EP0021335A1 - Elektromagnetische Einrichtung für Druckstösselantrieb - Google Patents

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EP0021335A1
EP0021335A1 EP80103387A EP80103387A EP0021335A1 EP 0021335 A1 EP0021335 A1 EP 0021335A1 EP 80103387 A EP80103387 A EP 80103387A EP 80103387 A EP80103387 A EP 80103387A EP 0021335 A1 EP0021335 A1 EP 0021335A1
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EP
European Patent Office
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arrangement according
plunger
yoke
yoke halves
armature
Prior art date
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EP80103387A
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English (en)
French (fr)
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EP0021335B1 (de
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Armin Bohg
Kurt Hartmann
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International Business Machines Corp
Original Assignee
International Business Machines Corp
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Priority claimed from DE19803018407 external-priority patent/DE3018407A1/de
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J9/00—Hammer-impression mechanisms
    • B41J9/02—Hammers; Arrangements thereof
    • B41J9/127—Mounting of hammers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J9/00—Hammer-impression mechanisms
    • B41J9/26—Means for operating hammers to effect impression
    • B41J9/38—Electromagnetic means
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F7/00—Magnets
    • H01F7/06—Electromagnets; Actuators including electromagnets
    • H01F7/08—Electromagnets; Actuators including electromagnets with armatures
    • H01F7/13—Electromagnets; Actuators including electromagnets with armatures characterised by pulling-force characteristics

Definitions

  • the invention relates to an arrangement of the type characterized in the preamble of claim 1.
  • the invention relates to a plunger drive for impact printers.
  • This tappet drive is said to be particularly suitable for use in hammer banks for mechanical high-speed printers.
  • anchor connects the idea that this part mainly consists of soft magnetic material. Since this condition does not apply to the invention described below, the only anchor-like movement element is called “tongue” in one embodiment of the invention, in another “plunger”. This is to emphasize that the "tongue” is not predominantly made of heavy soft magnetic material, but only of relatively narrow soft magnetic so-called anchor bars, which can be connected by non-magnetic light materials. In the case of the "ram", this designation is intended to indicate a cylindrical movement element.
  • the embodiment of the invention based on the priority of the German patent application P 29 26 278.8 (GE 979 026), in which the movement element is tongue-shaped, has an embodiment of the embodiment of the invention which is based on the priority of the German patent application P 30 18 407.7 (GE 980 014) Invention, in which the movement element is designed as a cylindrical plunger, certain disadvantages.
  • the former embodiment is relatively complex to manufacture and is not yet optimal in terms of its volume and weight, especially if an overall width of 2.5 mm is desired. However, the former embodiment is less expensive than the second embodiment in terms of its magnetic stray fields which adversely affect the efficiency.
  • FIG. 2 shows a schematic perspective illustration of an electromagnetic pressure tappet drive.
  • a tongue 18 movable in the direction of arrow D is arranged between two fixed yoke halves 25, 22.
  • the yoke halves 25 and 22 each consist of a magnetizable yoke 27 and 24, which is surrounded by coil turns 26 and 23, respectively.
  • the yokes can e.g. be semicircular, semi-elliptical or also U-shaped.
  • the yokes 27, 24 in the two yoke halves 25 and 22 are aligned such that the yoke ends opposite each other in the yoke halves are aligned.
  • the magnetic flux runs from a yoke over a working gap, in which the armature web is arranged, to the yoke of the other half of the yoke and from there via a further working gap back to the former yoke, so that the magnetic circuit comes out of the two yokes and the two working columns located between the ends of the yokes.
  • the current flow in the excitation coils 26 and 23 takes place in such a way that the direction of current in the turns inside the two opposite yokes is the same and opposite to that in the turns outside the yokes. 2, the windings are indicated schematically in the front part of the illustration by a few wire loops, while in the rear part a corresponding sectional illustration of the wires has been selected.
  • the tongue 18, which is movably arranged in the direction of arrow D between the yoke halves 25 and 22, is expanded in the direction of the working gap to be much smaller than in its other two dimensions.
  • the body of the tongue 18 consists of a light, magnetically non-conductive material 19 and magnetically conductive, so-called anchor webs 20 and 21.
  • anchor webs are arranged in the tongue 18 so that they excite the yoke halves from a rest-starting position in the drawn between the yoke ends and thereby accelerated.
  • the tongue can then follow a further movement in the direction of arrow D.
  • the geometric design of the anchor webs 20 and 21 is essentially chosen so that their volume would fill approximately the space circumscribed between the ends of the yokes opposite. The associated advantages - increasing the efficiency - are described elsewhere.
