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Automatische Flugzeitmessung in Anschlagdruckern
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Für Anschlagdrucker mit relativ zueinander bewegtem Aufzeichnungsträger
und Druckkopf, z.B. einem Matrixdrucker, oder für Anschlagdrucker mit umlaufenden
Typenträgern, wie z.B. Typenbändern oder -ketten und Typenscheiben oder -rädern,
ist die Kenntnis der Flugzeit der Druckhämmer (Druckelemente) Voraussetzung für
einen exakt positionierten Abdruck auf dem Aufzeichnungsträger.
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Die Druckhämmer (Druckelemente) werden zumeist elektromagnetisch (auch
elektrodynamisch), z.B. durch Klappanker oder Tauchanker, aus einer Ruhelage beschleunigt,
um schließlich mit hoher Geschwindigkeit auf dem Aufzeichnungsträger einen Abdruck
zu bewirken und danach in ihre Ausgangsposition zurückzukehren. Die Zeit, die vom
Zeitpunkt der Erregung (z.B. der elektromagnetischen Antriebseinheit) für den Druckhammer
(Feuerzeitpunkt) bis zu seinem Auftreffen auf dem Aufzeichnungsträger vergeht, wird
als Flugzeit bezeichnet. Unter Kenntnis dieser Flugzeit muß der Erregungszeitpunkt
exakt festgelegt werden, damit der Abdruck eines gewünschten Zeichens oder der Abdruck
eines Punktes in einer vorbestimmten Position erfolgen kann (nach Ablauf der Flugzeit
soll sich der gewünschte Abdruck genau an der Druckposition befinden).
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Flugzeitschwankungen, sofern sie nicht berücksichtigt werden, können
dazu führen, daß z.B. ein falsches nicht erwünschtes Zeichen in der vorbestimmten
Druckposition abgedruckt wird oder daß das gewünschte Zeichen vom Druckhammer einen
dezentralen Anschlag erfährt und deshalb nicht optimal wiedergegeben wird.
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Es ist verständlich, daß sich Flugzeitschwankungen besonders bei Hochgeschwindigkeitsdruckern
z.B. mit um-
laufendem Typenband und feststehender Druckhammereinheit
nachteilig auswirken.
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Aus der DE-OS 23 53 825 ist eine Anordnung zum Ausrichten der Flugzeit
von Druckhämmern beschrieben. Bei dieser Anordnung ist ein Stoßfühler im Innern
des Druckwiderlagers angebracht. Hierbei handelt es sich um einen Fühler, der die
genaue Bestimmung des Aufschlagzeitpunktes des Druckhammers ermöglicht. Dieser Fühler
kann beispielsweise ein Piezokristall, ein Mikrophon oder ein Dehnungsmeßstreifen
sein. Durch diesen Stoß füh 1er (Aufschlagdetektor) wird beim Auftreffen des Druckhammers
auf dem Aufzeichnungsträger ein Signal erzeugt.
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Der zeitliche Abstand zwischen dem Zeitpunkt, in welchem ein Betätigungsglied
zur Freigabe des Druckhammers ausgelöst wird bis zum Auftreten obengenannten Signales
läßt sich z.B. zählergesteuert bestimmen. Aus diesem Wert kann auf die Flugzeit
geschlossen werden. Derartige Anordnungen sind jedoch aufwendig, da jeder Druckhammer
einen solchen Aufschlagdetektor erfordert.
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Darüber hinaus sind, z.B. aus der Europäischen Patentanmeldung 82
103 372.7, auch Anschlagdrucker bekannt, bei denen eine Lichtschranke zur Erfassung
eines den Druckhammer treibenden Tauchankers verwendet werden.
