DE8028573U1 - Hochgeschwindigkeits-punktmatrix-drucker - Google Patents
Hochgeschwindigkeits-punktmatrix-druckerInfo
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Description
Anmelderin; Stuttgart, den 19.10.1980
Florida Data Corporation P 3938 X/Lö
3308 New Haven Avenue
West Melbourne
West Melbourne
Florida 32901, USA
Vertreter;
Kohler - Schwindling - Späth
Patentanwälte
Hohentwielstraße 4-1
Patentanwälte
Hohentwielstraße 4-1
7000 Stuttgart 1
Hochgeschwindigkeits-Punktmatrix-Drucker
Die Erfindung betrifft einen Punktmatrix-Nadeldrucker.
Ein bekannter derartiger Druckkopf (US-PS 41 36 978) umfaßt
sieben bis neun Moduln, von denen jedes eine Nadel zum Drucken von sieben bis neun Punktmatrixzeichen
steuert. Jeder Modul umfaßt einen Druckarm, der an einem Ende eine Nadel trägt, wobei der Arm am anderen Ende
von einer vorgespannten, kreuzförmigen Biegegliedanordnung getragen ist. Ein Weicheiseneinsatz bildet einen
Anker eines Elektromagneten und ist an dem Arm in der
Nähe des getragenen Endes angebracht. Der Elektromagnet sowie ein Permanentmagnet sind zusammen mit dem Anker
Teil eines magnetischen Kreises, wobei der Elektromagnet dem Dauermagnet in erregtem Zustand entgegenwirkt.
Normalerweise ist der Elektromagnet entregt und der Anker ist an den Pol des Elektromagneten aufgrund der Wirkung
des Dauermagneten herangezogen. Erregung des Elektromagneten bewirkt eine Verminderung des Flusses im magnetischen
Pfad, wodurch der Anker losgelassen wird und die vorgespannten, sich kreuzenden Biegeglieder den Arm
so bewegen, daß die Nadel auf die Oberfläche aufprallt, die bedruckt werden soll. Der Nadelarm prallt von der
Oberfläche zurück und wird von der Polfläche des Elektromagneten gefangen, wobei letzterer zu dem Zeitpunkt, an
dem sich der in seine Ruhestellung zurückschwingende Arm nähert, entregt ist.
Diese bekannten Moduln haben sich auf dem Markt gut eingeführt; sie erzielen Druckgeschwindigkeiten, die gleich
derjenigen von langsamen Zeilendruckern sind (600 Zeichen je Sekunde) und kosten erheblich weniger als solche
Zeilendrucker. Es haben sich jedoch bei längerem Gebrauch
einige Probleme gezeigt. Die zu geringe Starrheit zwischen der Polfläche und der Halterung der sich kreuzenden
Biegeglieder führt zu Reibbewegungen der sich berührenden Flächen von Anker und Polschuh, was zu Verschleiß
führt. Um nun die gewünschte Lebensdauer des Druckkopfes von mindestens 500 Millionen Zeichen zu erhalten
war es erforderlich, die aneinander liegenden Flächen zu ölen. Das Ölen dieser aneinander liegenden
Flächen führte aber zu zwei Schwierigkeiten: Die eine
davon liegt darin, daß die Benutzer des Druckers die Druckköpfe nicht ölen wollen, obwohl dieser Vorgang nur
acht Tropfen Öl erfordert und nur ein- bis zweimal pro Woche durchzuführen ist. Das zweite Problem liegt darin,
daß das Öl dazu führt, daß der Drucker gelegentlich einen Punkt oder zwei unterdrückt, wenn nach dem Ein-
f schalten der nachts durchweg abgeschalteten Maschine das
erste Zeichen gedruckt wird.
Schließlich ist auch der bekannte Druckkopf schwierig zu montieren und kostspieliger als gewünscht. Trotzdem
hat der bekannte Druckkopf auf dem Markt Eingang gefunden, weil er trotz der zuvor erläuterten lästigen Probleme
eine Geschwindigkeit von 600 Zeichen pro Sekunde erzielt und die Kosten noch erträglich sind.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, bei einem mehrere Moduln umfassenden Druckkopf eines Nadeldruckers
mit einem einen magnetischen Kreis bildenden Dauermagnet ν mit Polschuhen und je einem dem Dauermagnet entgegenwir
kenden Elektromagnet mit einer Spule und mit einem Polschuh und einem beiden Magneten gemeinsamen Anker, der
am Ende eines an Biegegliedern schwenkbar angebrachten Armes vorgesehen ist, an dessen anderem Ende eine Nadel
senkrecht zum Arm befestigt ist, die wirksame magnetische Kraft zu erhöhen, die Kühlung des Elektromagnets
zu verbessern, die Armhalterung zu versteifen zur Erhöhung der Lebensdauer, um den Verschleiß ohne die Verwendung
von Öl zu reduzieren, sowie die Herstellkosten und die Herstellzeit zu vermindern.
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Gelöst wird diese Aufgabe bei einem Druckkopf der vorgenannten Art erfindungsgemäß dadurch, daß die Polflächen
der Polschuhe in zueinander senkrechten Ebenen liegen und einander eng benachbart angeordnet sind, daß der
Anker mit entsprechenden, zu den Polflächen parallelen Flächen versehen ist, und daß ein Paar gekreuzter Biegeglieder
zur Bildung einer Schwenklagerung für den Anker vorgesehen ist und die Schwenkachse etwa in der Ebene
der Polfläche des Elektromagneten liegt, wobei dem Anker eine Bewegung entlang einer Bahn aufgezwungen ist, die
die Ebene der Polfläche des Elektromagneten schneidet, wodurch der Dauermagnet den Anker in Anlage an der Polfläche
des Elektromagneten und mit geringem Abstand von |
dem Dauermagnet-Polschuh hält. |:
Der magnetische Kreis ist bei dem erfindungsgemäßen Druckkopf gegenüber dem bekannten Druckkopf verbessert, |
so daß der magnetische Kreis und der Arm in derselben Ebene mit der Spule des Elektromagneten liegen, wobei
die Spule als außenliegendes Element eines jeden Moduls des Druckkopfes vorgesehen ist. Diese Anordnung ergibt
einen kurzen magnetischen Kreis und ermöglicht die Anordnung der Elektromagnete und insbesondere deren Spulen
an der Peripherie, wodurch die Spulen gut gekühlt sind. Dadurch können die Spulen mit einem hohen Strom belastet
werden, ohne daß sie durch Überhitzung beschädigt werden.