  • a cuboid shape can be dispensed with in favor of a V-shaped configuration (see FIG. 1) seen in cross section.
  • FIG. 3 shows three pressure rams lying next to one another and arranged in a pressure ram bank 31.
  • the plungers are marked with 28, 29 and 30, they each consist of a hammer head and the adjoining tongue.
  • Each tongue is assigned a pair of yokes - consisting of two halves of the yoke.
  • the two yoke halves for the pressure plunger 29 consist of the yoke 29-3 in connection with the excitation winding 29-5 and the yoke 29-4 in connection with the excitation winding 29-6.
  • the yokes show a U-shaped course here.
  • the yoke halves of the pressure plunger 28 consist of the yoke 28-3 in connection with the excitation winding 28-5 and the yoke 28-4 in connection with the excitation winding 28-6.
  • the yoke halves are indicated by the yoke 30-3 in connection with the field winding 30-5 and the yoke 30-4 in connection with the field winding 30-6.
  • the yoke halves assigned to the tongue of a pressure tappet are aligned with one another.
  • the pairs of yokes of the adjacent plungers are offset from one another, so that a compact design results with a minimized plunger spacing.
  • the tongue of each pressure tappet 28, 29, 30 has corresponding anchor webs 28-1, 28-2; 29-1, 29-2; and 30-1, 30-2 on the excitation of the excitation coils in the yoke halves are accelerated into the space between the ends of the yokes, resulting in a movement in the direction of action D for the imprint of a character.
  • each pressure tappet in turn consists of a pressure tappet head with an associated tongue.
  • Several pairs of yokes are assigned to each anchor.
  • the pressure tappet 34 is assigned three pairs of yoke halves, namely that of the yoke 34-1-1 with associated excitation winding 34-1-5 and the yoke 34-1-3 with associated excitation winding 34-1-6 and that from the Yoke 34-2-1 with associated excitation winding 34-2-5 and yoke 34-2-3 with associated excitation winding 34-2-6 and ultimately that from yoke 34-3-1 and associated excitation winding 34-3-5 and the yoke 34-3-3 with associated exciter winding 34-3-6 existing yoke pair.
  • the anchor bars 34-1-2 and 34-1-4 are accelerated into the space between the ends of the yokes 34-1-1 and 34-1-3; The same applies to the other bars 34-2-2 and 34-2-4 in connection with the yokes 34-2-1 and 34-2-3 and the anchor bars 34-3-2 and 34-3-4 in connection with yokes 34-3-1 and 34-3-3.
  • the J ochprese adjacent tappets are offset from each other so that the distance between two adjacent push rod is determined by the dimensions of a yoke half including their associated field coil.
  • the yoke halves lying between two pressure tappets can be cast in a common plastic block 36, 37.
  • the holder of the tongues and the means for their resetting are conventional and are therefore not shown or described in more detail.
  • FIG. 5 shows an embodiment of a yoke half which is particularly suitable for simple manufacture and simple installation.
  • the U-shaped yoke 38 is surrounded by a foil coil 39 with the connections 40 and 41.
  • One half of the coil fills the space formed between the legs of the U-shaped yoke.
  • FIG. 6 shows a schematic perspective illustration of a special embodiment of a tongue 43 with an integrated print head 49.
  • the tongue 43 has a double-T-like profile with the cross-sectional areas 43-1, 45-1 and 44-1.
  • the anchor webs made of magnetically conductive material are identified with 45, 46 and 47.
  • the areas in between are filled with a light material made of magnetically non-conductive material.
  • the T-roof-shaped parts 43-1, 44-1 of the tongue serve to guide them laterally and vertically and to increase the lateral stability.
  • the tongue is provided at the front end with a plunger-shaped pressure hammer head 49, the cross-sectional representation of which from FIGS. 3 and 4 emerges.
  • FIG. 7 shows an arrangement known according to the prior art (German utility model 74 32 801).
  • This arrangement represents an electromagnet with a soft magnetic iron circuit separated at its pole ends by an air gap and a plunger armature. In its rest position, the armature projects into the working air gap and increases Excitation of the electromagnet a magnetically symmetrical working position between the aforementioned pole ends.
  • the pole ends 3 and 4 of the iron circle 1 forming the working air gap 5 are formed as two planes lying opposite one another and the armature 6 as a flat component made of ferromagnetic material which can be displaced between these planes.
