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Die Erfindung bezieht sich auf einen Nadeldruckkopf
vom Permanentmagnettyp, bei dem die Anker mehrerer
Druckbetätiger in der Ruheposition gegen die
Polstücke eines Permanentmagneten gezogen werden und
in der Druckposition durch Wegfall des von
Steuerwicklungen erzeugten Magnetflusses freigegeben
werden.
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Ein Grundproblem bei solchen, eine hohe
Arbeitsgeschwindigkeit gestattenden Druckköpfen liegt
im Anschlag der Anker an den Magnetstücken, wenn die
Anker in die Ruhestellung zurückkehren. Dieser
Anschlag tritt auf, sobald die kinetische Energie der
Anker ein Maximum annimmt und verursacht ein
Rückprallen und sich anschließende Ankerschwingungen,
Abnutzung der Kontaktflächen und sehr hohe innere
Spannungen im Anker. Diese inneren Spannungen, welche
wegen des wiederholten Betriebs der Anker periodisch
sind, verursachen Ermüdungsfehler in den Ankern und
begrenzen die Lebensdauer.
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Mehrere Einrichtungen zur Anschlagdämpfung sind
vorgeschlagen worden. Am gebräuchlichsten ist die
Verwendung einer dünnen Schicht aus Polyester oder
gleichwertigem Material, die zwischen den Ankern und
den Magnetpolen angeordnet wird. Dieses Element,
welches in gewissem Sinne als Reststück wirkt, muß
sehr dünn sein, um keine merkliche Verringerung der
Magnetkraft in dem so gebildeten Luftspalt
hervorzurufen. Gleichzeitig muß sie in der Lage sein,
die von den beweglichen Ankern ausgeübten
mechanischen Spannungen zu absorbieren. Die Erfahrung
zeigt, daß eine solche Anordnung, obwohl wirksam, im
Vergleich zur Betriebsdauer des Druckkopfes nur eine
sehr kurze Lebensdauer hat. Die wiederholtem Druck
ausgesetzte elastische Folie ist bei nicht
gleichförmig oder kontrolliert verteiltem Druck der
Abnutzung und dem Verschleiß unterworfen und hört
auf, die geforderte Dämpfungswirkung zu haben.
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Zur Beseitigung dieses Problems schlägt die
US-A 46 74 876 die Verwendung eines Films vor; und
zwar eines für jeden Anker und jedes zugehörige
Polstück, und insbesondere eines Films aus nicht
magnetischem Material, wie kohlenstofffreiem Stahl
oder Polymidharz. Er ist an einer dünnen Platte aus
magnetischem Material befestigt, die ihrerseits in
der gleichen Weise wie der Anker an einem Hebel
gelagert ist und gegen das entsprechende Polstück
gezogen wird. Eine Blattfeder trägt jeden der Anker
und ist mit einer magnetischen Verstärkerplatte
versehen, die zusammen mit dem zugehörigen Anker
durch das betreffende Polstück angezogen wird.
Hierdurch liegt der nicht magnetische Film zwischen
der Verstärkungsplatte und der dünnen, den nicht
magnetischen Film tragenden Platte. Diese Anordnung
soll eine Bewegung des Films gegenüber dem Polstück
verhindern und damit deren Abnutzung verringern.
Jedoch tritt noch immer ein direkter Aufschlag der
magnetischen Verstärkungsplatte auf den Film auf, und
eine Abnutzung und ein Schwund des Films kann nicht
vollständig vermieden werden. Darüber hinaus muß an
jedem Magnetpol sein eigener schockabsorbierender
Film als unabhängiges Element befestigt werden, so
daß der Zusammenbau des Druckkopfes kompliziert und
teuer ist.
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Diese Nachteile werden durch den Permanentmagnet-
Nadeldruckkopf gemäß der Erfindung überwunden.
