DE3627921A1 - Elektromagnetischer druckerkopf - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen elektromagnetischen Druckerkopf, mit einer Mehrzahl magnetischer Schaltungen, deren jede einen von einer Feder getragenen Anker umfaßt, einen Dauermagneten zum Anziehen des Ankers in der einen Richtung sowie einen Elektro­ magneten, der beaufschlagt werden kann, um die Anzugskraft des Dauermagneten aufzuheben, so daß der Druckerkopf, der am Anker befestigt ist, durch Beaufschlagen des Elektromagneten angetrie­ ben wird und hiermit den Anker mit der Rückstellkraft der Feder anzieht. Die Erfindung betrifft insbesondere einen solchen Drucker, der für hohe Arbeitsgeschwindigkeiten geeignet ist, und der einen gleichförmigen Anpreßdruck auszuüben vermag.

Ein Punkt-Matrix-Drucker dieser Art (dot matrix printer), gele­ gentlich als federbelasteter Drucker bezeichnet, ist beispiels­ weise in US-PS 43 89 127 dargestellt. Ein Drucker dieser Art umfaßt 9, 16 oder 24 Satz Druckstationen oder Druckdrähte und magnetische Schaltungen, und wird ganz allgemein zum Drucken lateinischer oder japanischer Buchstaben als Punkt-Matrizen (dot matrices) verwendet.

Bei einem solchen Drucker ist es notwendig, eine Anzahl vonein­ ander unabhängiger magnetischer Schaltungen vorzusehen, um eine selektive Beaufschlagung der Druckstationen, wie der Druckdrähte für das dot matrix printing zu haben, da die Massenträgheit des Druckerkopfes zum Zwecke der gewünschten raschen hin- und her­ gehenden Bewegung dieses Kopfes so klein wie möglich gehalten werden soll. Demgemäß muß auch die Größe des Druckerkopfes kleingehalten werden.

Der sich hieraus ergebende Aufbau ist deshalb derart gedrängt, daß sich häufig Kollisionen zwischen den einzelnen magnetischen Schaltungen bis zu einem gewissen Maße gar nicht vermeiden las­ sen. Die magnetischen Interferenzen zwischen den magnetischen Schaltungen können zu Fluktuationen der elektromagnetischen Kraft bei gewissen magnetischen Schaltungen führen, wobei die magnetische Kraft des Dauermagneten aufgehoben wird, abhängig von dem Zustand der jeweils benachbarten magnetischen Schaltung. Dies kann wiederum zu einer Ungleichförmigkeit der Druckge­ schwindigkeit und des Andruck-Druckes der Druckstation oder des Druckmittels dieser betreffenden magnetischen Schaltung führen.

Deswegen hat man derartige Interferenzen oder cross talks zwi­ schen den magnetischen Schaltungen in einem Druckerkopf als sehr unerwünscht angesehen, hauptsächlich deshalb, weil derartige Interferenzen als hauptverantwortlich für ungleichförmige Drücke beim Drucken betrachtet wurden. Die Konstruktion eines Drucker­ kopfes wurde daher derart gestaltet, daß die magnetischen Inter­ ferenzen zwischen den magnetischen Schaltungen in solchem Maße verringert wurden, wie dies andere Bedingungen zugelassen haben.

Basierend auf dieser Erkenntnis hat der Erfinder zahlreiche ex­ perimentelle Untersuchungen ausgeführt, die auf dem Effekt sol­ cher magnetischer Interferenzen zwischen magnetischen Schaltun­ gen des Druckerkopfes, insbesondere im Hinblick auf die Druckge­ schwindigkeit und die Druckqualität, beruhen. Dabei hat er fest­ gestellt, daß sich die Druckgeschwindigkeit durch ein gewisses Ungleichmachen der magnetischen Kupplungen zwischen einander benachbarten magnetischen Schaltungen noch steigern läßt, ohne daß irgendeine nennenswerte Ungleichförmigkeit des Andruck- Druckes die Folge ist.

Auf dieser Erfindung basierend sowie auf den aus dem Stande der Technik her bekannten Problemen war es eine der Erfindung zu­ grunde liegende Hauptaufgabe, einen federbelasteten Druckerkopf zu schaffen, der eine gute Druckqualität und dabei gleichzeitig eine hohe Druckgeschwindigkeit zu erreichen vermag.

Weiterhin liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Dru­ ckerkopf zu schaffen, der kompakt, d.h. raumsparend, ist und der sich einfach und kostengünstig herstellen läßt.

Diese Aufgaben werden durch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruches gelöst.