  • the armature 6 is a flat part, the thickness of which corresponds approximately to the size of the working air gap between the pole pieces 3 and 4.
  • the anchor dimensions are much larger in the other two directions.
  • uncontrollable transverse forces inevitably result towards the pole pieces of the electromagnet, which prevent undisturbed movement in the desired direction of action.
  • a substantial part of the armature is already between the pole pieces so that the magnetic flux lines can pass through this part of the armature.
  • Fig. 8 is known from the DAS 12 37 816 pressure ram drive for fast printers.
  • This electromagnetically actuated pressure tappet drive a number of pressure tappets lying closely next to one another are provided.
  • the armature 7, which can be moved in the direction D, is actuated by pressure magnets 12, 13 arranged on one side thereof.
  • the pole faces 14 and 15 of the pressure magnet yokes are offset from the pole faces of flux guide pieces 16, 17 in the armature in the rest position in the longitudinal direction.
  • the opposing pole faces 15, 14 of the magnetic yokes 12, 13 and the yokes 17, 16 located on the armature are inclined towards the writing point.
  • the pressure tappet is mounted in a manner known per se on leaf springs 8 and 9 without a pivot point.
  • the arrangement according to FIG. 8 has various disadvantages: When driving the pressure tappet, forces occur transversely to its direction of movement, which forces have to be absorbed by the armature bearing (leaf springs 8 and 9). These forces occurring transversely to the direction of movement of the armature only partially contribute to an armature acceleration in the effective direction.
  • flux conductors 16 and 17, respectively which have a large mass, are provided in order to conduct the magnetic flux in the armature. This mass must be accelerated in a printing process, which contributes to a reduction in efficiency.
  • the special design of the flux guide pieces 16 and 17 in connection with the magnet yokes 12 and 13 assigned to them results in a stroke which is limited in the effective direction.
  • the acceleration stroke has a relatively large value due to the inclined pole faces, which prevents high efficiency.
  • the symmetrical arrangement of the yoke halves ensures that the so-called magnetic transverse forces in the direction of the yokes are zero in the first approximation, thereby avoiding friction losses and thus reducing the efficiency by these influences is avoided.
  • Another essential advantage of the pressure ram drive according to the invention lies in the space-saving design.
  • the yokes are never larger than the excitation coil itself; in addition, the yoke halves are arranged on both sides of the pressure ram.
  • their mutual spacing can be reduced by displacing the yoke halves assigned to the pressure rams so that the distance between two adjacent pressure rams is determined by the geometric dimension of a yoke half.
  • the small cross-section of the yokes minimizes eddy current and magnetic reversal losses, which contributes to a further increase in efficiency.
  • the low cost of materials for the yokes and the anchor bars makes it possible to use relatively expensive material for these parts.
  • the material expenditure for the formation of the anchor bars almost corresponds to the theoretical minimum: It is now possible for the first time to use only as much material (for the anchor bars) as for filling the working air gap volume is required (mass optimization). Any flow line pieces in the armature can be omitted, whereby flow flow pieces of the armature are to be understood as those parts which carry a substantial part of the total magnetic flux in each position of the pressure tappet drive.
  • the embodiment of the arrangement according to FIG. 2 is aimed at a relatively flat design of the tongue.
  • Flat in this context means that the thickness of the tongue is much smaller than its width and length.
  • the cylinder-shaped tappet shaft is provided with the reference number 210.
  • the direction of action of the tappet shaft points in the direction of the arrow 1D.
  • the tappet shaft 210 is composed of anchor rings or anchor disks 220, 230, which are separated from one another by a spacer element 240.
  • the armature rings or armature disks 220 and 230 consist of magnetizable material.
  • a magnet yoke 250 that can be excited via a coil is provided for driving the plunger.
  • This magnetic yoke 250 consists of two U-shaped yoke halves with the legs (pole pieces) 260, 270 or 118, 119 and the base 290 or 280.
  • the base is connected to two pole pieces in each case.
  • the pole pieces of the halves of the yoke lie in contact-free the opposite.
  • Each pole piece is provided with a semicircular recess for receiving the plunger shaft 210.
  • the tappet shaft 210 moves in this recess in the direction of the arrow 1D (or in the opposite direction).
  • the outer ends of the pole pieces surrounding the plunger shaft 210 are chamfered on the side facing away from the plunger (113A, 113B, 114A, 114B).
  • the base (coil core) 290 carries a partial winding 110. For reasons of clarity, the illustration of a further partial winding on the coil core 280 has been omitted.