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Beim Druckkopf gemäß der Erfindung wird eine Dämpfung
des Aufschlags der beweglichen Anker an den Kernen
des Permanentmagneten dadurch erzielt, daß eine
zusammengesetzte laminare Sandwich-Struktur
vorgesehen ist, die aus zwei dünnen Metallblechen,
vorzugsweise aus Magnetstahl, und einer
dazwischenliegenden Polyesterschicht besteht. Diese
Struktur erstreckt sich über die begrenzten
Kontaktflächen hinaus zwischen den Ankern und
Magnetstücken und bildet eine einheitliche Anordnung,
die leicht montiert werden kann und die gesamte
Anordnung von Ankern und Magnetstücken umschließt.
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Bei Verwendung einer solchen Struktur hat sich ferner
herausgestellt, daß die Abnutzung und das Abreißen
des Dämpfungselements praktisch vermieden werden und
es möglich wird, eine nutzbare Druckkopflebensdauer
in der Größenordnung von hunderten Millionen von
Druckzeichen zu erzielen. Außerdem bilden die
Metallschichten, welche die elastische Schicht
schützen, einen magnetischen Nebenschluß, der die
Freigabegeschwindigkeit des Ankers erhöht, ohne dabei
die Rückkehrphase negativ zu beeinflussen.
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Diese und andere Vorteile der Erfindung werden noch
deutlicher aus der nachfolgenden Beschreibung eines
bevorzugten Ausführungsbeispiels und den beigefügten
Zeichnungen ersichtlich. Darin zeigt:
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Fig. 1 einen Teilschnitt einer
bevorzugten Ausführungsform des
Druckkopfes gemäß der Erfindung;
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die Fig. 2 und 3 in Draufsicht bezogen auf Figur 1,
die die Sandwich-Dämpfungsstruktur
für den Druckkopf gemäß Fig. 1
bildenden Elemente; und
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Fig. 4 in Draufsicht eine abgewandelte
Ausführungsform des Elements gemäß
Fig. 3.
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Figur 1 zeigt im Teilschnitt eine bevorzugte
Ausführungsform des Druckkopfes gemäß der Erfindung.
Der Druckkopf umfaßt eine kreisförmige Grundplatte
aus magnetischem Material, einen axial magnetisierten
toroidförmigen magnetischen Ring 2, einen
toroidförmigen Ring 3 aus magnetischem Material, und
eine Vielzahl radial um die Mittelachse des
Druckkopfes angeordneter zylindrischer Magnetkerne.
Eine Spule sitzt auf jedem der Magnetkerne. Einer
dieser Magnetkerne und seine zugeordnete Spule sind
in Figur 1 wiedergegeben und mit dem Bezugszeichen 4
bzw. 5 versehen.
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Der Druckkopf umfaßt ferner einen dünnen
kreisförmigen Ring 6 aus magnetischem Material sowie
einen weiteren kreisförmigen Ring 7 aus einem
Material, welches sowohl magnetisch als auch
elastisch ist, z.B. aus Stahl. Der Ring 7 ist mit
einer Vielzahl elastischer Zungen versehen, welche
nach innen auf die zentrale Achse des Druckkopfes
gerichtet sind. Die Anzahl der Zungen entspricht
derjenigen der zylindrischen Kerne, und jede Zunge
ist radial gegenüber einem entsprechenden
zylindrischen Kern ausgerichtet. Figur 1 zeigt eine
dieser Zungen mit dem Bezugszeichen 8.
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Der Druckkopf umfaßt ferner einen kreisförmigen Ring
9 zum Festhalten des Ringes 7 sowie einen Deckel 10
mit einer Nase 11, an deren Ende ein
Nadelfühungsstein 12 befestigt ist. Die verschiedenen
Elemente 1, 2, 3, 6, 7, 8, 9 sind fest eines über dem
anderen aufgeschicht und bilden eine einheitliche
Baugruppe, welche durch in geeignete Ausnehmungen
eingesetzte Schrauben zusammengehalten wird. Zwei
dieser Schrauben 13 und 14 sind gestrichelt in Fig. 1
wiedergegeben.
