DE3806225A1 - Anordnung zur erhoehung der ueberlebenswahrscheinlichkeit von matrixdruckkoepfen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Erhöhung der Überlebenswahrscheinlichkeit von Druckköpfen in Matrixdruck­ einrichtungen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Bei der punktweisen Darstellung von alphanumerischen Zeichen oder von grafischen Mustern mittels einer Matrixdruckein­ richtung werden die Zeichen oder die Muster durch eine mehr oder weniger große Anzahl von Einzelpunkten im Raster einer sog. Zeichenmatrix aufgebaut. Bei solchen Matrixdruckver­ fahren werden als Druckköpfe Nadeldruckköpfe, Tintendruck­ köpfe oder Thermodruckköpfe verwendet. Im ersten Fall sind die Druckelemente durch Drucknadeln realisiert, die über geeignete Antriebselemente, wie beispielsweise Tauchanker­ magnetsysteme unter Zwischenlage eines Farbbandes gegen den Aufzeichnungsträger gestoßen werden und dort den Abdruck einzelner Punkte bewirken. Beim Tintendruckverfahren werden aus den Düsen eines Tintendruckkopfes unter der Einwirkung piezokeramischer Antriebselemente einzelne Tintentröpfchen auf den Aufzeichnungsträger gespritzt und bilden dort die Punkte des darzustellenden Zeichens oder des Musters.

Bei Bubble-Jet-Tintendruckeinrichtungen, wie sie zum Bei­ spiel in der deutschen Offenlegungsschrift 30 12 946 beschrieben werden, sind in einem Tintendruckkopf an Tinten­ kanälen eine Vielzahl von einzelnen, impulsweise ansteuer­ baren Heizelementen enthalten. Diese Heizelemente werden von einer Schreibflüssigkeit umspült und im Schreibbetrieb lokal erhitzt. Die Heizelemente erzeugen lokale Dampfblasen in der Schreibflüssigkeit, die den Ausstoß von Tintentröpfchen an Tintenkanälen bewirken.

Die Thermo- bzw. Thermotransferdruckeinrichtungen erzeugen ihre Zeichen durch elektrisch erhitzte Elemente, deren Anordnung im Prinzip der von Nadeldruckköpfen entspricht. Diese Thermoelemente, die aus kleinen Widerständen bestehen, sind senkrecht und zeilendeckend oder waagerecht über eine Zeile angeordnet und bilden den Thermodruckkopf. Die elektrisch angesteuerten Punkte der Zeichenmatrix werden thermisch auf das Papier übertragen. Dabei wird entweder ein wärmeempfindliches Spezialpapier mit Wachsbeschichtung (Thermodruckeinrichtung) oder ein mit einer Trockentinte gefärbtes Farbband (Thermotransferdruckeinrichtung) verwen­ det. Die Schriftqualität der Zeichen hängt in erheblichem Maße von der Auflösung ab. Diese ist bestimmt durch die Anzahl der Zeilen und Spalten der Zeichenmatrix. Bei den genannten Mosaikdruckverfahren bestimmt in erster Linie die Anzahl der Druckelemente (Druckernadeln, Tintendüsen oder Thermoelemente) die Zeilen der Zeichenmatrix, innerhalb dessen die Zeichen aufgebaut werden.

Die Lebensdauer solcher Matrixdruckköpfe wird durch mechanische, thermische und elektrische Beanspruchung der Ansteuerelemente und/oder der Druckelemente begrenzt. Diese Belastung ist aber nicht auf die einzelnen Druck- bzw. An­ steuerelemente eines Druckkopfes gleichmäßig verteilt. Vielmehr sind beispielsweise beim Drucken von Texten die obersten und untersten Druckelemente mit ihren zugehörigen Ansteuerelementen im Verhältnis zu den Druckelementen für die Druckpunkte auf der Schriftgrundlinie oder der Zeichen­ mitte relativ gering beansprucht. Die Lebensdauer des gesamten Druckkopfes wird also durch einige wenige stark beanspruchte Druck- bzw. Antriebselemente bestimmt und herabgesetzt.