Bevorzugt ist ein einziger, kreisringscheibenförmiger Dauermagnet verwendet, der allen Moduln gemeinsam ist,
wodurch Aufbau und Zusammenbau des Druckkopfes vereinfacht sind. Insbesondere ist eine Basis oder Basisplatte
mit einer aufrechtstehenden, runden Nabe vorgesehen, und
es ist der Dauermagnet an der Nabe koaxial zu ihr befestigt. Die einzelnen Moduln sind aufrecht an einem
Plansch angebracht, der sich von der Basis der Nabe radial nach außen erstreckt. Der Dauermagnet läßt sich
leicht relativ zur Nabe positionieren und an ihr befestigen und es sind die Spulen der Elektromagnete an
Kernen montiert, die am Rand des Flansches befestigt sind. Polschuhe der Elektromagnete, die gleichzeitig
' ' die Biegeglieder für den Arm tragen, sind an denselben
Kernen befestigt und bilden ein im wesentlichen zur Basis paralleles Glied, wobei die Kerne etwa paralell zur Achse
der Nabe angeordnet sind. Wie nachher noch deutlicher erläutert wird können die Biegeglieder schnell und exakt
an den Polschuhen der Elektromagnete befestigt werden und bilden eine starre Tragstruktur.
Ein für die Betriebseigenschaften des Druckkopfes vorteilhafter Effekt der Erfindung beruht auf dem ringförmigen
Dauermagnet, der relativ dünn ausgebildet sein kann als Folge des Gesamtvolumens (und der daraus resultierenden
Gesamtflusses), die mit der ringförmigen Anordnung erzielbar sind. Der dünne Magnet ermöglicht es,
den magnetischen Kreis gegenüber dem bekannten Druckkopf zu kürzen und dadurch effektiver zu gestalten.
Außerdem vermindert die Anordnung der Magnetstruktur in Ausrichtung mit dem Arm die Länge des magnetischen Pfades,
so daß die Benutzung der speziellen Struktur in Verbindung mit dem ringförmigen Dauermagnet einen Pfad
ergibt, der deutlich kürzer ist als bei der bekannten Anordnung, wodurch der Gesamtwirkungsgrad der erfindungsgemäßen
Anordnung wesentlich vergrößert wird.
• ·
Die Anordnung der Spule eines jeden der Elektromagnete
im äußersten Randbereich eines jeden Modul ermöglicht eine gute Spulenkühlung und damit eine hohe Strombelastbarkeit.
Die zuvor erläuterte magnetische Struktur bildet im wesentlichen ein Rechteck, wobei der Flansch und der
Polschuh des Elektromagneten zwei der zueinander parallelen Seiten und der Kern (die Spule) und der Dauermagnet
mit der Nabe und dem Polschuh die beiden anderen zueinander parallelen Seiten bilden. Der Dauermagnet-Zweig
und der Polschuh des Elektromagneten sind kurzer als die zu ihnen parallelen Zweige, wodurch ein Luftspalt
in einer Ecke des magnetischen Kreises gebildet wird, in der der an dem Arm befestigte Anker vorgesehen
ist. Die Anordnung des Ankers in der Ecke des magnetischen Kreises führt zu einem extrem kleinen Anker, bezogen
auf die ausgeübten Kräfte und ermöglicht dadurch eine hohe Arbeitsgeschwindigkeit. Der Anker liegt in
der Ruhelage an dem Polschuh des Elektromagneten an und weist ständig einen engen Luftspalt als Abstand vom Polschuh
des Permanentmagneten auf.
Die Anordnung des Ankers in der Ecke des magnetischen Kreises führt dazu, daß die Magnetstruktur auf einer
Seite des Armes angeordnet ist. Der Arm bewegt sich beim Druckvorgang von dieser Struktur weg und kann daher
nahe zu der zu bedruckenden Oberfläche angeordnet werden. Es können daher gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung so kurze Nadeln verwendet werden, die
den Einsatz einer Führungsplatte unnötig machen, wodurch eine weitere Verschleißursache ausgeschaltet werden kann.
Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung beruht auf der Ausbildung der Halterung des Ankers, die
zu einem erheblich verminderten Verschleiß der aneinander anliegenden Oberflächen von Anker und Elektromagnetpolschuh
führt. Die den Arm tragenden, sich kreuzenden Biegeglieder sind so angeordnet, daß die wirksame Schwenk
achse des Armes sich in der Ebene der Grenzfläche zwisehen Anker und Elektromagnetpolschuh befindet. Als Folge
ergibt sich ein praktisch völliges Fehlen von Gleitbewegungen der betreffenden, aneinander anliegenden Oberflächen,
wodurch die Lebensdauer des Druckkopfes stark erhöht wird. Außerdem ist die Traganordnung extrem starr,
weil die Biegeglieder unmittelbar an dem Polschuh und eng benachbart zur Polfläche befestigt sind. Dadurch
werden alle schwingungsbedingten Bewegungen des Polschuhs auf den starr gekoppelten Anker übertragen, so
daß praktisch keine Relativbewegung zwischen Polschuh und Anker auftritt, was Verschleiß und die Notwendigkeit
der Schmierung ausschaltet.