Durch einen solchen Aufbau werden die Unterschiede der Flugzei­ ten der Druckmittel zwischen dem Zeitpunkt, zu dem eine kleine Anzahl von Druckmitteln angetrieben, und dem Zeitpunkt, zu dem eine große Anzahl von Druckmitteln angetrieben wird, minimiert; die Steigerung der Druckgeschwindigkeit und die Vergleichmäßi­ gung des Anpreßdruckes werden gleichzeitig erreicht.

Gemäß eines besonderen Gedankens der Erfindung werden die magne­ tischen Schaltungen in eine Mehrzahl von Gruppen zusammengefaßt oder zusammengebündelt, deren jede beispielsweise ein Paar ma­ gnetischer Schaltungen umfaßt, derart, daß eine Querschnitts­ fläche des Weges des magnetischen Flusses zwischen einem Paar benachbarter magnetischer Schaltungen, die zur selben Gruppe gehören, größer als eine Querschnittsfläche des Weges des magne­ tischen Flusses zwischen einem Paar benachbarter magnetischer Schaltungen ist, die zu zwei anderen Gruppen gehören.

Gemäß einem weiteren Gedanken der Erfindung umfassen die Druck­ mittel eine Mehrzahl von Druckdrähten, deren freie Enden in zwei Reihen versetzt angeordnet sind, wobei jedes Paar der magneti­ schen Schaltungen, die zur selben Gruppe gehören, zwei der Druckdrähte entsprechen, die zu verschiedenen Reihen gehören.

Gemäß einem weiteren Gedanken der Erfindung umfassen die Elek­ tromagnete einen Kern mit einer Umfangswand, einem Boden und einer Anzahl von Kernelementen, die einteilig mit dem Boden ge­ formt sind, wobei zwei oder mehrere einander benachbarte Kerne einen gemeinsamen Basisteil aufweisen, bestehend aus örtlich verdickten Bodenbereichen.

Gemäß einem weiteren Gedanken der Erfindung umfassen die Druck­ mittel eine Anzahl von Druckdrähten, deren freie Enden in zwei Reihen versetzt angeordnet sind, wobei jedes Paar von Kernen, die eine gemeinsame Basis haben, zwei der Druckdrähte ent­ sprechen, die zu verschiedenen Reihen gehören.

Die Erfindung ist anhand der Zeichnung näher erläutert. Darin ist im einzelnen folgendes dargestellt:

Fig. 1 zeigt - teilweise weggeschnitten - eine Seitenan­ sicht einer Ausführungsform eines Druckkopfes.

Fig. 2 ist eine Schnittansicht gemäß der Schnittlinie II-II in Fig. 1.

Fig. 3 ist eine Frontansicht, aus der man nur das Kernele­ ment 2 des Druckerkopfes gemäß Fig. 1 erkennt.

Die Fig. 4 und 5 sind Schnittansichten gemäß der Schnitt­ linien IV-IV bzw. V-V in Fig. 3.

Fig. 6 ist eine teilweise weggebrochene perspektivische Ansicht des Kernelementes von Fig. 3.

Fig. 7 ist eine graphische Darstellung, wobei die Flugzei­ ten der Druckdrähte durch Probieren der Kerne in verschiedene Anzahlen von Kernen verglichen werden.

Der in Fig. 1 dargestellte Druckkopf hat ein Joch 1 aus magneti­ schem Material und einen Kern 2, ebenfalls aus magnetischem Ma­ terial, mit einer geeigneten Anzahl von Kernen 2 a in Umfangs­ richtung und in gleichen Abständen mittels Schrauben 6 zusammen­ gefügt, und zwar unter Zwischenfügung eines ringförmigen Dauer­ magneten 3. Kernelement 2 ist im wesentlichen kreisförmig und umfaßt zusätzlich zu den Kernen 2 a eine äußere Umfangswand 2 b sowie eine Bodenwand 2 c, eine Zentralbohrung 15 aufweisend. Fer­ ner erkennt man eine Blattfeder 5, die ebenfalls kreisförmig und mit einer Anzahl von Zungen 5 a versehen ist, die sich ihrerseits radial einwärts erstrecken; die Blattfeder ist zwischen Joch 1 und ringförmigem Dauermagneten 3 eingefügt. Ein Anker 4 ist auf den freien Enden der Zungen 5 a der Blattfeder 5 gelagert. Ein Ende eines Armes 9 ist an jedem Anker 4 befestigt, und ein Ba­ sisende eines Druckdrahtes 10 ist am anderen Ende des Armes 9 befestigt. Die Druckdrähte 10 laufen durch das Innere einer Nase 11, die am Joch 1 mit Schrauben 7 befestigt ist. Die freien En­ den der Druckdrähte 10 reichen bis zur Stirnfläche 11 a der Nase 11. Ein Magnetventil 8 ist auf jeden der Kerne 2 a aufgewickelt, und derjenige Teil des Joches 1, der dem freien Ende eines jeden Kernes 2 a zugewandt ist, ist mit einem Schlitz 1 a zur Aufnahme des Ankers 4 versehen.