Zur Verminderung dieser Beanspruchung ist aus der DE-C2- 32 02 976 eine Anordnung für eine verschleißkompensierende Betätigung von Drucknadeln eines Nadeldruckkopfes bekannt, bei der sowohl die Drucknadel bezüglich ihrer Länge einem Verschleiß unterliegt, als auch der Ankeranschlag. Die durch den Verschleiß bedingten Verkürzungen heben sich jedoch in ihrer Wirkung gegenseitig auf, da eine Verkürzung der Druck­ nadel durch eine Verkürzung des Ankeranschlags ausgeglichen wird und dadurch die Entfernung der Drucknadelspitze zum Aufzeichnungsträger annähernd konstant bleibt. Eine solche Anordnung ist zwar dazu geeignet, die Lebensdauer von Nadel­ druckköpfen zu erhöhen, ist aber nicht für andere Matrix­ druckeinrichtungen, die mit Tinten- oder Thermodruckköpfen ausgestattet sind, verwendbar.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, bei Druckköpfen in Matrixdruckeinrichtungen der eingangs genannten Art eine Anordnung bereitzustellen, die es mit einfachen Mitteln er­ möglicht, die Lebensdauer dieser Druckköpfe zu erhöhen.

Diese Aufgabe wird bei Druckköpfen der eingangs genannten Art gemäß dem kennzeichnenden Teil des ersten Patentan­ spruches gelöst.

Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Dadurch, daß der Druckkopf zusätzlich zu der für den Druck­ betrieb mindest notwendigen Zahl von Druckelementen weitere Druckelemente aufweist, kann die Belastung der einzelnen Druckelemente und deren Ansteuerelemente durch Verlagerung der jeweils am Druckprozeß beteiligten Druckelemente deutlich herabgesetzt werden, wodurch sich die Lebensdauer des gesamten Druckkopfes erhöht und die Betriebskosten in­ folge Wartung bzw. Ersatz des Druckkopfes minimiert werden.

Durch die erfindungsgemäße Anordnung der zusätzlichen Druck­ elemente werden zwei sich überlappende Teilanordnungen von Druckelementen geschaffen, die abwechselnd zum Drucken ein­ gesetzt werden können. Gemäß Weiterbildungen der Erfindung erfolgt die Umschaltung zwischen den beiden Teilanordnungen auf einfachste Weise entweder durch Änderung des Vorschubs des Aufzeichnungsträgers oder durch vertikales Verschieben des gesamten Druckkopfes.

Besonders vorteilhaft ist es, daß der Umschaltzeitpunkt entweder frei von der Bedienperson wählbar ist oder von der Druckersteuerung vollautomatisch jeweils nach Fertigstellung einer oder mehrerer Druckzeilen bzw. Druckseiten erfolgen kann.

Eine Ausführungsform der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden beispielsweise näher be­ schrieben. Es zeigen

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Düsenplatte eines herkömmlichen Druckkopfes sowie eine hierfür geeignete Zeichenmatrix,

Fig. 2 ein Balkendiagramm der Belastung der einzelnen Druckelemente eines Matrixdruckkopfes und

Fig. 3 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Druckkopfes mit zusätzlichen Druckelementen.