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Bei Verwendung von Tauchanker-Magnetsystemen in Anschlagdruckern ist
die zeitlich Ansteuerung des Magnetsystems wesentlich. So hängt die Druckgeschwindigkeit
des mit einem derartigen Tauchanker-Magnetsystem versehenen Anschlagdruckers davon
ab, wie schnell es gelingt, den als Anker des Magnetsystems ausgebildeten Druckhammer
nach erfolgtem Abdruck prellfrei in seine Ausgangslage zurück-
zubringen.
Zur optimalen Ansteuerung eines derartigen Tauchanker-Magnetsystems ist es deshalb
notwendig, auch im Betrieb eine ausreichend genaue Information über die Lage des
Ankers zu gewinnen. Diese Information erhält man über eine Lichtschrankenanordnung,
die in dem der Druckstelle abgewandten Bereich des Tauchanker-Magnetsystems in einem
definierten Abstand von einem hinteren Anschlag angeordnet ist. Diese Lichtschrankenanordnung
erzeugt in Abhängigkeit von Wechsel zwischen Freigabe und Unterbrechung einer Photostrecke
ein Ausgangssignal und gibt somit Auskunft über die Stellung des Ankers.
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In dieser Anmeldung ist weiterhin ausgesagt, daß die Lichtschrankenanordnung
die Durchlaufzeit des Ankers bei einem Abdruckvorgang erfaßt und in Abhängigkeit
davon über ein Stellelement eine Einstellung des Ankererregerstromes erfolgt.
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Eine solche Einrichtung, auch wenn sie zur Ermittlung der Flugzeit
eines Druckhammers eingesetzt würde, hat den Nachteil, daß jeder Druckhammer (Druckelement)
eine solche photoelektrisch wirkende Lichtschrankenanordnung aufweisen müßte.
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Im IBM Technical Disclosure Bulletin, Vol. 15, No. 8, Januar 1973,
Seite 2356 ist ein elektromagnetisch betätigter Hammer beschrieben, bei dem die
Hammerbewegung vor seinem Aufschlag durch einen Photodetektor abgefühlt werden kann.
Das durch diese Einrichtung gelieferte Signal wird dazu benutzt, die Erregerspule
des Elektromagneten bei einer bestimmten Hammerflugposition abzuschalten. Auch hierbei
ist jedem Hammer eine Lichtschranke zugeordnet. Bei den bereits bekannten Lichtschrankenanordnungen
ist es nachteilig, daß die Flugzeit nur für einen vorbestimmten Hammerweg ermittelt
werden kann und
Flugzeitänderungen aufgrund unterschiedlicher Papierstärke
(Mehrfachpapier) unberücksichtigt bleiben.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Anordnung und ein Verfahren zur
automatischen Erfassung der Flugzeit von Druckhämmern anzugeben, welche einen minimalen
Aufwand erfordern, unterschiedliche Aufzeichzeichnungsträgerstärken berücksichtigen
und während des üblichen Druckerbetriebes eingesetzt werden können.
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Als Druckhämmer im weitesten Sinne soll jeweils das wesentliche am
Abdruckvorgang beteiligte bewegte Elemente (z.B. Klappanker, Stößel, Tauchankernadel
eines Matrixdruckers etc.) verstanden werden.
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Durch die automatische Erfassung der Flugzeit ist es möglich, Flugzeitschwankungen
rechtzeitig festzustellen und automatisch korrigierende Maßnahmen durchzuführen,
z.B. eine mikroprozessorgesteuerte Verschiebung des Feuerzeitpunktes (Zeitpunkt
des Beginns der Erregung) für den Druckhammer.
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Diese Aufgabe der Erfindung wird durch die im kennzeichnenden Teil
des Anspruches 1 angegebenen Maßnahmen gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen
der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt
und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 eine
schematische Darstellung einer einzigen Lichtschranke für alle Hämmer einer Druckhammerbank,
Fig. 2A eine schematische Darstellung eines durch einen Druckhammer unabgeschwächten
Lichtstrahles, Fig. 2B eine schematische Darstellung eines durch einen Druckhammer
abgeschwächten Lichtstrahles, Fig. 3A eine schematische Darstellung des Hammerweges
als Funktion der Zeit, Fig. 3B eine schematische Darstellung des Photozellenstromes
als Funktion der Zeit, Fig. 3C eine schematische Darstellung des nach der Zeit differenzierten
Photozellenstromes als Funktion der Zeit, und Fig. 4 ein schematisches Blockschaltbild
für die Auswertung des Photozellenstromes zur Ermittlung der Flugzeit.
