DE3536684C2

DE3536684C2 -

Info

Publication number: DE3536684C2
Application number: DE19853536684
Authority: DE
Inventors: Joerg Dr. 2308 Preetz De Boscher; Rudolf 6382 Friedrichsdorf De Acklau; Reinhard Dr. 6380 Bad Homburg De Baumert; Ferdinand Dr.-Ing. 8902 Neusaess De Hermann
Original assignee: Battelle Institut eV
Current assignee: Battelle Institut eV
Priority date: 1985-10-15
Filing date: 1985-10-15
Publication date: 1991-01-10
Also published as: DE3536684A1

Description

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

Die DE-OS 29 49 233 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von Druckernadeln eines Matrix-Druckerkopfes, wobei aus entsprechendem Material bestehender Nadeldraht lokal mittels Laser erwärmt und anschließend abgekühlt wird. Danach wird der Laserdraht zerteilt, so daß Druckernadeln mit gehärteten Nadelköpfen entstehen. Diese Druckernadeln werden dann in den Druckerkopf eingesetzt.

Dieses Verfahren ist aber verhältnismäßig umständlich und aufwendig, insbesondere weil durch geeignete Maßnahmen dafür gesorgt werden muß, daß der Nadeldraht an den jeweils gewünschten Stellen, die die gehärteten Druckspitzen der Druckernadeln ergeben sollen, mit dem Laserstrahl erwärmt wird.

Die Zeitschrift "Maschinenmarkt" 86 (1980), 96, S. 1915 bis 1918 beschreibt einen Kohlendioxid-Hochleistungslaser, der insbesondere zum Härten von Gußeisen und Stahl eingesetzt wird, und zwar vorzugsweise an schwer zugänglichen Stellen von zu härtenden Gegenständen.

Ausgehend von einem Verfahren mit den eingangs genannten Merkmalen liegt daher der Erfindung die Aufgabe zugrunde, dies so auszugestalten, daß die Druckernadeln praktisch ohne Ausschuß gehärtet werden, wobei das Verfahren kostengünstig und schnell durchführbar sein soll.

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 auftreffen. 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 guter 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

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

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der die Druckernadeln umschließende Matrix-Drucker kopf relativ zum Laserstrahl derart bewegt wird, daß die Wärmebehandlung bei vorgegebener Leistungsdichte erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ausnehmung zum Herausführen der Druckspitzen der Druckernadeln aus dem Matrix-Druckerkopf aufweisende Fläche des Matrix-Druckerkopfes mit einer Schutzabdeckung versehen wird, die korrespondierende Ausnehmungen enthält.

4. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckspitzen der Druckernadeln aus dem Matrix- Druckerkopf mechanisch, elektromotorisch und/oder magne tisch herausbewegt und dann der Wärmebehandlung aus gesetzt werden.