Der erfindungsgemäße Druckkopf erreicht Dauerarbeitsgeschwindigkeiten
von 800 Zeichen Je Sekunde, wobei es sich herausgestellt hat, daß kein bemerkenswerter Verschleiß
nach 400 Betriebsstunden (800 χ 10 Zeichen) ohne Schmierung auftrat.
Durch die Erfindung wird also ein Hochgeschwindigkeits-Punktmatrix-Druckkopf
geschaffen, der eine große Lebensdauer aufweist. Dabei ist der erfindungsgemäße Druckkopf
preiswerter herstellbar und leichter, da er nur etwa ein Drittel so viel Teile aufweist wie der bekannte
Druckkopf.
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Dabei ist von Vorteil, daß erfindungsgemäß die sich kreuzenden Biegeglieder, die den Druckarm tragen, eine
Schwenkachse des Armes ergeben, die in der Ebene der Anlagefläche des Ankers am Polschuh des Elektromagneten
liegt.
Von Vorteil ist schließlich, daß der magnetische Kreis rechteckförmig gestaltet und der Anker in einer Ecke
des Rechtecks angeordnet ist, weil dadurch die durch den Magnetfluß in den Spalten erzeugten Drehmomente zwischen
Anker und magnetischen Kreis sich addieren.
Von Vorteil ist schließlich, daß die Steuerung der Bewegung der von einem Arm getragenen Nadel zwischen der
Ruhe- und der Druckstellung durch ein Modul erfolgt, bei dem der steuernde magnetische Kreis sich im wesentlichen
völlig auf der der zu bedruckenden Oberfläche gegenüberliegenden Seite des Armes befindet.
Durch die Verwendung eines einzigen Dauermagneten für eine Gruppe von Moduln wird ein Punktmatrix-Drucker geschaffen,
bei dem die Steuerung des Druckvorganges durch selektrive Erregung unterschiedlicher Elektromagnete
eines jeden Moduls erfolgt, die dem durch den allen Moduln gemeinsamen Dauermagnet erzeugten Fluß entgegenwirken
.
Weitere Einzelheiten und Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung
einer in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform, Es zeigen:
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Pig. 1 eine Draufsicht auf einen Druckkopf
von der Nadelseite her unter Darstellung einer ersten Ausführungsform der
Modul- und Nadelanordnung,
Fig. 2 eine Draufsicht von der Nadelseite her
auf ein einzelnes Modul,
Pig. 3 einen Schnitt nach der Linie 3-3 der
Fig. 2,
Pig. 4 eine perspektivische Explosionsdarstellung der Biegeglied- und Armträger sowie
des Ankers,
Pig. 5 eine Endansicht des Ankers und der Arm-
und Biegegliedträger der Mitte eines Moduls,
Pig. 6 eine Endansicht des Ankers und des Biegegliedträgers von außerhalb dessen
Modul,
Pig. 7 einen Schnitt nach der Linie 7-7 der Fig.
und
Fig. 8 eine Seitenansicht einer modifizierten
Ausführungsform der Anordnung gemäß den Fig. 1 bis 7.
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Anschließend verwendete Ausdrücke, die Orts- und Raumangaben bezeichnen, wie "vertikal, horizontal, Oberplatte, Grundplatte" dienen lediglich der leichteren
Erläuterung und geben nicht die Benutzungslage der Teile
im Raum an. Vielmehr ist die Position des Druckkopfes auf dem Druckwagen so, daß vertikale Elemente im allgemeinen
horizontal angeordnet sind und Ober- und Grundplatten zu Seitenplatten werden.
In Pig. 1 ist eine Draufsicht eines Druckkopfes dargestellt, wobei allerdings die Nadel- und Streifenführung
sowie die Oberplatte entfernt sind. Die dargestellte Ausführungsform umfaßt acht Nadeltreiber 1 zum Drucken
eines Schriftkegels mit sieben χ fünf, sieben χ sieben oder sieben χ acht oder noch höherer Auflösung, wobei
die achte Nadel für den Absteiger oder Absenker vorgesehen ist. Es können auch Schriftkegel mit sieben χ
sieben und neun χ sieben zum Drucken von Ober- und Untertypen
verwendet werden. Bei acht χ sieben oder neun χ sieben-Schreibkegeln können alle vertikalen Positionen
nach Bedarf gedruckt werden.
Der in Fig. 1 dargestellte Druckkopf ist von einem Druckwagen gehalten, der nicht dargestellt ist und durch dessen
Bewegung eine Typenzeile gedruckt werden kann.
Gemäß der Darstellung in den Fig. 1 bis 3 sind die Nadeltreiber 1 etwa entlang einem Kreis um einen Mittelpunkt
des Kopfes angeordnet. Dabei ist keine exakte konzentrische Lage vorgesehen, um einerseits einen ausreichenden
Platz an den nadelseitigen Enden von Armen 7 zu erhalten und Nadelbiegungen klein zu halten; die Nadeln sind in
zwei parallelen Reihen 3 und 4- mit jeweils vier Nadeln
angeordnet und werden an ihren oberen Enden abgelenkt zur Bildung einer einzigen Reihe aus acht Nadeln.
Die Nadeln 6 sind an jeweils einem Ende von etwa radial angeordneten Armen 7 befestigt, die durch Biegeglieder 8
schwenkbar sind.
Die Arme 7 erstrecken sich über Glieder eines magnetischen Kreises 9 und sind von sich kreuzenden Biegegliedern
11 und 12 an ihren rechten bzw. oberen Enden gehalten, wie es die Ansicht eines Polschuhes 13 des magnetischen
Kreises in Pig. 3 zeigt.