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In Fig. 1 ist eine Druckhammmerbank mit einer Lichtschranke gezeigt.
Die Gesamtheit der Druckhammerbank ist mit 1 gekennzeichnet. Die einzelnen Druckhämmer
2 sind einander ausgerichtet und beispielsweise durch eine Blattfeder 4 mit einem
Basisteil (nicht dargestellt) verbunden. Sie können bei entsprechender elektromagnetischer
Erregung (z.B.
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gemäß der Europäischen Patentanmeldung 83 105 444.0 = GE 9-83-013)
eine Bewegung in Pfeilrichtung X ausführen.
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Dabei schwenken sie um den Blattfeder(4)-drehpunkt. Derar-
tige
Druckhammerbänke sind allgemein bekannt. Sie werden deshalb im einzelnen nicht näher
beschrieben. Die Erregung der Druckhämmer kann auf die unterschiedlichste Art und
Weise, insbesondere elektromagnetisch erfolgen. Dabei werden die Druckhämmer entweder
direkt zu einer Bewegung veranlaßt oder die Bewegung wird durch einen Stößel (push
rod) auf den jeweiligen Druckhammer übertragen. Die in Fig. 1 gezeigte Ausführungsform
einer Druckhammerbank steht stellvertretend für andere Ausführungsformen von Druckhammerbänken
oder einzelner Druckhämmer, für die sich das nachfolgend beschriebene Prinzip der
Ermittlung der Flugzeit mit Hilfe einer Lichtschranke anwenden läßt.
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Die Lichtschranke besteht - wie allgemein bekannt - aus einem Sender
5 und einem (Photozellen)empfänger 6. Es sei in diesem Zusammenhang bemerkt, daß
der vom Sender 5 ausgehende Lichtstrahl ein Lichtbündel 7 sein muß, das im Ruhezustand
der Druckhämmer mit seinem gesamten Querschnitt auf die Photozelle 6 bzw. ein entsprechend
flächig angeordnetes Photozellenfeld fallen soll. Dabei wird das Licht des Lichtbündels
durch die Photozelle (6) in einen entsprechenden Photozellen-Strom I umgewandelt.
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(In Fig. 1 ist das Lichtbündel im Gegensatz zu den Darstellungen in
den Fign. 2A und 2B aus Vereinfachungsgründen nur als Linie dargestellt).
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Die Forderung, daß das volle Lichtbündel auf die Photozelle bzw. Photozellenanordnung
fallen soll, kann dadurch erfüllt werden, daß in jedem Hammer der Druckhammerbank
eine entsprechende Aussparung 9 zum ungehinderten Durchtritt des Lichtbündels vorgesehen
ist. Ebenso wäre es aber auch denkbar, das Lichtbündel an einer ausgewählten Kantenstelle
der ausgerichteten Druckhämmer vorbei auf die Photozelle treffen zu lassen.
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Wird nun einer der Druckhämmer für einen Abdruckvorgang in X-Richtung
bewegt, so erfolgt ein teilweises Abschatten" des ursprünglich vollends seine Aussparung
9 durchtretenden Lichtbündels. Bei einer Ausrichtung des Lichtbündels auf eine ausgewählte
Kantenstelle der Druckhämmer würde sich ebenfalls ein teilweises "Abschatten des
Lichtstrahles ergeben. Diese Stelle müßte natürlich so gewählt sein, daß der Hammer
bei seiner Bewegung in X-Richtung in das Lichtbündel eintritt. Dieses Abschatten"
(Abschwächen des Lichtbündels) wird natürlich grösser, je weiter der Druckhammer
in X-Richtung bewegt wird.