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Jede der elastischen Zungen 8 ist mit einem
zylindrischen Ansatz 15 aus magnetischem Material
versehen, welcher axial mit einem entsprechenden
zylindrischen Kern 4 ausgerichtet ist. Jede Zunge hat
ferner einen Betätigerarm 16, an dessen freiem Ende
eine Drucknadel befestigt ist. Die verschiedenen
Kerne 4, die Platte 1 und die Ringe 2, 3, 6 und 7
bilden eine Mehrzahl magnetischer Kreise, von denen
jeder durch einen beweglichen Anker geschlossen wird,
der aus einer elastischen Zunge 8 und einem Ansatz 15
besteht.
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Beim Fehlen magnetischer Kräfte erstreckt sich jede
elastische Feder 8 rechtwinklig zur Achse des
Druckkopfes, und ein Luftspalt in der Größenordnung
von 0,3 mm ist zwischen der unteren Fläche des
Ansatzes 5 und der Oberfläche der Magnetkerne 4
vorhanden. Infolge des vom Permanentmagneten 3
erzeugten Magnetfeldes sind die elastischen Zungen 8
jedoch normalerweise gegen die Kerne 4 gebogen, und
die Ansätze 15 liegen an den Kernen 4 an.
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Die selektive Erregung der einzelnen Spulen 5 dient
der selektiven Entmagnetisierung der verschiedenen
Magnetkreise und der selektiven Freigabe der
verschiedenen Zungen 8, so daß die entsprechenden
Drucknadeln betätigt werden und den Druckvorgang
bewirken.
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Wenn die einzelnen Spulen 5 abgeschaltet werden und
das Magnetfeld wieder erzeugt wird, werden die
einzelnen Anker, bestehend jeweils aus Zunge 8 und
Zapfen 15, gegen die Magnetkerne gezogen, und die
Ansätze schlagen an den Magnetkernen 4 an. Dieser
Anschlag verursacht beträchtliche mechanische
Spannungen in den Betätigerarmen 16, die auf Grund
ihrer eigenen Trägheit dazu neigen, sich zu biegen
und die schließlich infolge Ermüdung brechen.
Außerdem stellt sich eine Drehung der Ansätze 15 um
den Kontaktpunkt auf den Kernen 4 ein, was zur
Abnutzung führt. Diese Erscheinungen werden durch das
Auftreten von Rückfederungen noch komplizierter.
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Gemäß der Erfindung wird die bislang beschriebene
Struktur dadurch verbessert, daß ein sandwichförmiges
mehrschichtiges Dämpfungselement zwischen die
Oberseite der Magnetpole 4 und die Oberseite des
Toroidrings 2 auf der einen Seite und die Unterseite
des Ringes 3 und die Unterseite der Ansätze 15 auf
der anderen Seite eingesetzt wird.
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Wie Figur 2 deutlich zeigt, besteht das
mehrschichtige Element aus zwei flachen dünnen
Stahlblechen 18, 19, zwischen denen sich eine dünne
elastische Schicht, vorzugsweise aus Polyesterharz,
befindet. Beide Stahlbleche sind in ständigem Kontakt
mit der elastischen Schicht. In einem bevorzugten
Ausführungsbeispiel haben die drei Schichten eine
Dicke in der Größenordnung von 0,03 mm, und die
beiden äußeren Bleche bestehen aus magnetischem Stahl
guter Härte, beispielsweise vom Typ AISI R51 Stahl.
Ein Mehrschichtelement der oben beschriebenen Art hat
sich als besonders wirkungsvoll erwiesen zum Dämpfen
des Anschlages von Ankern und insbesondere der
Ansätze 15 gegen den Kopf des Magnetkerns. Infolge
dessen werden Spannungen in den Betätigerarmen sowie
ein Rückfedern stark reduziert, während die Abnutzung
und der Abriß des Polyesterfilms durch seinen Schutz
mittels der beiden äußeren Stahlbleche vermieden ist.
