DE3536684A1 - Verfahren zum haerten von matrixdrucker-nadeln - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Härten von Drucker­ nadeln eines Matrix-Druckerkopfes durch Wärmebehandlung und Abschreckung.

Matrixdrucker werden im allgemeinen für das Ausdrucken von Zahlen und Schriftzeichen bei elektronischen Daten­ verarbeitungsanlagen, Meßinstrumenten und anderen Appara­ turen verwendet. Da der Druckvorgang mit hoher Geschwin­ digkeit abläuft, unterliegen die Druckspitzen der im Matrix-Druckerkopf eingebauten Druckernadeln einem schnellen Verschleiß, was zu einer abnehmenden Dichte der Schrift­ zeichen führen und das Drucken überhaupt unmöglich machen kann. Häufige Inspektionen und Wartungen der Druckernadeln sind daher notwendig. Bei diesen Arbeiten, die ein Ab­ schalten des Matrix-Druckers erfordern, wird üblicher­ weise die Länge der verschlissenen Nadeln nachgestellt, oder sie werden durch neue Nadel ersetzt.

Diese Nachteile versuchte man bisher durch Auswahl der Nadelmaterialien im Hinblick auf hohe Abriebfestigkeit oder durch martensitisches Härten der normalerweise aus Stahl bestehenden Druckernadeln zu beseitigen. Bei der Härtung werden die Nadeln oder Druckernadeln vor dem Ein­ bau in den Matrix-Druckerkopf jeweils über ihre gesamte Länge einer Wärmebehandlung unterworfen. Durch den Härtungsprozess können sich die Nadeln jedoch verziehen. Vor ihrem Einbau in den Druckerkopf muß deshalb eine Aus­ wahl unter den gehärteten Nadeln getroffen werden, um verzogene, unbrauchbare Nadeln auszusondern. Letztere müssen verworfen werden. Darüber hinaus müssen die plangeschliffenen Druckflächen der Nadeln nach dem Einbau in den Matrix- Druckerkopf nochmals nachgeschliffen werden.

Die Aufgabe der Erfindung besteht somit darin, ein Ver­ fahren der eingangs genannten Art zu schaffen, mit dem Druckernadeln praktisch ohne Anfall von Ausschuß gehärtet werden können und bei dem eine Nachbearbeitung der gehär­ teten Nadeln nicht mehr notwendig ist.

Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Druckernadeln im ungehärteten Zustand in dem im we­ sentlichen fertig montierten Matrix-Druckerkopf angeord­ net werden, und daß die Druckerspitzen der Druckernadeln im Bereich des Matrix-Druckerkopfes mittels Laserstrahlung wärmebehandelt werden.

Vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Ver­ fahrens ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Das erfindungsgemäße Verfahren bietet den Vorteil, daß die Druckernadeln lokal begrenzt in dem Bereich gehärtet werden, nämlich an den Druckspitzen, in dem alleine eine Härtung erforderlich ist. In Längsrichtung der Nadeln ge­ messen, weist dieser Bereich eine Länge von etwa 0,3 bis 1 mm auf. Ein Verziehen der Druckernadeln über diesem sehr kurzen gehärteten Bereich kann praktisch nicht statt­ finden, so daß es zu keiner Ausschußbildung kommt. Auf­ grund des erfindungsgemäßen Vorgehens, des Einsetzens der ungehärteten Nadeln in den im wesentlichen bereits fer­ tiggestellten Druckerkopf, der insbesondere bereits die elektrische Ansteuerung der Nadeln für den späteren Schreibbetrieb umfaßt, können die Nadeln vergleichsweise sehr wirtschaftlich gehärtet werden. Die Matrix-Drucker­ köpfe führen eine relative Translation und/oder Lateral­ bewegung zu einer Bearbeitungsstation aus, in der dann die Druckspitzen der Nadeln von einem Laserstrahl beauf­ schlagt werden. Wegen ihrer geringen Masse aufgrund des geringen Durchmessers der Druckernadeln kommt es un­ mittelbar nach dem Entfernen aus dem Laserstrahl zu einer sehr raschen Abkühlung der Druckspitzen, weil nur eine geringe Wärmemenge abgeführt werden muß. Auf dieser Ab­ schreckung beruht dann der angestrebte Härtungseffekt.