Der magnetische Kreis umfaßt eine in Fig. 3 dargestellte
Basis 14 mit einer nach oben ragenden, zentral angeordneten,
hohlen, zylindrischen Nabe 16, die an ihrem oberen Ende in eine sich nach innen erstreckende Scheibe 17
mit einer zentralen Öffnung 18 übergeht. Das untere Ende der Nabe 16 geht über in einen sich radial nach außen erstreckenden
Plansch 15, der mit Bohrungen versehen ist zur Aufnahme von Maschinenschrauben 10, die zur Befestigung
der Polschuhe 13 und von Spulen 31 an der Anordnung dienen.
Ein im wesentlichen ringförmiger Dauermagnet 19 mit einer zentralen Öffnung 21 ist an der Oberseite der Scheibe 17
der Nabe 16 koaxial angeordnet.
Mittels zweier Haltescheiben, nämlich einer oberen Haltescheibe 22 und einer unteren Haltescheibe 23 ist der
Permanentmagnet 19 zwischen der Scheibe 17 und einer v/eiteren Scheibe 24 fixiert. Die Scheibe 24 ist koaxial
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zur Nabe 16 angeordnet und mit einer zentralen Öffnung 26 versehen; sie weist eine Vielzahl von Polschuhen 27
auf, die sich von dem äußeren Umfang entlang der Mittelebene der Arme 7 nach außen erstrecken.
Der Polschuh 13 der elektromagnetischen Struktur ist am oberen Ende eines Hohlzylinders 29 angeordnet, mit dem
er vorzugsweise einstückig hergestellt ist und der mittels der Maschinenschraube 10 am Flansch 15 befestigt
ist. Die Achse des Zylinders ist parallel zur Achse der Nabe 16; dabei befindet sich der Polschuh 13 des Elektromagneten
an dessen oberem Ende und es erstreckt sich dessen untere horizontale Oberfläche 30 unmittelbar oberhalb
der Ebene der oberen Oberfläche der Scheibe 24. Die Spule 31 aus isoliertem Draht ist auf den Zylinder 29
aufgesteckt und bildet die Wicklung des Elektromagneten.
Der Hauptteil des Polschuhes 13 erstreckt sich von der Oberfläche 30 nach oben und bildet ein aufrecht stehendes
Glied 32, das über den Umriß des Hohlzylinders 29 horizontal übersteht und insbesondere entlang der Mittelebene
des Armes 7 und quer dazu sich nach innen erstreckt.
Der nach innen sich erstreckende Bereich des Gliedes endet entlang seiner Oberfläche 30 in einer verlängerten
vertikalen Oberfläche 33, die den Pol des Elektromagneten bildet, wie es in Fig. 4- gezeigt ist. Die Oberfläche
endet in ihrem oberen Bereich in einer breiten, quer f verlaufenden horizontalen Nut 34-, die ihrerseits an |
einem nach innen gerichteten Vorsprung endet, der durch § eine vertikale Aussparung 36 gegabelt ist, die in der |
Mittelebene des Armes 7 liegt und dadurch zwei Biege- | glied-Halteelemente 37 und 38 bildet. Die Halteelemente |
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37 und 38 weisen vertikale Oberflächen 39 und 41 auf, die zwischen der Nut 34 und der Oberseite des Gliedes 32
liegen. Diese Oberflächen bilden Tragoberflächen für das blattfederartige Biegeglied 12 der aus sich kreuzenden
Biegegliedern gebildeten Halterung des Armes 7·
Die Aussparung 36 im Glied 32 des Polschuhes 13 endet in einer flachen horizontalen Oberfläche 42, die den Träger
für das zweite, als Blattfeder ausgebildete Biegeglied 11 der Halterung des Armes 7 bildet.
Eine Mehrzahl von weiteren Aussparungen, Nuten und Einschnitten sind in das Glied 32 eingearbeitet, diese
dienen jedoch in erster Linie der Gewichtsreduzierung sowie der vereinfachten Herstellbarkeit.
Der Arm 7 trägt an seinem der Nadel 6 entfernten Ende einen Anker 46 des magnetischen Kreises, der gleichzeitig
als Verbindung zwischen den Biegegliedern 11 und 12 und dem Arm 7 dient. Wie in Fig. 4 dargestellt weist der
Anker eine Breite auf, die im wesentlichen gleich der Breite der Oberfläche 33 des Gliedes 32 ist, wobei seine
Höhe etwa das Doppelte dieser Fläche ist, wodurch eine der Oberfläche 33 gegenüberliegende Oberfläche 45 gebildet
ist. Der Anker weist einen zentral angeordneten, nach oben gerichteten Vorsprung 47 mit einer flachen,
horizontalen, oberen Oberfläche 48 auf, die zur Befestigung des anderen Endes des als Blattfeder ausgebildeten
Biegegliedes 11 dient.
Der rückwärtige Bereich des Ankers 46 an der der Oberfläche 45 gegenüberliegenden Seite (in Fig. 4 rechts
und in Fig. 3 links dargestellt), ist beidseitig von
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dem Vorsprung 47 rait je einer Vertiefung 51 und 52 versehen. Das blattfederartige Biegeglied 12 ist gegabelt
und bildet ein nach unten offenes, U-förmiges Element mit Schenkeln 55 und 54 sowie einen die Schenkel verbindenden
Steg 56. Die Enden der Schenkel 53 und 54 befinden
sich in den Vertiefungen 51 und 52 und sind mit den angrenzenden Oberflächen durch Hartlötung verbunden.
Der Steg 56 des U-förmigen Gliedes ist mit den Oberflächen 39 und 41 des Gliedes 32 verbunden, vorzugsweise
ebenfalls durch Hartlötung.
