DE3340596C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Matrix-Druckerkopf mit mehreren jeweils mit einer Drucknadel verbundenen und federgehaltenen Ankern, mit magnetischen Antriebskreisen zum Antrieb der Anker, bestehend aus einer gemeinsamen ankerseitigen Jochplatte, einem gemeinsamen, die Anker in Ruhestellung haltenden Dauermagneten, von dem der Magnetpfad einerseits über ständer­ artige Vorsprünge als Kerne für Spulen über in Ausnehmungen der Joch­ platte ragende Ankerstücke und andererseits über ein gemeinsames topf­ förmiges, sich vom Boden über den Umfang des Matrix-Druckerkopfes er­ streckendes Joch zur Jochplatte verläuft.

Ein bekannter Matrix-Druckerkopf der gattungsgemäßen Art ist in der DE-OS 31 35 957 dargestellt. Dieser Matrix-Druckerkopf weist mehrere Kerne auf. Auf einem plattenförmigen Dauermagneten liegt eine weitere, als Joch wirkende Platte aus magnetischem Material mit denselben Ab­ messungen wie der Dauermagnet. Diese als Joch wirkende Platte trägt die Kerne, die wiederum jeweils eine Spule tragen. Die von den Kernen ge­ tragenen Spulen sind also über diese Platte, das Joch, magnetisch mit­ einander gekoppelt. Jeweils mit einer Drucknadel verbundene Anker werden jeweils von einer Federplatte gehalten. Der Dauermagnet hält die Anker in Ruhestellung. Wird eine Spule aktiviert, so wird die Magnetkraft des Dauermagneten kompensiert, und die Federplatte mit dem Anker zusammen mit der Drucknadel wird in Druckrichtung bewegt.

Die Konstruktion des bekannten Matrix-Druckerkopfs bedingt eine gewisse Wechselwirkung der einzelnen Kerne und eine Abhängigkeit der Aktivierungs­ bedingungen von der Anzahl der jeweils erregten elektromagnetischen Spulen. Ist nur eine Spule aktiviert, so weichen die Feldlinien des Dauermagneten über das Joch in die benachbarten Kerne aus und erhöhen dort die Halte­ kraft. Werden alle Magnetkreise erregt, so ist eine überproportional hohe Stromstärke des Erregerstroms erforderlich. Folglich steigt der Stromver­ brauch mit der Anzahl der erregten Magnetkreise bzw. Spulen überpropor­ tional an, und hohe Druckgeschwindigkeiten können dann nicht mehr erreicht werden.

Eine ähnliche Problematik wie beim zuvor erläuterten Matrix-Druckerkopf zeigt auch der Matrix-Druckerkopf nach der US 42 25 250. Der eine Ring­ form aufweisende Dauermagnet erstreckt sich am Außenumfang um die Elektro­ magnete und ist in Abschnitte unterteilt. Eine als magnetisches Joch wirkende Grundplatte führt trotz der segmentförmigen Unterteilung des Dauermagneten zu einer Kopplung der Elektromagnete. Die Segmentierung des ringförmigen Dauermagneten bei diesem Matrix-Druckerkopf mag zwar die gegenseitige magnetische Beeinflussung der Kerne etwas verringern, was jedoch auf Kosten der gesamten magnetischen Feldstärke des Dauer­ magneten geht, da dieser durch die Zwischenschaltung von nicht dauer­ magnetischen Abschnitten praktisch halbiert ist. Außerdem wird die Trennung der einzelnen Wege des magnetischen Flusses, die durch die Segmentierung des Dauermagneten hier grundsätzlich möglich wäre, durch die durchgehende, alle Kerne tragende Tragplatte und den durchgehenden Abdeckring zum größten Teil aufgehoben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Matrix-Druckerkopf zu schaffen, mit dem größtmögliche Druckgeschwindigkeiten erreicht werden und bei dem die Wechselwirkungen zwischen den Kernen weitestgehend re­ duziert sind.