  • the armature rings 220, 230 (armature disks) of the plunger shaft 210 (which are in the non-excited state of the arrangement immediately in front of the working gaps 111, 112) are drawn into the working gap, which results in a corresponding acceleration of the plunger shaft in the direction of the arrow 1D.
  • the armature disks must be made of magnetizable material.
  • the pole shoes are chamfered at the edges (113A, 113B, 114A, 11 4B).
  • a tappet drive can consist of a plurality of magnet yokes arranged one behind the other in the direction of the tappet shaft.
  • adjacent coil cores (280/117 and 290/115) would act together on a pair of pole shoes (270 and 119).
  • Maintaining the acceleration force on the plunger shaft (210) in the direction of the arrow 1D must be paid particular attention to the winding direction of the windings seated on the individual coil cores.
  • the winding direction is opposite from coil core to coil core (290/115). This is the only way to ensure that the magnetic flux does not cancel out in the two adjacent pole yokes 270 and 119.
  • the winding direction of the partial coil 110 for the coil core 290 and the partial coil 116 for the coil core 115 is opposite. The same applies to the sense of winding of the partial coils, not shown, for the coil cores 280 and 117.
  • FIGS. 10, 11 and 12 relate to a practical embodiment of a pressure ram drive unit 130 which is intended for use in line printers. If previously there was talk of so-called print hammer drives on corresponding printers (electromagnetically operated print hammers which struck a type to be printed), such a designation is no longer justified in the present "plunger drive”.
  • the general characteristic of a print hammer drive was an anchor of incomparably greater mass than would have been necessary to print the type. To keep the action during the printing process surcharge mass (effective mass) still as low as possible, it was necessary, a corresponding small A uftschmasse a leverage with the large armature mass to join.
  • FIG. 12 A pressure tappet drive unit 130 serving to drive such a pressure tappet 132 is shown in perspective view in FIG. 12. To explain their mode of operation, reference is also made to the representations in FIGS. 10 and 11. In Figs. 10, 11 and 12 the same parts are identified by the same reference numerals.
  • FIG. 10 serves in particular to illustrate the magnetic flux in the individual magnet yokes arranged one behind the other, while FIG. 11 shows an exploded view of various individual parts of the pressure tappet drive unit 130 for information on assembling this arrangement. It serves for a better understanding if, when a reference number is mentioned, the corresponding part is not only shown in FIG. 11, but - if available - also in FIGS. 10 and 12 is considered.
  • the pressure tappet drive unit 130 designed as a narrow, flat part, consists of a frame 131.
  • This frame 131 is provided with a recess 142.
  • This recess serves, among other things, to accommodate the magnetic coil system 159 (electromagnet unit), which is firmly fixed (glued or cast) in the recess 142.
  • the frame 131 is provided with two bores 143 and 144, which serve as guide holes for the cylinder-shaped plunger 132.
  • This plunger consists of a plunger 133 and the plunger shaft 134.
  • the plunger shaft can be driven in the axial direction in the direction of the arrow 1D, the plunger 133 serving as a stop element against a printing type or the paper to achieve a desired impression.
  • the plunger shaft runs within the magnetic coil system 159 in a recess provided in this.
  • the frame 131 is continued in two frame arms. 145 and 146.
  • the end of the tappet shaft 134 remote from the pressure projects into this space between the two frame arms 145 and 146.
  • the end of the tappet shaft 134 is provided with an elongated hole 158 for receiving a spring wire 135 provided, which is attached to one of the frame arms 146 on one side. This attachment is provided by a bracket 137 which can be adjusted with a screw in the frame 131 and by means of which the spring force of the spring wire 135 can also be adjusted.
  • the spring wire 135 protrudes through an elongated hole 139 of the frame arm 146 and is connected at point 136 to the tab 137 arranged on the outside of the frame 131.
  • the spring wire 135 can be fastened at point 136 either by welding, gluing or other conventional measures.
  • the tab 137 is provided at its end remote from the point 136 with a cutout 161 which, when the screw 138 is loosened, allows the tab to be displaced parallel to the axial direction of the pressure tappet shaft in order to make a corresponding adjustment of the spring force of the spring wire 135.
  • the tab 137 is connected to the pressure frame 131 by the screw 138.
  • the task of the spring wire 135 is to bring the pressure tappet 132 back after the printing process has been completed and to secure the tappet against rotation.
  • the frame 131 there are furthermore two connecting pins 140 and 141 electrically insulated from the frame for connecting the coil of the magnetic coil system 159.