Der Arm 7 ist Gegenstand der US-Anmeldung SN 865, 006 vom 27.12.1977 und der Ausscheidungsanmeldung SN 29,
vom 13. April 1979 des selben Erfinders und der selben Anmelderin wie der vorliegenden Anmeldung; er ist mit
zwei seitlichen Laschen 57 versehen, die Oberflächen gegenüberliegen, die sich von der Oberfläche 48 des
Ankers nach unten erstrecken; die Laschen 57 sind an die Oberflächen 49 hart angelötet.
Wie aus Fig. 3 ersichtlich sind die verschiedenen Elemente
des Druckkopfes so bemessen, daß der Anker 46 parallel und unmittelbar oberhalb des Polschuhes 27 der
Scheibe 24 liegt und einen schmalen Luftspalt 58 zwischen
Anker 46 und Polschuh 27 begrenzt. Ist die Spule 31 des Elektromagneten nicht erregt so hält der von dem
Dauermagnet 19 gelieferte magnetische Fluß den Anker in Anlage an der Oberfläche 33 des Elektromagneten. In
dieser Position sind die Biegeglieder 11 und 12 erheblich vorgespannt und üben ein im Uhrzeigersinn wirkendes
Drehmoment um das Zentrum der sich kreuzenden Biegeglieder 11 und 12 auf den Arm 7 aus, das eine Aufwärtsbewegung
der Nadel 6 hervorzurufen sucht.
In der in Fig. 3 dargestellten Position des Ankers kreuzen sich die Mittellinien der Biegeglieder 11 und 12
in einem Punkt 20 im Raum, der in der Beruhrungsebene zwischen der Oberfläche 4-5 des Ankers 4-6 und der Oberfläche
33 des Gliedes 32 liegt. Dieses Merkmal ist durch
entsprechende Dimensionierung des Ankers 46 und des Gliedes 32 erzielt, so, daß das Biegeglied 12 gemäß der Darstellung
in den Fig. 3 und 7 abgekürzt sein muß, wodurch es das Biegeglied 11 an der zuvor erwähnten Stelle schnei·
det. Dieses Merkmal ist von besonderer Bedeutung für die Erzielung eines großen Lebensdauer ohne Schmierung, weil
es dafür sorgt, daß die Aufprallkraft des Ankers 46 an der Oberfläche 33 exakt senkrecht zur Oberfläche erfolgt
und dadurch ein Reiben der Oberflächen gegeneinander vermieden wird.
Ein v/eiteres wichtiges Merkmal, das zur Verminderung des
Verschleißes beiträgt, ist die Verwendung des Polschuhes 13 als Träger für die Biegeglieder 11 und 12. Der Arm
kann ganz nahe an den Polschuh 13 herangeführt werden,
-wodurch eine steife Struktur gebildet wird, die, falls überhaupt, nur eine sehr kleine Schleifbewegung zwischen
dem Anker 46 und dem Polschuh 13 zuläßt. Dadurch tritt
praktisch kein Verschleiß der Einzelteile auf und es wird eine hohe Lebensdauer erzielt; Anker und Polschuh
sind dabei die einzigen Teile, die mechanischer Abnutzung unterliegen, abgesehen von der Führungsplatte
und den Nadeln, die aber ohne Bedeutung für den Erfindungsgegenstand sind.
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Die Anordnung der Halterung für den Arm 7 vereinfacht und erleichtert den Zusammenbau des Druckkopfes in großem
Ausmaß. Der Anker wird am Arm 7 und den Biegegliedern und 12 befestigt und dann gegen die Oberfläche 33 des
Gliedes 32 in exakter Ausrichtung gepreßt. Die Biegeglieder werden dann an ihren Tragoberflächen befestigt
und es ist damit die Montage beendet.
Die Feststellung, daß der Anker 46 in einer Ecke einer im wesentlichen rechteckförmigen Struktur des magnetischen
Kreises angeordnet ist, bezieht sich auf den Umstand, daß der Flansch 15 den unteren Bereich des Rechtecks bildet,
während der Hohlzylinder 29 dessen rechte Seite bildet. Der untere horizontale Bereich des Gliedes 32 ist
ein oberes Seitenteil des Rechteckes und die Nabe 16, der Dauermagnet 19 und die Scheibe 24 bilden dessen linken
Bereich. Der Polschuh 27 der Scheibe 24- und der Anker vervollständigen den linken und den oberen Teil des
Recktecks. Es wird darauf hingewiesen, daß alle die erwähnten Einzelteile mit Ausnahme des Dauermagneten 19
aus einem hochpermeablen Material bestehen wie beispielsweise aus Weicheisen oder Siliziumverbindungen oder aus
einem der neueren Werkstoffe, die sogar noch höhere Flußdichten zulassen. In vielen Fällen werden jedoch
Weicheisen oder Siliziumverbindungen bevorzugt, da sie preiswert sind und leicht bearbeitet werden können.
Durch magnetische Kräfte hervorgerufene Drehmomente in
den beiden Luftspalten, die sich ergeben, wenn der Anker 46 abgehoben wird, addieren sich wegen der Art der
Positionierung dieses Ankers. Während eines Druckzyklus wird der Elektromagnet erregt und erzeugt einen Fluß,
der dem des Dauermagneten 19 entgegengerichtet ist, so
daß die auf den Anker 46 ausgeübte magnetische Kraft
weit unter diejenige Kraft reduziert wird, die von den Biegegliedern 11 und 12 aufgebracht wird. Der Arm 7
schwenkt um das Biegezentrum im Punkt 20, wodurch die Nadel 6 auf ein Farbband aufschlägt, wodurch dieses auf
die zu bedruckende Oberfläche gepreßt wird. Die Schwenkbewegung des Armes um seine Schwenkachse führt zur Bildung
eines Luftspaltes zwischen den Oberflächen 33 und 4-5. Der Spalt zwischen dem Anker 4-6 und dem Polschuh 27
der Scheibe 24- vergrößert sich ebenfalls, weil der Anker sowohl nach oben als auch nach links um seine Achse
schwenkt.