Zusätzlich wird die Freigabegeschwindigkeit des
Ankers vom Magnetkern erhöht, während die
Rückbewegung praktisch nicht beeinflußt wird. Diese
Erscheinung ergibt sich nicht nur aus der
Verringerung der Magnetkraft verursacht durch den
durch den Polyesterfilm gebildeten Luftspalt, sondern
aus Faktoren, welche aus folgendem resultieren.
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Die dünne Stahlbleche 18, 19, welche den
Polyesterfilm schützen und sich von jedem Magnetkern
4 zu den benachbarten Magnetkernen 4 auf einer Seite
erstrecken, so daß sie zwischen dem Permanentmagneten
2 und dem Toroidring 3 auf der anderen Seite liegen,
bilden einen magnetischen Nebenschluß für den vom
Permanentmagneten erzeugten Fluß. Dieser magnetische
Nebenschluß hat einen sehr kleinen Nutzquerschnitt
als Weg für den Magnetfluß und ist demzufolge
gesättigt, so daß er nur einen minimalen Anteil des
vom Permanentmagneten erzeugten Flusses ableitet. Er
hat deshalb eine vernachlässigbare Auswirkung auf die
vom Magnetfluß auf den Anker ausgeübte Anzugskraft.
Wird jedoch die dem Magnetkern zugeordnete Wicklung
zwecks Aufhebung des Magnetflusses eingeschaltet, so
bewirkt diese Erregung nur eine entsprechende
Verringerung des Magnetflusses, nicht jedoch eine
vollständige Neutralisierung. Der verbleibende
Magnetfluß, obwohl klein, wirkt der elastischen
Rückstellkraft des Ankers bei dessen Freigabe
entgegen und ist in einem bestimmten Umfang im
Nebenschlußweg wirksam, um diesen in Sättigung zu
halten und übt nur zum Teil eine Bremswirkung auf den
beweglichen Anker aus.
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Während Figur 1 ein Mehrschichtelement im Schnitt
darstellt, geben die Figuren 2 und 3 dieses Element
in Draufsicht bezogen auf Figur 1 wieder und zwar den
Polyesterzwischenfilm 20 bzw. die beiden
Metallschutzbleche 18, 19. Der Polyesterfilm hat die
Form einer Scheibe oder eines kreisförmigen Kranz es
mit einem Außendurchmesser gleich demjenigen des
Druckkopfes und einem Innenradius kleiner als dem
radialen Abstand der Kerne von der Druckkopfachse.
Die gestrichelten Linien zeigen die Zonen des Films
an, welche den Magnetkernen 4 gegenüberstehen. Drei
Öffnungen 22, 23, 24 dienen dem Einschub von
Justierstiften, welche die Befestigung des Films im
Druckkopf unterstützen. Andere Öffnungen 25, 26, 27
sind zum Einsetzen von Klemmschrauben, beispielsweise
den Schrauben 13, 14 in Figur 1 bestimmt.
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Man sieht aus Figur 3, daß die Metallschutzbleche 18
und 19 die gleiche Form haben wie der Polyesterfilm
sowie entsprechende Öffnungen für die Justierstifte
und Klemmschrauben.
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Zusätzlich können die Metallbleche 18 und 19
Öffnungen 28, 29, 30 aufweisen, welche in
Umfangsrichtung verlängert sind, wie dies in Figur 3
gezeigt ist oder welche über unterschiedliche Radien
bzw. Durchmesser verteilt sind, wie dies Figur 4
zeigt. Hierdurch wird der magnetische Widerstand des
magnetischen Nebenschlusses erhöht und kann an
spezielle Anforderungen angepaßt werden,
beispielsweise zwecks Erzielung einer besseren
magnetischen Entkopplung benachbarter Magnetkreise.
Dabei wird gleichwohl die Einheit jeder der beiden
Elemente 18, 19 beibehalten.