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Die Abschattung soll am größten sein, wenn der Druckhammer seinen
Aufschlagpunkt erreicht hat. Mit zunehmender Abschattung des Lichtbündels trifft
jedoch weniger Licht auf die Photozellenanordnung 6 und der Photozellenstrom wird
entsprechend geringer. Seinen geringsten Wert wird der Photozellenstrom erreichen,
wenn die Abschattung des Lichtbündels am größten ist, d.h. wenn der Druckhammer
seinen Aufschlagpunkt erreicht hat. (Es sind auch Schaltungen für die Photozellenanordnung
denkbar, bei denen der Photozellenstrom bei maximaler Abschattung des Lichtbündels
ein Maximum annimmt.) Nach erfolgtem Druckhammeranschlag soll der Druckhammer entgegengesetzt
zur X-Richtung wieder in seine Ausgangslage zurückkehren. Dabei wird die Abschattung
des Lichtbündels wieder rückgängig gemacht, bis das volle Lichtbündel wieder auf
die Photozellenanordnung trifft. Dadurch wird der Photozellenstrom wieder auf seinen
ursprünglichen Wert ansteigen.
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In Fig. 2A ist eine ausschnittsweise schematische Darstellung eines
durch einen Druckhammer unabgeschwächten Lichtbündels gezeigt. Der Druckhammer 2
befindet sich (wie alle anderen mit ihm ausgerichteten Druckhämmer)
auf
der Druckhammerbank in Ruhestellung. Das Lichtbündel 7 kann ohne Abschattung die
Öffnung 9 passieren und trifft mit vollem Querschnitt auf die Photozellenanordnung
6 auf und erzeugt dort einen entsprechenden Photozellnstrom I.
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In Fig. 2B ist eine ausschnittsweise schematische Darstellung eines
durch einen Druckhammer teilweise abgeschatteten Lichtbündels gezeigt. Wenn der
Druckhammer 2 zur Erzeugung eines Abdruckes in X-Richtung bewegt wird, wird das
Lichtbündel 7 teilweise abgeschattet und nur ein Teil 7-1 des Lichtbündels 7 trifft
auf die Photozellenanordnung 6 und erzeugt dort einen geringeren Photozellenstrom
als es im Ruhezustand des Druckhammers (gestrichelte Darstellung) der Fall wäre.
Würde sich der Druckhammer weiter in X-Richtung bewegen, würde die Abschattung des
Lichtbündels zunehmen und der Photozellenstrom würde sich noch weiter verringern
bis zu einem Zeitpunkt zu dem der Anschlag des Druckhammers erfolgt.
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Anschließend soll der Druckhammer wieder entgegen der Richtung X in
seine Ursprungsstellung zurückkehren. Dabei würde die Abschattung des Lichtbündels
zurückgehen und der Photozellenstrom wieder auf seinen ursprünglichen Wert ansteigen.
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Die Darstellungen in den Fig. 2A und 2B sind aus Gründen einer verständlicheren
Darstellung stark vereinfacht.
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Die Teilabschattung des Lichtbündels wird natürlich nicht in einer
so einfachen extremen Art und Weise geschehen wie in den Figuren 2A und 2B dargestellt.
Wichtig für das Verständnis der Erfindung ist die Tatsache, daß der Photozellenstrom
zum Aufschlagszeitpunkt ein Minimum annimmt. Dieser Punkt ist ausschlaggebend für
die Ermittlung der Flugzeit.