Die Aufschlagkraft der Nadel auf dem Farbband, dem Papier und der Auflage bewirkt ein Rückprallen des Armes; vor
diesem Zeitpunkt wird der Elektromagnet entregt. Dadurch wird der wirksame Magnetfluß in den erwähnten Luftspalten
wieder wirksam und zieht den Anker in die in Fig. 3 dargestellte Position. Die abwärts gerichtete, auf den
Anker wirkende Kraft liegt völlig links vom Schwenklager .( v und bewirkt daher ein Drehmoment, das zu einem Schwenken
des Armes 7 im Gegenuhrzeigersinn führt. Die auf den
Anker von dem aus der Poioberfläche 33 austretenden Fluß ausgeübte Kraft ist horizontal gerichtet und verläuft
unterhalb der Schwenkachse und übt daher ebenfalls ein Drehmoment im Gegenuhrzeigersinn auf den Arm aus.
Es addieren sich daher die auf den Arm wirkenden Kräfte und sind größer als bei in ihrer Größe vergleichbaren
bekannten Anordnungen.
Der Aufbau des magnetischen Kreises, wie er vorstehend beschrieben wurde, ist sehr kompakt, so daß die Länge
des magnetischen Kreises auf ein Minimum reduziert ist,
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das im Grunde nur durch die Größe der wesentlichen Komponenten des magnetischen Kreises bestimmt ist. Die
Länge der Struktur bestimmt neben anderen Einflüssen den magnetischen Widerstand (Reluktanz) des Magnetpfades
und damit den Fluß, der darin durch den Magnet hervorgerufen werden kann. Es hat sich herausgestellt, daß die
Verminderung der Pfadlänge zu einer Verminderung des Streuflusses führt und eine Verkleinerung der Magnetdicke von 20 % erlaubt, verglichen mit der bekannten,
geschützten Anordnung.
Ein weiteres Merkmal, das zu den gesamten Betriebseigenschaften des Druckkopfes beiträgt ist die Anordnung der
Spulen 31 im äußeren Bereich des Druckkopfes. Dadurch wird ein gute Kühlung erreicht, wodurch ein relativ
starker Spulenstrom verwendet werden kann ohne Überhitzung zu bewirken. Als Folge hiervon können die Spulen
kleiner (kurzer) ausgebindet werden, wodurch die Magnetpfadlänge
zusätzlich vermindert wird. Gemäß den vorstehend geschilderten Eigenschaften, nämlich der sich
addierenden Kräfte in den Luftspalten, des hohen Flusses im magnetischen Kreis aufgrund seiner minimalen Länge
und des hohen Stromes, der in den Spulen zulässig ist, wird ein Druckkopf verwirklicht, mit r>em Dauerarbeitsgeschwindigkeiten
von 800 Zeichen je Sekunde (3,8 kHz) erzielt werden können. Die Losreiß- und Rückholkräfte,
die auf den Anker wirken, sind im wesentlichen gleich, so daß ein rasches Zurücklaufen des Armes erreicht wird;
auch dies trägt zu der hohen Betriebsgeschwindigkeit bei.
Die zuvor erwähnte Arbeitsgeschwindigkeit führt zu einem Druckvorgang mit etwa sechs Zeilen mit 132 Typen je Se-
künde; diese Zahl wird etwas reduziert (auf fünf derartige
Zeilen) wenn Durchsatzgeschwindigkeiten aufgrund von Nicht-Druck-Zeiten während des Wagenrücklaufes einbezogen
werden, obwohl die verlorene Zeit durch Drucken in beiden Richtungen vermindert v/erden kann.
Der in den Fig. 1 bis 7 dargestellte Druckkopf arbeitet mit langen Nadeln, so daß eine nicht dargestellte Führungs-C
platte für die Nadeln zwischen den Armen 7 und der Ober
fläche, auf die die Nadeln aufprallen, angeordnet werden
kann. Diese Führungsplatte führt zu einer Durchbiegung der Nadeln, so daß alle Nadelenden zu einer einzigen
Reihe ausgerichtet sind. Die Nadeln können in der Position gemäß Fig. 1 gehalten sein, um einen großen Raum zwischen
den die Nadeln aufnehmenden Öffnungen in der Führungsplatte zu erhalten. Es ist offensichtlich, daß dann,
wenn alle Nadeln 6 in einer einzigen Reihe angeordnet sind, das Material zwischen den Aussparungen sehr dünn
und dadurch das Bohren der Aussparungen aufwendig ist. Das Staffeln der Nadeln erhöht das Volumen des Materials
zwischen den Aussparungen und reduziert die Bohrkosten. Bei einer solchen Anordnung und bei dem Druckkopf gemäß
Fig. 8 sind die Nadeln um eine entsprechende Anzahl von Zeitzyklen des Drucktaktgebers in den elektronischen
Steuerschaltungen zueinander versetzt. Bewegt sich beispielsweise der Druckkopf in der Ansicht gemäß 11Ig. 1
von links nach rechts dann werden die entsprechenden Nadeln der rechten Reihe betätigt und es werden entsprechende
Nadeln der linken Reihe betätigt nach einer Verzögerungszeit, die gleich der Zeit ist, die erforderlich
ist, um den Kopf um eine Strecke zu bewegen, die gleich dem Abstand zwischen den Mittellinien der rechten
und der linken Nadelreihe ist. Dadurch werden die Auf-
- 20 -
drucke auf dem Druckträger ausgerichtet.