Grundsätzlich können die Druckspitzen der Druckernadeln im eingezogenen Zustand, also bündig abschließend mit der Oberfläche der Führungsplatte des Matrix-Druckerkopfes, aus der sie beim Druckvorgang austreten, mit dem Laser­ strahl bearbeitet werden.

Von besonderem Vorteil ist es jedoch, die Druckernadeln um einen gewissen Betrag aus dem Matrix-Druckerkopf herauszuheben und die Druckspitzen in dieser Stellung zu härten. Auf diese Weise besteht konstruktive Frei­ zügigkeit in der Anordnung der Richtung des Laserstrahls. Er kann, wie bereits beschrieben, nach wie vor in gleicher Richtung wie die Druckernadeln senkrecht auf diese aftreffen. Es ist aber auch möglich, ihn unter einem Winkel, insbesondere unter 90 Grad zur Längs­ richtung der Druckernadeln, auf diese auftreffen zu lassen. Hierdurch ist die Längserstreckung des gehär­ teten Bereiches der Druckspitzen sehr gut definierbar.

Die hohe Abschreckgeschwindigkeit, die mit dem erfin­ dungsgemäßen Verfahren erzielt werden kann, ergibt sich aus guten Fokussierbarkeit und der hieraus resultieren­ den hohen Leistungsdichte. Die Härtungstiefe kann über die Einwirkzeit, die räumliche Anordnung sowie die Leistungsdichte des Laserstrahles genau gesteuert werden. Da, wie erwähnt, ein Verziehen der Nadeln nicht mehr er­ folgt, ist auch eine Nachbearbeitung überflüssig. Die Abschreckung der Druckernadeln nach ihrem Austritt aus dem Laserfleck erfolgt im wesentlichen durch Wärmeleitung in das Grundmaterial der Druckernadeln. Sie erfolgt somit sehr gleichmäßig über den Querschnitt, was ebenfalls einem Verziehen entgegenwirkt.

Die Erfindung wird anhand der schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht der Nadelmatrix mit zwei Reihen von jeweils 9 Druckernadeln;

Fig. 2 eine Seitenansicht der Nadelmatrix nach Fig. 1 und

Fig. 3 eine Anordnung zur Durchführung des erfindungsge­ mäßen Verfahrens zum Laserhärten von Druckernadeln.

Gemäß Fig. 1 und Fig. 2 werden Druckernadeln oder Nadeln 1 eines Matrix-Druckerkopfes in Bohrungen 2 einer Rubin­ platte 3 eines Matrix-Druckerkopfs 12 geführt. Im unge­ steuerten Zustand befinden sich die Stirnflächen der Nadeln in einer Ebene mit der Oberfläche der Rubinplatte 3. Beim Druckvorgang werden die Nadeln 1 wahlweise entspre­ chend ihrer Ansteuerung durch hier nicht gezeigte Elektro­ magnete senkrecht zu der Rubinplatte 3 angehoben.

Ein Strahl 4 eines CO₂-Lasers wird so fokussiert, daß er im wesentlichen senkrecht auf die Stirnfläche, d. h. die Druckfläche der im Matrix-Druckerkopf eingebauten Nadeln 1 auftrifft. Der Durchmesser des Laserflecks 5 sollte vorzugsweise so eingestellt werden, daß er ledig­ lich einige der Nadeln bedeckt. Die Erhitzung kann dann durch lineare Bewegung entweder des Laserstrahls oder des Druckerkopfes bezüglich der jeweils anderen Komponente erfolgen.