Wie man aus Fig. 2 erkennt, ist Anker 4 demgemäß im magnetischen Spalt eingelassen, der sich zwischen der freien Endfläche des Kernes 2 a und der seitlichen Oberfläche des Schlitzes 1 a befin­ det. Anker 4 ist mit einer Nut 14 zur Verringerung der Nassen­ trägheit ohne wesentliche Steigerung der Dichte des magnetischen Flusses hierin ausgestattet. Wird das Magnetventil 8 nicht be­ aufschlagt, so wird Anker 4 gegen das freie Ende des Kernes 2 a aufgrund der Anziehungskraft des Dauermagneten 3 hin verschoben, wobei der magnetische Fluß durch die äußere Umfangswand 2 b des Kernelementes 2 hindurchtritt, durch jeden der Kerne 2 a, durch den Anker 4, durch das Joch 1 und durch den Dauermagneten 3.

Wird Magnetventil 8 zu diesem Zeitpunkt beaufschlagt, so daß die Wirkung des Dauermagneten 3 aufgehoben wird, so wird Anker 4 elastisch von der freien Endfläche des Kernes 2 a durch die Rück­ stellkraft der Zungen 5 a der Blattfeder 5 zurückgestoßen. Druck­ draht 10, der mittels eines Armes 9 am Anker 4 befestigt ist, springt damit von der Stirnfläche 11 a der Nase 11 heraus und bildet einen gewünschten Druck durch Anschlagen an ein Kohlen­ stoffband und an eine Papierfläche, die in den Zeichnungen nicht dargestellt sind.

Aus Fig. 1 erkennt man ferner, daß das Joch mit einem Umfangs- Eingriffsbereich 1 b versehen ist, der von Kernelement 2 radial nach außen ragt und einen Spalt g mit einem gegenüberliegenden Ring 12 bildet, der seinerseits auf der äußeren Fläche des Kern­ elementes 2 sitzt. Auf diese Weise ist Dauermagnet 3 magnetisch durch den magnetischen Spalt g zwischen Eingriffselement 1 b des Joches 1 und Ring 12 kurzgeschlossen. Der innere magnetische Widerstand des Dauermagneten 3 in bezug auf den magnetischen Fluß, der von Magnetventil 8 erzeugt wurde, wird somit verrin­ gert, und die elektrische Leistung, die an das Magnetventil 8 angelegt werden muß, um den Magnetismus des Dauermagneten aufzu­ heben und den Anker 4 mit der Federkraft der Blattfeder 5 anzu­ treiben, läßt sich somit verringern.

Die Fig. 3 bis 6 zeigen das Kernelement 2 ohne das Magnet­ ventil 8. Kernelement 2 ist im wesentlichen ringförmig und hat eine Zentralbohrung 15. Kern 2 b ist dem Boden 2 c des Kernele­ mentes 2 angeformt und ragt parallel zur äußeren Umfangswand 2 b hervor. Im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels er­ strecken sich fächerförmig angeordnete Basisteile 2 d, die aus örtlich verdickten Bodenbereichen bestehen, von der äußeren Wand 2 b zur zentralen Bohrung 15; zwei der Kerne 2 a ragen von jedem dieser Basisteile 2 d hervor.

Gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist das Kernelement 2 mit vierundzwanzig Kernen 2 a ausgestattet. Diese vierundzwanzig Ker­ ne 2 a sind in zwölf Gruppen zusammengefaßt, während jede aus einem Paar Kernen 2 a besteht. Wie man aus den Fig. 4 und 5 erkennt, sind diejenigen Querschnittsflächen der magnetischen Wege zwischen einander benachbarten Kernen 2 a, die zu denselben Gruppen gehören, größer als jene der aneinander benachbarten Kerne 2 a, die zu unterschiedlichen Gruppen gehören, und der Un­ terschied ist in Fig. 4 durch Schraffur veranschaulicht.

Bei einem solchen Vierundzwanzig-Stift-Druckerkopf sind die Druckdrähte 10 typischerweise in zwei Reihen und versetzt an der Stirnfläche 11 a der Nase 11 angeordnet, so daß die Druckdrähte der verschiedenen Reihen alternierend angetrieben werden können, um die gewünschten Druckvorgänge auszuführen. Gemäß der vorlie­ genden Ausführungsform entsprechen die Kerne 2 a, die zu ein und derselben Gruppe gehören, zwei der Druckdrähte 10, die zu den verschiedenen Reihen an der Stirnfläche 11 a der Nase 11 gehören. Fig. 7 zeigt die Flugzeiten der Druckdrähte, wenn die zwölf Druckdrähte auf einer der Reihen in einem Vierundzwanzig-Stift- Druckerkopf angetrieben werden.