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In den Fign. 3A, 3B und 3C sind in zeitlicher Ausrichtung aufeinander
der Hammerweg X als Funktion der Zeit t, der Photozellenstrom I als Funktion der
Zeit t und der nach der Zeit differenzierte Photozellenstrom dI als Funktion der
Zeit t schematisch dargestellt. dt In Fig. 3A ist mit X der Weg bezeichnet, den
der Druckhammer zurücklegt, wenn ein Anschlag vollzogen werden soll. Zum Zeitpunkt
des Anschlages TIMP hat der Druckhammer, bezogen auf seine Ruhelage, den größten
Wert Xmax zurückgelegt. Danach kehrt er wieder in seine Ausgangslage zurück.
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Mit zunehmendem Druckhammerweg X nimmt die in Fig. 2B dargestellte
Teilabschattung zu und damit der Photozellenstrom I ab. Seinen Minimalwert IMW erreicht
der Photozellenstrom I zum Zeitpunkt des Hammeranschlages.
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Dieser Wert steigt bei Rückkehr des Druckhammers in seine Ausgangslage
wieder an, weil dabei die Abschattung des Lichtbündels wieder abnimmt. Das Minimum
I1W zum Zeitpunkt TIMP wird ausgenutzt, um die Flugzeit zu ermitteln.
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Dazu wird der Photozellenstrom I wie in Fig. 3C dargestellt nach der
Zeit differenziert: dI Da zum Zeitpunkt dt TIMP des Druckhammeranschlages der Photozellenstrom
I ein Minimum (s. Fig. 2B) hat, zeigt dI wie aus Fig. 3C dt zu ersehen ist, zu diesem
Zeitpunkt einen Nulldurchgang.
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Dieser Nulldurchgang kennzeichnet das Ende der Flugzeit.
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Die Flugzeit reicht vom Beginn der Hammererregung (Feuerzeitpunkt
des Hammers) bis zum Druckhammeranschlag.
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In Fig. 3C ist diese Flugzeit mit TF gekennzeichnet.
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Bei Druckersteuerungen ist der Zeitpunkt des Feuerns eines Druckhammers
bekannt. Zur Bestimmung der Druck-
hammerflugzeit muß nach der
in Fig. 3C angedeuteten Maßnahme lediglich der Photozellenstrom nach der Zeit differenziert
und der Zeitpunkt des Nulldurchganges dieser Funktion ermittelt werden. Sind jedoch
die Zeitpunkte des Druckhammerfeuerns und des Nulldurchganges bekannt, so ist damit
auch die Flugzeit des Druckhammers bekannt.
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Ein entscheidender Vorteil dieses Verfahrens besteht darin, daß die
Flugzeit unabhängig vom Hammerweg immer richtig ermittelt wird.
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Wesentliche Voraussetzung für die Bestimmung der Flugzeit gemäß Fign.
3A bis 3C ist die Tatsache, daß der Photozellenstrom bei Anschlag des Druckhammers
einen Minimalwert aufweist. Dieser Minimalwert kann im Extremfall auch zu Null werden.
Das Minimum im zeitlichen Verlauf des Photozellenstromes wird ausgenutzt, um durch
zeitliche Differentiation einen Nulldurchgang der Funktion dI/dt = f(t) zu erhalten.
Das Auftreten eines solchen Nulldurchganges gibt die Möglichkeit, die Flugzeit zählergesteuert
automatisch zu bestimmen, wie dies im Blockschaltbild in Fig. 4 dargestellt ist.
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Die Lichtquelle 5 sendet ein Lichtbündel 7 zur Photozellenanordnung
6. Das Lichtbündel wird auf seinem Weg von 5 nach 6, wie bereits beschrieben, durch
einen (in Pfeilrichtung) bewegten Druckhammer 2 einer Abschattung ausgesetzt. Der
Photozellenstrom wird durch einen Verstärker 8 verstärkt und unterliegt durch das
Differenzierglied 10 der in Fig. 3C dargestellten Differentiation nach der Zeit.
