­ sehener Kondensator 1 dient wiederum der Unterdrückung von Störspannungen, die auf Kontaktpreller oder dgl. zurückzuführen sind.

Eine weitere Energieeinsparung wird mittels einer in­ duktiv mit der Spule L 1 gekoppelten Entmagnetisierungs­ spule L 2 erreicht. Wird der Ausgangstransistor T 2 ge­ sperrt, so entsteht an der Spule an L 1 eine Selbst­ induktionsspannung, die über eine Diode D 1 kurzge­ schlossen wird. Hierdurch wird in der Entmagneti­ sierungsspule L 2, welche eine höhere Windungszahl als die Spule L 1 besitzt, eine Spannung induziert, mittels welcher ein über eine Diode D 2 angeschlossener Ladekondensator C _L geladen wird. Mit dieser Ladung ist eine Rückspeisung der Batterieenergie zu einem Teil möglich.

Außerdem können bei Parallelschaltung eines geeignet dimensionierten Kondensators Knopfzellen mit einem höheren Innenwiderstand verwendet werden, die wesent­ lich billiger sind als die andernfalls notwendigen Silber-Oxyd-Kalilauge-Elektrolyt-Knopfzellen mit einem Innenwiderstand von 4 bis 12 Ohm.

Da die Schaltung eine Speisespannung in der Größenordnung von 3 V benötigt und Knopfzellen nur eine Spannung von 1,55 V besitzen, müssen zwei Zellen in Reihe geschaltet werden.

Figurenlegende

10 Schreibstiftgehäuse
11 Schreibstiftspitze
12 Gehäuseendkappe
13 Vorschubmechanik
13 a Vorschubkolben
13 b Anker
13 c Innenkegel
13 d Kugeln eines Kugelgesperres
13 e Schraubenfeder
13 f Schraubenfeder
13 g Konus
14 Antriebs-Hubmagnet
14 a Topfspule
14 b Magnetkern
14 c Jochplatte
14 d Mantel
14 e Erster Luftspalt
14 f Zweiter Luftspalt
15 Spannzangenanordnung,
15 a Spannzange
15 b Spannkonus
15 c Schraubenfeder
15 d Topfförmige Scheibe
16 Minenführungsrohr
16 a Bund
16 b Schraubenfeder
16 c Isolierhülse
17 Minenmagazin
18 Knopfzellen
19 Steuerelektronik
20 Mine
21 Schreibfläche
22 Graphit-Spur
23 Elektrische Leiter
RO Ohmscher Widerstand der Mine und Minenführungs­ rohr überbrückenden Graphit-Spur
R 1-R 4 Ohmsche Widerstände in den Steuerkreisen von Kippstufe und Verstärker
C 1, C 2 Kondensatoren an den Steuereingängen der Kipp­ stufe
C _L Ladekondensator
L 1 Spule der Antriebshubmagneten
L 2 Mit Spule L 1 induktiv gekoppelte Entmagneti­ sierungsspule
S Schalter bzw. Ersatzschaltung für die Schalter­ funktion durch Mine und Minenführungsrohr
K Vom Magnetsystem steuerbarer Kontakt zur Endab­ schaltung
T 1, T 2 Transistoren des zweistufen Transistor­ verstärkers
D 1, D 2 Den Wicklungen L 1 und L 2 zugeordnete Dioden

Claims (12)

1. Schreibstift mit innerhalb des Schreibgerätegehäuses an­ geordnetem elektromechanischem Minenvorschub, mit wel­ chem die Minen bei geschlossenem Stromkreis aus einem Minenmagazin mittels einer aus einer Batterie gespei­ sten Vorschubeinheit zum in der Minenspitze vorgesehenen Minenführungsrohr transportiert werden, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Vorschubeinheit (13) einen Elektro­ magneten als Hubmagneten (14) aufweist und daß über das Minenführungsrohr (16) bei dessen Auflage auf einer Schreibfläche (21) ein Strompfad schaltbar ist, über den der Topfspule (14 a, L 1) des Elektromagneten (14) eine durch elektrische Bausteine auf einen vorbestimmten Wert begrenzter Strom zuführbar ist.

2. Schreibstift nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Batterie (18) während der Vorschubphase über einen hochohmigen Widerstand einen Ladekondensator (C _L ) lädt, wel­ cher zum Minenvorschub über die Magnetspule (L 1) mit ge­ ringem Widerstand entladen wird.

3. Schreibstift nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetspule (L 1) über eine den pro Minenhub erforder­ lichen Strom begrenzende Steuerelektronik (19) bestromt wird.

4. Schreibstift nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Rückgewinnung der in der Magnet­ spule (L 1) noch gespeicherten Energie parallel zum Lade­ kondensator (C _L ) die Reihenschaltung einer Diode (D 2) mit einer Entmagnetisierungswicklung (L 2) geschaltet ist, welche mit der Magnetspule (L 1) induktiv gekoppelt ist, wobei parallel zu letzterer eine bei Entregung der Mag­ netspule (L 1) durchgeschaltete Diode (D 1) angeordnet ist.

5. Schreibstift nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerelektronik (19) eine Kippstufe, vorzugsweise einen monostabilen Multivibrator aufweist, in dessen Eingangskreis ein Auslöseschalter (S) und in dessen Aus­ gangskreis vorzugsweise unter Zwischenschaltung eines Verstärkers mit Transistoren (T 1, T 2) die Magnetspule (L 1) angeordnet ist.

6. Schreibstift nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorschubmechanik (13, 14) bei Beendigung des Rück­ hubes einen Kontakt (K) zur Erzeugung eines den Multi­ vibrator rücksetzenden Impulses betätigt.

7. Schreibstift nach einem der vorangehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß im Stromkreis der elektrischen Vorschubeinheit ein Schalter (S) angeordnet ist, der durch Axialverschiebung des Minenführungsrohres (16) be­ tätigbar ist.

8. Schreibstift nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter (S) ein mechanischer Kippschalter ist.

9. Schreibstift nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter (S) ein mit dem Minenführungsrohr (16) verbundener Piezogeber ist, der bei Druckanstieg einen Spannungsimpuls zur Ansteuerung der Elektronik liefert.

10. Schreibstift nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Minenführungsrohr (16) Teil eines im Stromkreis angeordneten Schalters (S) ist, der bei in das Minenfüh­ rungsrohr (16) eingeschobener Mine (20) geschlossen und bei überstehender Mine (20) geöffnet ist.

11. Schreibstift nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Mantelfläche (16 c) des Minenführungs­ rohres (16) elektrisch nichtleitend, dagegen sein äuße­ rer Mantel einschließlich der äußeren Stirnfläche (16) sowie die Minen (20) elektrisch leitend sind, wobei Mi­ nen (20) und Minenführungsrohr (16) elektrisch im Steuerkreis (19) für die Vorschubeinheit (13, 14) an­ geordnet sind.

12. Schreibstift nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß in ein metallisches Minenführungsrohr (16) eine Isolierhülse (16 c) aus elektrisch nichtleitendem Kunst­ stoff eingesetzt ist.