Während die Flugzeiten der Druckdrähte bei einem vorbekannten Druckerkopf etwa 430 Mikrosekunden betrugen, wobei die Quer­ schnittsflächen der magnetischen Wege zwischen einander benach­ barten Kernen 2 a ohne Anordnung der Basisteile 2 d gleichförmig waren, wurde nunmehr die Flugzeit der Druckdrähte um etwa 10% auf annähernd 390 Mikrosekunden verringert, entsprechend einem Druckerkopf gemäß der vorliegenden Ausführungsform, wobei vier­ undzwanzig Kerne 2 a in zwölf Gruppen zusammengefaßt wurden. Ähnliche Maßnahmen wurden in jenen Fällen genommen, in welchen die Kerne in acht, sechs oder vier Gruppen unterteilt wurden. Es hat sich herausgestellt, daß die Flugzeiten der Druckdrähte in allen Fällen verringert wurden. Die besten Ergebnisse erhielt man jedoch dann, wenn die Kerne in zwölf Gruppen unterteilt wurden.

Zahlreiche Abwandlungen der Erfindung sind denkbar. So lassen sich beispielsweise die Querschnittsflächen der magnetischen Wege zwischen einander benachbarten Kernen dadurch ungleichmäßig machen, daß man teilweise die Stärke des Bodens vergrößert. Es versteht sich jedoch, daß dasselbe Ziel auch dadurch erreicht werden kann, daß man in den Bereichen des Bodens Schlitze ein­ läßt, die zwischen den Kernen angeordnet sind, die zu den ver­ schiedenen Gruppen gehören, statt daß man teilweise deren Stärke vergrößert.

Da die Druckgeschwindigkeit gemäß der Erfindung leicht gestei­ gert werden kann, beispielsweise um 10%, und da außerdem gleichzeitig die Druckqualität durch verbesserte Gleichförmig­ keit des Anpreßdruckes gesteigert wird, ist der technische Fort­ schritt der Erfindung ganz erheblich.

Claims (7)

1. Druckerkopf mit einer Mehrzahl magnetischer Schaltungen, deren jede einen Anker (4) umfaßt, getragen von einer Feder (5 a), einen Dauermagneten (3) zum Andrücken des Ankers in eine Richtung, und einen Elektromagneten (2 a, 8), der derart beaufschlagt werden kann, daß er die Anpreßkraft auf den Elektromagneten aufhebt, so daß Druckmittel (10), die am Anker befestigt sind, durch Beaufschlagen des Elektromagne­ ten angetrieben werden, wodurch der Anker mit der Rückstell­ kraft der Feder angetrieben wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsflächen der Wege des magnetischen Flus­ ses zwischen einander benachbarten magnetischen Schaltungen ungleichförmig sind.

2. Druckerkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetischen Schaltungen in einer Anzahl von Gruppen zusam­ mengefaßt sind, und zwar derart, daß eine Querschnittsfläche des Weges des magnetischen Flusses zwischen ein Paar einan­ der benachbarter magnetischer Schaltungen, die zu ein und derselben Gruppe gehören, größer ist als die Querschnitts­ fläche des Weges des magnetischen Flusses zwischen einem Paar einander benachbarter magnetischer Schaltungen, die zu zwei verschiedenen Gruppen gehören.

3. Druckerkopf nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede Gruppe ein Paar magnetischer Schaltungen umfaßt.

4. Druckerkopf nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckmittel eine Anzahl von Druckdrähten (10) umfaßt, deren freie Enden in zwei Reihen und versetzt angeordnet sind, und daß jedes Paar der magnetischen Schaltungen, die zu dersel­ ben Gruppe gehören, zwei Druckdrähten entsprechen, die zu verschiedenen Reihen gehören.

5. Druckerkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektromagneten ein Kernelement (2) umfassen, mit einer Um­ fangswand (2 b), einem Boden (2 c) und einer Anzahl von Kernen (2 a), die dem Boden einteilig angeformt sind, und daß zwei oder mehrere der einander benachbarten Kerne eine gemeinsame Basis (2 d) haben, die aus örtlich verdickten Bodenteilen besteht.

6. Druckerkopf nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zwei einander benachbarte Kerne eine gemeinsame Ba­ sis haben.

7. Druckerkopf nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckmittel eine Anzahl von Druckdrähten umfaßt, deren freie Enden in zwei Reihen und versetzt angeordnet sind, und daß jedes Paar der Kerne eine gemeinsame Basis hat, die zwei Druckdrähten entspricht, die zu verschiedenen Reihen gehören.