Zur Feststellung des Nulldurchganges des Differentiationssignales wird im Block
11 ein Nullvergleich durchgeführt. Zum Zeitpunkt des Nullvergleiches wird ein Stoppsignal
auf einen Zähler 12 gegeben, der zu einem Zeitpunkt gestartet wurde, wenn der Druckhammer
gefeuert wird. Sobald das Differentiationssignal zum
Zeitpunkt
TTMP (Fig. 3C) den Wert Null annimmt, wird somit der Zählerlauf gestoppt. Der Zählerstand
zu diesem Zeitpunkt ist ein Plaß für die Flugzeit (bei Kenntnis der Zählfrequenz).
Verstärker, elektronische Differenzierglieder und Schaltungen für einen Nullvergleich,
sowie entsprechende Zähler sind allgemein bekannt und werden deshalb nicht näher
beschrieben.
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Es ist verständlich, daß das Verfahren zur Bestimmung der Flugzeit
autc)rlatisch ablaufen kann. Dabei ist lediglich sicherzustellen, daß alle Druckhämmer
der Druckhammerbank entsprechend exakt aufeinander ausgerichtet sind und daß bei
der Ermittlung der Flugzeit für einen Hammer nur dieser Hammer für einen Abdruck
freizugeben ist. Bei Druckersteuerungen ist jederzeit die Angabe verfügbar, welcher
Hammer einer Druckhammerbank und zu welchem Zeitpunkt dieser Hammer gefeuert wird.
Dieser Zeitpunkt bildet das Startsignal für den Zähler 12. Sobald die Flugzeit durch
den Zählerstand vorliegt, kann rechnergesteuert druckerintern festgestellt werden,
ob die ermittelte Flugzeit der Soll-Vorgabe entspricht oder nicht. Abweichungen
von der Soll-Flugzeit können mikroprozessorgesteuert dadurch kompensiert werden,
daß der Feuerzeitpunkt für den entsprechenden Druckhammer vorverlegt oder verzögert
wird, bis die aktuelle Flugzeit mit der Soll-Vorgabe übereinstimmt.
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Z.B. kann nach jedem Einschalten des Druckers automatisch ein Testzyklus
ausgelöst werden, in dem sämtliche Druckhämmer-Flugzeiten ermittelt und entsprechend
korrigiert werden. Auch eine manuelle Auslösung eines Testzyklus (z.B. nach Papierwechsel)
ist denkbar. Ebenso ist es denkbar, daß während des fortlaufenden Druckbetriebes
eine Uberwachung und gegebenenfalls Flugzeitkorrektur eines Hammers durchgeführt
wird, wenn dieser gerade als
einziger Hammer der Hammerbank eine
Druckoperation ausführt.
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Dieses vorstehend beschriebene Verfahren läßt sich natürlich auch
zur Flugzeitbestimmung von Einzeldruckhämmern bei Typenscheibendruckern oder von
Drahtdruckelementen bei Matrixdruckern einsetzen. Bei aufeinander ausgerichteten
Druckhämmern einer Druckhammerbank ist das erfindungsgemäße Verfahren besonders
vorteilhaft anzuwenden, da für alle Druckhämmer der Druckhammerbank nur eine einzige
Lichtschrankenanordnung erforderlich ist. Zudem bietet das Verfahren den großen
Vorteil, daß Änderungen in der Stärke des Aufzeichnungsträgers (z.B. bei Verwendung
von Mehrlagen-Papier) bei der Flugzeitermittlung direkt berücksichtigt werden.
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Durch die Anwendung der erfindungsgemäßen Flugzeitkorrektur sind die
bisherigen aufwendigen mechanischen Flugzeitjustagen nicht mehr erforderlich.
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Auch wenn sich das Ausführungsbeispiel der Erfindung auf die Flugzeitüberwachung
von Druckhämmern bezieht, sei betont, daß sich die Erfindung auch auf andere sich
hin und zurück bewegende Anschlagelemente z.B. für Ventilsteuerungen anwenden läßt.