Stellvertretend für die verschiedenen, eingangs genannten Mosaikdruckeinrichtungen ist in der linken Hälfte der Fig. 1 in schematischer Darstellung eine Düsenplatte DP eines hier nicht näher dargestellten Druckkopfes einer Tintenschreib­ einrichtung gezeigt, an der in einer senkrechten Reihe 24 Druckelemente (Düsen) D 1 bis D 24 münden. Für eine solche Druckeinrichtung kann eine Zeichenmatrix ZM gemäß der rechten Hälfte der Fig. 1 beispielsweise aus 36 Druckspalten DS und 30 Spuren SP bestehen. Damit ergeben sich 1080 virtuelle Matrixpunkte bzw. da der Mindestpunktabstand zwei Druckspalten beträgt, 540 mögliche aktive Bildpunkte für die darzustellenden Zeichen. An dieser so gewählten Zeichen­ matrix ZM können alle Buchstaben, Ziffern und Sonderzeichen einschließich Ober- und Unterlängen dargestellt werden. Der Schreibschritt, der als horizontaler Abstand zweier Zeichen (von Mitte zu Mitte) im Zollmaßstab definiert ist, bestimmt die Anzahl der Zeichen, die pro Zoll der Druckkopfbewegung zu Papier gebracht werden. Gemäß Fig. 1 ist der gewählte Schreibschritt 1/10′′ und damit das Druckfeld für ein Zeichen 2,54 mm breit. Bei dem in die Zeichenmatrix ZM eingetragenen Buchstaben "M" erkennt man, daß einige der Druckelemente D 1 bis D 24 am Aufbau dieses Buchstabens mehrfach und andere Druckelemente, zum Beispiel D 1 bis D 3 und D 21 bis D 24 über­ haupt nicht beteiligt waren. Analysiert man die Belastung der einzelnen Druckelemente D 1 bis D 24 eines solchen Druckkopfes während eines längeren Betriebes beim Drucken von Texten, so gelangt man zu einer Belastungsverteilung der einzelnen Druckelemente, wie sie in Fig. 2 angegeben ist.

Dieses Diagramm zeigt die Durchschnittsbelastung der einzel­ nen Düsen in Prozent der Gesamtbelastung des Druckkopfes, bei dem Texte im sog. Schönschreibmodus (Near Letter Quality NLQ) mit einer Auflösung von 180 dpi (dots per Inch) gedruckt worden sind. Daraus ist deutlich abzulesen, daß die obersten Druckelemente D 1 bis D 3 sowie die untersten Druckelemente D 21 bis D 24 im Verhältnis zu Druckelementen für Matrixpunkte auf der Schriftgrundlinie D 20 oder der Zeichenmitte (D 11, D 12) relativ gering beansprucht werden. Die Düsen D 1 bis D 3 wer­ den eingesetzt um z.B. Überstreichfunktionen oder Akzente auszuführen, die Düsen D 21 bis D 24 werden z.B. für Unter­ längen benötigt, die bei den Buchstaben g, p oder y unterhalb des eigentlichen Stiftniveaus (D 20) auftreten oder zum Unterstreichen von einzelnen Buchstaben oder ganzen Zeilen.

Ausgehend von der Tatsache, daß nur wenige Druckelemente, insbesondere die Druckelemente D 4, D 5 und D 19, D 20 die Lebensdauer des gesamten Druckkopfes bestimmen, sind nach einer Anordnung gemäß Fig. 3 am Druckkopf zusätzliche Druckelemente D 25 und D 26 vorgesehen. Diese zusätzlichen Druckelemente D 25 und D 26 schließen sich an die für den Druckbetrieb mindest notwendigen Druckelemente D 1 bis D 24 derart an, daß sich die Gesamtanordnung der Druckelemente D 1 bis D 26 in zwei sich überlappende Teilanordnungen von Druckelementen aufgliedern läßt. Es sind dies im einzelnen eine erste Teilanordnung TO mit den Druckelementen D 1 bis D 24, sowie eine zweite Teilanordnung TU mit den Druckele­ menten D 3 bis D 26.

Durch wahlweisen Betrieb entweder der ersten Teilanordnung TO oder der zweiten Teilanordnung TU läßt sich auf einfache Weise die Belastung der einzelnen Druckelemente verlagern und somit die Lebensdauer des gesamten Druckkopfes erhöhen. Die Umschaltung zwischen den beiden Teilanordnungen TO, TU kann durch Änderung des Papiervorschubs erfolgen. Legt man für den Druckbetrieb die Zeichenmatrix ZM mit einem Zeilen­ abstand von 1/6′′ gemäß Fig. 1 und einen kleinsten Papier­ vorschub von 1/180′′ (vertikaler Abstand zweier benachbarter Düsen) zugrunde, und sind zwei zusätzliche Druckelemente D 25 und D 26 vorhanden, so erfolgt die Umschaltung von der ersten Teilanordnung TO auf die zweite Teilanordnung TU durch Vor­ schub des Aufzeichnungsträgers nicht wie normalerweise üblich um 1/6′′, sondern um einen Wert von 1/6′′-2/180′′.