Der erfindungsgemäße Matrix-Druckerkopf ist dadurch gekennzeichnet, daß jeder Kern einen an einer am Dauermagneten ausgebildeten Kernhaltefläche unmittelbar zur An­ lage kommenden und befestigten Befestigungsteil mit geringer Dicke auf­ weist und daß die Querschnittsfläche des Befestigungsteils größer ist als die entsprechende Querschnittsfläche des Kerns. Unter Beibehaltung der Konstruktion mit den ständerartigen, also nach oben ragenden Vor­ sprüngen werden die Wechselwirkungen zwischen den Kernen dadurch weitest­ gehend verringert, daß jeder Kern unmittelbar auf eine entsprechende Kernhaltefläche am Dauermagneten aufgesetzt ist. Dazu hat jeder Kern er­ findungsgemäß einen Befestigungsteil geringer Dicke, also einer etwa plattenartigen Ausgestaltung, dessen Querschnittsfläche größer ist als die entsprechende Querschnittsfläche des Kerns. Es entsteht die Funktion einer jochartigen Platte, die von der Vielzahl der den Kernen jeweils einzeln zugeordneten Be­ festigungsteilen übernommen wird, deren spezielle Bemaßung dann auch noch zu einem aus­ reichenden seitlichen Abstand der Kerne voneinander führt. Dadurch wird die Wechselwirkung zwischen den Kernen verringert, gleichwohl aber der magnetische Fluß durch die Kerne selbst nicht verringert. Insgesamt ist es mit dem er­ findungsgemäßen Matrix-Druckerkopf möglich, erhebliche höhere Druckgeschwindig­ keiten zu erzielen als bisher.

Besonders zweckmäßig ist es, wenn sich die Querschnittsfläche des Befestigungs­ teils von der Kernhaltefläche zum Kern hin verjüngt. Die Seiten des Befesti­ gungsteils können also gewissermaßen konisch zulaufend angeordnet sein.

Des weiteren ist es konstruktiv zweckmäßig, wenn die Breite des Befestigungs­ teils radial gesehen von innen nach außen zunimmt.

In besonderer Weise hilfreich für die Erreichung einer größtmöglichen Druck­ geschwindigkeit ist schließlich eine Konstruktion, bei der der Anker einen vorstehenden, mit der Jochplatte in Berührung stehenden Drehpunkt sowie mindestens eine gekrümmte Fläche aufweist, die jeweils in eine entsprechende gekrümmte gehäuseseitige Fläche eingepaßt ist, wobei der Mittelpunkt der ge­ krümmten Fläche im Drehpunkt liegt.

Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 in einer Seitenansicht, teilweise im Schnitt, ein Ausführungs­ beispiel eines erfindungsgemäßen Matrix-Druckerkopfs,

Fig. 2 in einem Ausschnitt, in Draufsicht, ein Joch eines Matrix-Drucker­ kopfs gemäß Fig. 1,

Fig. 3 in perspektivischer Ansicht einen Kern eines Matrix-Druckerkopfs gemäß Fig. 1,

Fig. 4 ausschnittsweise eine Abwicklung der Kerne im Matrix-Druckerkopf aus Fig. 1,

Fig. 5 in Draufsicht einen Anker eines Matrix-Druckerkopfs gemäß Fig. 1,

Fig. 6 den Anker aus Fig. 5 in einer Seitenansicht,

Fig. 7 den Anker aus Fig. 5 in einer perspektivischen Ansicht,

Fig. 8 im Querschnitt, einen Führungshalter für einen Matrix-Druckerkopf gemäß Fig. 1,

Fig. 9 den Führungshalter aus Fig. 8 in einer Ansicht von unten,

Fig. 10 einen abgewandelten Kern für einen erfindungsgemäßen Matrix-Drucker­ kopf und

Fig. 11 ausschnittsweise eine Abwicklung der Kerne eines Matrix-Druckerkopfs gemäß Fig. 10.