Die Führungsplatte wird verwendet, wenn mit unterschiedlicher Schritteilung gedruckt werden soll oder wenn eine
exaktere Ausrichtung der Nadeln verlangt wird, um ausgezeichnete Abdrucke zu erzielen. Muß ,jedoch die gewünschte
Druckqualität nicht so hoch sein, so wird eine ausreichende Qualität durch die Anordnung gemäß Fig. 8
erzielt, bei der die Führungsplatte entfällt und stattdessen kurze Nadeln verwendet werden, wodurch das
Schlagen der Nadeln soweit reduziert wird, daß eine annehmbare Druckqualität erreicht wird.
In Fig. 8 ist eine derartige Kurznadelversion des Druckkopf es dargestellt. Gleiche Teile sind mit den selben
Bezugsziffern v/ie in den Fig. 1 bis 7 (um einen Anführungsstrich ergänzt) versehen, da diese Teile in beiden
Versionen identisch sind.
In der Kurznadelversion des Druckkopfes sind alle Teile
mit Ausnahme der Nadel und des Armes identisch. Der zusätzliche Raum oberhalb der Scheibe 24 kann ausgeschaltet
werden. Ein Druckarm 7' gemäß Fig. 8 ist von den Laschen "37 nach links hin nach oben abgewinkelt, wodurch
eine kurze und kräftige Nadel verwendet werden kann, die das Farbband und das Papier erreicht, die sich im Abstand
zum oberen Ende des Gliedes 32 befinden müssen. Dieser Abstand wird gering gehalten, um die Seitenbewegung der
Nadel zu vermindern, wenn sie auf das Band und das Papier auftrifft, wodurch ein Verschmieren vermieden wird
und die Ausrichtung der auf das Papier aufgebrachten
Punkte nicht übermäßig abhängig ist von der Nadelbewe-
gung, die zur Erzeugung der Punkte erforderlich ist. Im
übrigen ist die Wirkungsweise der Anordnung gemäß Fig.
identisch mit der der zuvor beschriebenen Ausführungsform.
Ein wesentliches Merkmal des Druckkopfes gemäß Fig. 8
liegt darin, daß aufgrund der Anordnung des Druckarmes oberhalb aller anderen Elemente des Druckkopfes ein aufwärts
abgewinkelter Arm verwendet werden kann, ohne daß irgend eine Abänderung anderer Elemente des Druckkopfes
gegenüber den anderen Figuren erforderlich ist. Alle übrigen Vorteile der Langnadelversion werden auch bei
der Kurznadelversion erzielt.
Zusammengefaßt liegen einige der Merkmale, die zur hohen Arbeitsgeschwindigkeit und der langen Lebensdauer des
Druckkopfes beitragen, darin, daß der elektromagnetische Pol und der Träger der Biegeglieder des Armes aus einem
einzigen Stück gebildet sind, so daß beim Auftreten von Schwingungen der Pol und der Träger sich gemeinsam bewegen,
um Reibung des Ankers am Polschuh zu minimieren. Darüberhinaus ist die Anordnung von Arm und Anker so
getroffen, daß der Anker unmittelbar von den Biegegliedern gehalten ist, was in Verbindung mit der winzigen Masse
des Armes eine erhebliche Einschränkung unerwünschter Bewegungen des Ankers relativ zum Polschuh ergibt, also
Schwingungen des Ankers und des Systems stark gedämpft sind. Ferner vermindert die Möglichkeit, die Schwenkachse
in die Ebene der Polschuh-Anker-Trennfläche zu legen, Relativbewegungen zwischen den sich berührenden
Oberflächen zusätzlich. Eine zusätzliche Dämpfung der Schwingungen des Armes ergibt sich aus dem Umstand, daß
die beiden wirksamen Luftspalte (wenn der Arm vom Druckvorgang zurückkehrt) zusammenwirken und den Anker zurückziehen,
wodurch sie ein definiertes Armmoment erzeugen.
Das Ergebnis der vorstehenden Merkmale ist ein Druckkopf, der bequem mit einer Arbeitsgeschwindigkeit von 800 Zeichen
je Sekunde eingesetzt werden kann und eine nahezu unbegrenzte Lebensdauer aufweist, abgesehen von dem Verschleiß
der Nadeln in der Führungsplatte, soweit eine solche verwendet wird.
Es versteht sich, daß die Erfindung nicht auf die dargestellten Ausführungsformen beschränkt ist, sondern Abweichungen
davon möglich sind, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen, wie er durch die folgenden Ansprüche
abgesteckt wird.
P 5938
Hochgeschwindigkeits-Punktmatrix-Drucker
Zusammenfassung
Ein kompakter, leichter, Hochgeschwindigkeits-Punktmatrix-Druckkopf
umfaßt eine etwa kreisförmige Anordnung von Nadeltreibern. Der Druckkopf umfaßt einen etwa kreisförmigen
Dauermagnet, der allen Treibern gemeinsam ist, und der in der Mitte des Druckkopfes angeordnet ist.