Es ist vorteilhaft, die Rubinplatte 3 mit einer hochre­ flektierenden Schutzabdeckung 6 zu versehen. Eine solche Abdeckung 6 wird z.B. aus Kupfer, Aluminium, Bronze, Nickel, Chrom, Silber und dgl. hergestellt und weist ebenfalls Führungsbohrungen für die Druckernadeln 1 auf. Die Druckspitzen mit den planen Stirnflächen werden vor der Laserbehandlung vorzugsweise ein wenig aus der Rubin­ platte 3 oder aus der Abdeckung 6 herausgehoben. Dies kann mechanisch, elektromotorisch oder magnetisch erzielt werden. Vorzugsweise erfolgt das Anheben durch Ansteuern der Drucksteuermagnete des Matrix-Druckerkopfes 12, die die Steuerung der Druckernadeln beim Druckvorgang besor­ gen. Diese Magnete sind in einem Gehäuse 7 des praktisch fertig montierten Druckerkopfes 12 angeordnet.

Zur Erhöhung der Absorption der Laserstrahlung können die Stirnflächen der Nadeln oder die Nadelspitzen mit einer geeigneten Schicht versehen werden. In der Praxis haben sich Schichten aus Graphit, Manganphosphat und schwarzer Emailfarbe bewährt, die leicht aufzubringen und nach der Behandlung zu entfernen sind.

Bei der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform wird der grundsätzlich fertig montierte Druckerkopf 12 mit aus dem Nadelführungsgehäuse 8 angehobenen Nadeln 1 auf einen linear beweglichen Träger 9 gebracht. Es wird ein orts­ fester CO₂-Laser 10, z. B. mit 300 W Ausgangsleistung, ein­ gesetzt, dessen Strahl mit einer Fokussierungsoptik 11 auf einen Durchmesser von 2 bis 5 cm gebündelt und senkrecht auf die Nadelstirn- oder Druckflächen gerichtet wird. Bei einer Leistungsdichte von ca. 3 kw/cm² und einer Einwir­ kungszeit von 0,3 Sekunden kann eine Eindringtiefe von 0,3 bis 1 mm erreicht werden, so daß die Druckernadeln 1 auf der hohem Verschleiß unterworfenen Spitze nach rascher Abkühlung gehärtet werden, ohne daß sie sich verziehen. Nach der Härtung wird die Schutzabdeckung entfernt.

Claims (9)

1. Verfahren zum Härten der Druckernadeln eines Matrix- Druckerkopfes durch Wärmebehandlung und Abschrecken, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckernadeln im unge­ härteten Zustand in dem im wesentlichen fertig mon­ tierten Matrix-Druckerkopf angeordnet werden, und daß die Druckspitzen der Druckernadeln im Bereich des Matrix-Druckerkopf mittels Laserstrahlung wärmebehandelt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Laserstrahl im wesentlichen senkrecht auf die Druckspitzen der Druckernadeln gerichtet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß der Laserstrahl derart fokussiert wird, daß er lediglich einen Teil der Druckspitzen erfaßt.

4. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der die Druckernadeln umschließende Matrix-Druckerkopf relativ zum Laserstrahl derart bewegt wird, daß bei vorgegebener Leistungsdichte die Wärmebehandlung erfolgt.

5. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ausnehmungen zum Herausführen der Druckspitzen der Druckernadeln aus dem Matrix-Druckerkopf aufweisende Fläche des Matrix­ druckerkopfs mit einer Schutzabdeckung versehen wird, die korrespondierende Ausnehmungen enthält.

6. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Schutzabdeckung eine hochreflektierende metallische Bedeckung, vorzugsweise aus Kupfer, Aluminium, Bronze, Nickel, Chrom, Silber oder Gold, verwendet wird.

7. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckspitzen der Drucker­ nadeln aus dem Matrix-Druckerkopf mechanisch, elektro­ motorisch und/oder magnetisch herausbewegt und dann der Wärmebehandlung ausgesetzt werden.

8. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die abgeflachten Flächen der Druckspitzen der Druckernadeln mit einer das Laser- Licht absorbierende Beschichtung, vorzugsweise aus Graphit, Manganphoshat oder schwarzer Emailfarbe, ver­ sehen werden.

9. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur Wärmebehandlung ein CO₂- Laser verwendet wird.