Wie die Fig. 1 bis 9 zeigen, ist hier ein Joch 20 mit Rippen 21 vorgesehen. Das Joch 20 mit den Rippen 21 besteht aus einer gesinterten Legierung mit einem SiFe-Gehalt von 3%, um Maßhaltigkeit, magnetische Effizienz und Wirtschaftlichkeit zu gewährleisten. Ein ringförmiger Dauermagnet 22 ist unten am Joch 20 befestigt und mehrere Kerne 25 befinden sich an Ankern 23 gegenüberstehenden Kernhalteflächen 24 des Dauermagneten 22. Die Kerne 25 haben normalerweise einen bestimmten Abstand von den entsprechenden Ankern 23. Die Kerne 25 bestehen aus einer gegossenen Legierung mit einem SiFe-Gehalt von 2,5 bis 3,5%, um Wirbelstromverluste und Sättigung der magnetischen Fluß­ dichte zu berücksichtigen. Jeder Kern 25 besitzt einen Befestigungsteil 26, mit dem er an der Kernhaltefläche 24 des Dauermagneten 22 befestigt ist, und einen ständerartigen Vorsprung 28, an dem eine elektromagnetische Spule 27 angebracht ist. Der Befestigungsteil 26 ist so ausgebildet, daß die Fläche, die die Kernhaltefläche 24 berührt, größer ist als die Fläche des Querschnitts des Vorsprungs 28, während dessen Höhe H verhältnismäßig gering ist. Dadurch ist ein verhältnismäßig großer Abstand S zwischen be­ nachbarten Kernen 25 gewährleistet. Das bedeutet, daß gegenseitige Störungen zwischen benachbarten Kernen 25 relativ gering sind. Ferner ist der Be­ festigungsteil 26 im Grundriß keilförmig, so daß er von der Mitte des Jochs 20 gesehen an der Außenumfangsseite eine größere Breite hat als an der Innenumfangsseite. Obwohl die Vorsprünge 28 benachbarter Kerne 25 einen verhältnismäßig großen Abstand voneinander haben, kann die magne­ tische Flußdichte vom Dauermagneten 22 durch die Kerne 25 relativ hoch gehalten werden. Zwischen dem Joch 20 und einem Führungshalter 29 befindet sich eine Jochplatte 30, die aus mehreren einzelnen Tauchjochs besteht. Die Jochplatte 30 weist Ausnehmungen auf, in die Ankerstücke 31 der Anker 23 hineinragen. Der Anker 23 weist neben dem Ankerstück 31 aus magnetischem Material, das als Tauchkolben wirkt, ein Kunststoffteil 37 auf, in das das Ankerstück 31 und eine Drucknadel 32 eingesetzt sind. Ein Drehpunkt 33, der mit der Jochplatte 30 in Berührung kommt, steht von einer Seite des Kunst­ stoffteils 37 des Ankers 23 vor. Das Kunststoffteil 37 weist ferner zwei Paare gekrümmter Flächen 38 bzw. 39 auf, die an einander gegenüber­ liegenden Seiten und an den Enden ausgebildet sind. Die gekrümmten Flächen 38, 39 haben ihre Mittelpunkte im Drehpunkt 33 und besitzen einen unterschiedlichen Kurvenradius. Ferner hat das Kunststoffteil 37 oben einen Vorsprung 40, der in ein Ende einer Schraubenfeder 34 paßt. Die Anker 23 werden durch die Feder 34 in die jeweilige Druckrichtung be­ wegt. Der Führungshalter 29 weist mehrere Führungsrippenpaare 35 mit Flächen 41, 42 auf, die mit den gekrümmten Flächen 38, 39 in Eingriff kommen, wobei auch deren Mittelpunkte in den Drehpunkten 33 der Anker 23 liegen, um die Dreh­ bewegung der Anker 23 zu führen. Der Führungshalter 29 hat ferner am Ende eine Nadelführung 36.

Bei der zuvor beschriebenen Anordnung werden die Ankerstücke 31 der Anker 23 durch die Magnetkraft des Dauermagneten 22 normalerweise an die Kerne 25 an­ gezogen gehalten. Ist jedoch eine elektromagnetische Spule 27 erregt, so werden die Magnetströme des Dauermagneten 22 entsprechend kompensiert, wo­ durch der betroffene Anker 23 um seinen Drehpunkt 33 durch die Kraft der Feder 34 in seine Druckrichtung bewegt wird. Die Ker­ ne 25 mit dem Abstand S voneinander sind so ausgebildet, daß die Fläche des Befestigungsteils 26, die mit der Kernhaltefläche 24 in Berührung ist, verhältnismäßig groß ist, während die Höhe H verhältnismäßig gering ist. Deshalb lassen sich Magnetströme zwischen benachbarten Kernen 25 wirkungs­ voll beschränken. Da der Dauermagnet 22 mit jedem der Kerne 25 mit einer dem Anker 23 gegenüberliegenden Seite in Berührung ist, wird die Länge der Magnetbahn vom Dauermagneten 22 zum Anker 23 kurz, wodurch auch ein even­ tueller magnetischer Streufluß über einen Luftspalt vermieden wird. Dem­ entsprechend ist der Stromverbrauch gering und ist die Druckgeschwindigkeit hoch. Weil der ständerartige Vorsprung 28 jedes Kerns 25 zu einem offenen Ende des Jochs 20 weist und senkrecht zum Dauermagneten 22 steht, ist die Montage der Spulen 27 einfach. Obwohl die Kerne 25 einen bestimmten Abstand voneinander haben, um magnetische Störungen zwischen ihnen zu vermeiden, wird die Fläche 25, die mit der Kernhaltefläche 24 in Berührung ist, groß gehalten, und die magnetische Flußdichte des Dauermagneten 22 ist ebenfalls hoch, so daß die Anker 23 schnell und stark angezogen werden können. Wenn ein Dauermagnet 22 aus einer Kobaltlegierung mit einem Element der seltenen Erden verwendet wird, läßt sich die Linearität der B/H-Kurve, d. h. der Kennlinie für die Beziehung zwischen magnetischer Flußdichte und magneto­ motorischer Kraft, verbessern, so daß die Magnetkraft selbst bei Bestehen eines starken magnetischen Gegenfeldes nicht abfällt.