Jeder Treiber umfaßt einen Arm, an dessen einem Ende eine etwa senkrecht zum Arm vorstehende Nadel befestigt
ist, wogegen am anderen Ende des Armes ein Anker eines Elektromagneten angebracht ist. Ein magnetischer Kreis
eines jeden Treibers umfaßt einen Sektor des Dauermagneten und einen gegengeschalteten Elektromagneten in
einer kurzen, im wesentlichen rechteckförmigen Anordnung, wobei der Anker in einer Ecke der Anordnung vorgesehen
und diese Ecke durch einen Polschuh des Elektromagneten und einem Polschuh des Dauermagneten gebildet ist. Der
Arm ist von sich kreuzenden Biegegliedern getragen, die eine Schwenkachse für den Arm definieren, die in der
Ebene der Grenzfläche des Ankers und des Polschuhes des Elektromagneten liegt zur Verschleißminderung. Die Gestaltung
der Anordnung bewirkt, daß die Luftspaltkräfte sich addierende Momente erzeugen. Die rechteckförmige
Anordnung ermöglicht es, die Spule des Elektromagneten als äußerste Komponente eines jeden Treibers vorzusehen,
so daß eine ausreichende Kühlung der Spule ohne weiteres erzielt werden kann, wodurch die Verwendung hoher Ströme
möglich ist, die zur Erzielung der gewünschten Arbeitsgeschwindigkeit (800 Zeichen je Sekunde) erforderlich
ist, ohne daß die Spulen gefährdet sind. Die hohe Strombelastbarkeit der Spulen und die kompakte magnetische
Anordnung ergeben eine zuverlässige Betriebsweise.
Claims (12)
- ansprücheMehrere Moduln umfassender Druckkopf eines Nadeldruckers, mit einem einen magnetischen Kreis bildenden Dauermagnet mit Polschuhen und je einem, dem Dauermagnet entgegenwirkenden Elektromagnet mit einer Spule und mit einem Polschuh, und mit einem beiden Magneten gemeinsamen Anker, der am Ende eines an Biegegliedern schwenkbar angebrachten Armes vorgesehen ist, an dessen anderem Ende eine Nadel senkrecht zum Arm befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Polflächen der Polschuhe (13 und 27) in zueinander senkrechten Ebenen liegen und einander eng benachbart angeordnet sind, daß der Anker (4-6) mit entsprechenden, zu den Polflächen parallelen Flächen versehen ist, und daß ein Paar gekreuzter Biegeglieder (11 und 12) zur Bildung einer Schwenklagerung für den Anker (4-6) vorgesehen ist und die Schwenkachse (20) etwa in der Ebene der Polfläche (33) des Elektromagneten (13, 29, 31) liegt, wobei dem Anker eine Bewegung entlang einer Bahn aufgezwungen ist, die die Ebene der Polfläche (33) des Elektromagneten schneidet, wodurch der Dauermagnet (19) den Anker in Anlage an der Polfläche des Elektromagneten und mit geringem Abstand von dem Dauermagnet-Polschuh (27) hält.
- 2. Druckkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Dauermagnet (19) allen Moduln-(1) gemeinsam ist.
- 3. Druckkopf nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Dauermagnet (19) die Gestalt einer Scheibe aufweist, daß er mit einer Scheibe (24) mit Polschuhen (27) versehen ist, und daß die Modu]n etwa kreisförmig entlang der Scheibe (24) angeordnet sind.
- 4. Druckkopf nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Basis (14) mit einer zentralen Nabe (16) und einem daran anschließenden Plansch (15) vorgesehen ist, daß der Dauermagnet (19) koaxial an der Nabe (16) befestigt ist, und daß die Elektromagnete (13, 29, 31) an dem Flansch (14) befestigt sind.
- 5. Druckkopf nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Polschuh (13) jedes Elektromagneten an dem dem Plansch (15) abgewandten Ende der Spule (31) angeordnet ist, und daß die Biegeglieder (11 und 12) an diesem Polschuh (13) befestigt sind.
- 6. Druckkopf nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Modul einen Arm (7) umfaßt, und daß je ein Arm an je einem Polschuh (13) angebracht ist.
- 7. Druckkopf nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß an jedem Arm (7) eine Nadel (6) befestigt ist, daß die Nadeln (6) in zwei Reihen (3 und 4) ausgerichtet sind und dabei jede Nadel etwa gleichen Abstand zu benachbarten Nadeln aufweist, und daß die Nadel (6) jeweils in der Mittelebene ihres Armes (7) liegt.
- 8. Druckkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Elektromagnet einen mit dem Polschuh (13) einstückigen Kern (29) umfaßt, der aus einem Material hoher Permeabilität besteht.
- 9. Druckkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektromagnete etwa äquidistant zueinander angeordnete Spulen (31) aufweisen, deren Achsen zueinander und zur Achse des Dauermagneten parallel sind.
- 10. Druckkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Polschuh (13) jedes Elektromagneten sich in Richtung auf die Achse des Dauermagneten (19) erstreckt, daß je ein Dauermagnetpolschuh (27) an der dem Flansch (15) abgewandten Seite des Dauermagnets (19) vorgesehen ist, dessen Außenfläche radial innerhalb des Polschuhes (13) des Elektromagneten diesem benachbart angeordnet ist, und daß der zugeordnete Anker (46) im geringen Abstand zu dem Dauermagnetpolschuh (27) gehalten und in Anlage an dem Polschuh (13) des Elektromagneten bewegbar ist,
- 11. Druckkopf nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Polschuh (13) zwei Halteoberflächen (39, 41 und 42) vorgesehen sind, die einander benachbart und zueinander senkrecht radial bzw. axial ausgerichtet sind.
- 12. Druckkopf nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgespannten Biegeglieder (11 und 12), dieden Anker (46) tragen, sich in einer Ebene (33, 45) kreuzen, die mit der Ebene der Anlage des Ankers (46) an dem Polschuh (13) des Elektromagneten zusammenfällt, wobei die Biegeglieder einerseits an dem Anker und andererseits an je einer der Halteflächen (39, bzw. 42) des Elektromagneten-Polschuhes (13) befestigt sind.13· Druckkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Arme (7), an denen jeweils ein Anker (46) befestigt ist, etwa zur Mittelachse des ringförmigen Dauermagneten (19) erstrecken.
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-
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