Bei dieser Betriebsweise druckt nun das Druckelemente D 22 die Punkte auf der Schriftgrundlinie, während das Druckele­ ment D 3 jetzt das oberste Druckelement darstellt.

Der Zeitpunkt für die Umschaltung wird zweckmäßigerweise jeweils am Ende einer einzelnen bedruckten Zeile oder nach einer bestimmten vorgebbaren Anzahl von Zeichen, Zeilen oder Seiten gewählt, da dann innerhalb ein und derselben Zeile kein unterschiedlicher Zeilenabstand auftreten kann. Durch Auswertung des ohnehin vorhandenen Zeilenendekriteriums kann diese Umschaltung vollautomatisch durch die Druckersteuerung oder manuell mittels separater Taste durch die Bedienperson erfolgen.

Da die verschiedenen Zeichen in bekannter Weise in digi­ taler Form in einem Speicher (RAM oder ROM) eines Zeichen­ generators gespeichert sind, läßt sich die bei Umschaltung zwischen den Teilanordnungen TO, TU notwendige Veränderung der Ansteuerung der einzelnen Düsen programmtechnisch leicht durchführen.

In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist stellvertretend ein Druckkopf mit 24 Düsen als Druckelemente beschrieben, die in einer einzigen senkrechten Reihe angeordnet sind. Selbstverständlich läßt sich die erfindungsgemäße Anordnung auch für alle anderen Mosaikdruckeinrichtungen mit mehr oder weniger Druckelementen mit Erfolg anwenden, auch bei denen sich die Druckelemente auf mehrere vertikale Reihen vertei­ len können.

Claims (4)

1. Matrixdruckkopf in Matrixdruckeinrichtungen, bei denen eine Anzahl von ersten Druckelementen (D 1 bis D 24) in einer oder mehreren Reihen angeordnet und mittels Antriebselemente aktivierbar sind, dadurch gekennzeich­ net, daß der Matrixdruckkopf zur Erhöhung der Überlebens­ wahrscheinlichkeit weitere Druckelemente (D 25, D 26) mit zu­ geordneten Antriebselementen aufweist, die sich an die ersten Druckelemente (D 1 bis D 24) derart anschließen, daß die Gesamtanordnung der Druckelemente (D 1 bis D 24, D 25, D 26) in zwei sich überlappende erste und zweite Teilanordnungen (TO, TU) aufgliederbar ist und daß abwechselnd entweder die erste Teilanordnung (TO) oder die zweite Teilanordnung (TU) zum Drucken verwendet wird.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschaltung zwischen erster Teilanordnung (TO) und zweiter Teilanordnung (TU) durch Änderung des Vorschubs eines mit Hilfe des Druckkopfes zu bedruckenden Aufzeichnungsträgers bei gleichzeitiger elektronischer Umschaltung der Ansteuerung für die einzelnen Druckelemente (D 1-D 24, D 25, D 26) ausführbar ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschaltung zwischen den beiden Teilanordnungen (TO, TU) durch vertikales Ver­ schieben des Druckkopfes bei gleichzeitiger elektronischer Umschaltung der Ansteuerung für die einzelnen Druckelemente (D 1-D 24, D 25, D 26) ausführbar ist. 4. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschaltung zwischen den beiden Teilanordnungen (TO, TU) nach einer frei wählbaren oder fest vorgebbaren Zeitspanne manuell oder automatisch jeweils am Ende einer geschriebenen Druckzeile oder Druckseite ausführbar ist.

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschaltung zwischen den beiden Teilanordnungen (TO, TU) nach einer vorgebbaren Anzahl von gedruckten Punkten, Zeichen oder Zeilen jeweils am Ende einer geschriebenen Druckzeile oder Druckseite aus­ führbar ist.