Das Gewicht der Anker 23 ist gering, so daß eine hohe Druckgeschwindigkeit erzielt werden kann. Da der Drehpunkt 33 jedes Ankers 23 mit einem ebenen Teil der Jochplatte 30 in Berührung ist, wird eine gleichmäßige Drehbewegung des Ankers 23 erleichtert. Da ferner jeder Anker 23 mit seinen gekrümmten Flächen 38, 39 so gehalten wird, daß die Kurvenradien ihre Mitte im Drehpunkt 33 haben, wird die Posi­ tion des Drehpunkts 33 genau eingehalten, wodurch der Hub der Drucknadel 32 und die Anschlagkraft gleichmäßig gehalten werden.

Grundsätzlich kann der Anker 23 auch insgesamt aus einer magnetischen Substanz bestehen, so daß eine Unterteilung in Ankerstück aus magnetischem Material und Kunststoffteil zur Halterung von Ankerstück und Drucknadel entfällt.

Die Fig. 10 und 11 zeigen eine Abwandlung eines Kerns 25 für einen Matrix- Druckerkopf der zuvor erläuterten Art, bei der lediglich von Bedeutung ist, daß das Befestigungsteil 26 hier von einer Seite gesehen eine Trapez­ konfiguration hat, deren Breite an der Berührungsseite mit der Kernhalte­ fläche 24 am größten ist und mit Entfernung von der Kernhaltefläche 24 abnimmt. Deshalb ist hier die Magnetflußdichte durch die Kerne 25 nicht vermindert, und magnetischer Streufluß ist begrenzt. Die effektiven Ab­ stände zwischen benachbarten Befestigungsteilen 26 sind verhältnismäßig groß, wodurch auch der magnetische Streufluß zwischen benachbarten Be­ festigungsteilen 26 reduziert ist.

Claims (4)

1. Matrix-Druckerkopf mit mehreren jeweils mit einer Drucknadel verbundenen und federgehaltenen Ankern, mit magnetischen Antriebskreisen zum Antrieb der Anker, bestehend aus einer gemeinsamen ankerseitigen Jochplatte, einem ge­ meinsamen, die Anker in Ruhestellung haltenden Dauermagneten, von dem der Magnetpfad einerseits über ständerartige Vorsprünge als Kerne für Spulen über in Ausnehmungen der Jochplatte ragende Ankerstücke und andererseits über ein gemeinsames topfförmiges, sich vom Boden über den Umfang des Ma­ trix-Druckerkopfes erstreckendes Joch zur Jochplatte verläuft, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Kern (25) einen an einer am Dauer­ magneten (22) ausgebildeten Kernhaltefläche (24) unmittelbar zur Anlage kommenden und befestigten Befestigungsteil (26) mit geringer Dicke aufweist und daß die Querschnittsfläche des Befestigungsteils (26) größer ist als die entsprechende Querschnittsfläche des Kerns (25).

2. Matrix-Druckerkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Querschnittsfläche des Befestigungsteils (26) von der Kernhalte­ fläche (24) zum Kern (25) hin verjüngt.

3. Matrix-Druckerkopf nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite des Befestigungsteils (26) radial gesehen von innen nach außen zunimmt.

4. Matrix-Druckerkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Anker (23) einen vorstehenden, mit der Jochplatte (30) in Berührung stehenden Drehpunkt (33) sowie mindestens eine gekrümmte Fläche (38, 39) aufweist, die jeweils in eine entsprechende gekrümmte gehäuseseitige Fläche (41, 42) eingepaßt ist, wobei der Mittelpunkt der gekrümmten Fläche (38, 39) im Drehpunkt (33) liegt.