  • the connection pins have not been connected to the ends of the sub-windings 150 and 151 which are connected to one another.
  • the magnet coil system 159 is composed of a total of 6 electromagnetic circuits arranged in series according to FIG. 9. As already mentioned, in such a series, two adjacent electromagnetic circuits have a pair of pole pieces in common. To explain further details of the magnetic coil system 159, reference is first made to the illustration in FIG. 11.
  • the yoke parts of the series-arranged electromagnetic circuits consist of a core for an upper coil comb 147 and a core for a lower coil comb 160.
  • the core for the upper coil comb 147 is composed of a comb back 148, on which at appropriate intervals the comb teeth 148/1, 148/2, 148/3, 148/4, 148/5, 148/6 and 148/7 serving as pole shoes are arranged.
  • the cores for the upper and lower coil combs 147 and 160 are made of magnetizable material. As shown in FIG.
  • the pole shoes are designed such that, in the assembled state of the magnetic coil system, the pressure tappet shaft 134 is arranged to be movable between them.
  • the pressure ram shaft 134 is guided in the frame bores 143 and 144 and in the guide bores of the non-magnetizable guide pieces 152, 153, 154, 155, 156, 157.
  • These guide pieces are each arranged within a single magnetic yoke circuit so that their bores are aligned with the bores 143 and 144 in the frame 131.
  • the magnetic coil system is cast in plastic and is arranged in a recess 142 in the frame 131. The arrangement of the windings within the magnet coil system is discussed below:
  • the coil consists of two interconnected partial windings 150 and 151.
  • the partial winding 150 is assigned to the lower coil comb 160, the partial winding 151 is assigned to the upper coil comb 147.
  • the partial windings sit on the back of the comb 149 or 148. It should be noted that the sense of winding on the coil core alternates between two pole pieces for each successive section. Accordingly, the winding sections 150/1, 150/3, 150/5 have the opposite winding sense as the winding sections 150/2, 150/4 and 150/6. The same applies to the winding direction of the winding sections on the upper coil comb 147, in which the winding sections 151/1, 151/3 and 151/5 have the opposite winding direction as the winding sections 151/2, 151/4 and 151/6.
  • the excitation current must flow through the lower partial windings (e.g. 150/1) and the upper partial windings (e.g. 151/1) of a yoke circuit in such a way that their magnetic fluxes are not mutually exclusive cancel.
  • the winding can be applied to the cores for the individual coil combs in a simple manner (which was not the case with an arrangement according to FIG. 2). After the individual parts of the magnetic coil system have been cast and fixed in place in the recess 142 in the frame 131 (which can also be done by casting), only the pressure plunger 132 provided for this system is to be inserted into the guide opening which is specifically kept open for this purpose.
  • the pressure tappet as shown in FIG. 11, consists of a number of armature disks 134/1, 134/2, 134/3, 134/4, 134/5, 134/6, 134 / .7 corresponding to the pole shoe pairs made of magnetizable material. These individual armature disks are separated from one another by spacer elements 134-1 / 2, 134-2 / 3, 134-3 / 4, 134-4 / 5, 134-5 / 6, 134-6 / 7. In addition, further spacers 134-O / 1 and 134-7 / 8 are provided at the near-pressure and far-away end. Spacers and anchor plates are firmly connected. Further details are given below on the various possibilities for producing such a pressure tappet.
  • the individual armature disks are spaced apart from one another in such a way that, when the magnet coil system is not activated, they lie directly in front of the working gaps between the individual pole shoe pairs.
  • the magnetizable armature disks are drawn into the working gap, the entire plunger being accelerated for a subsequent pressing process.
  • FIG. 10 shows a schematic sectional illustration of the parts of the upper and lower coil combs 147 and 160 which are decisive for the magnetic flux within the individual yoke circles as shown in FIG. 12.
  • the sectional plane lies parallel to the frame surface and leads through the axis of the pressure plunger 134.
  • the comb back are marked with 148 and 149 respectively.
  • the individual comb teeth (pole shoes) with 148/1 to 148/7 and 149/1 to 149/7.
  • the lower partial winding 150 with the winding sections 150/1 to 150/6 is shown in the overview. It can be seen that the winding direction of successive winding sections alternates with one another so that the magnetic fluxes of adjacent yoke circles in the pair of pole shoes common to these yoke circles do not cancel each other out.
  • the pressure ram assumes such a position that the individual armature plates 134/1 to 134/7 are still in front of the working gaps.
  • the pressure plunger would be moved in the direction of the arrow 1D when the excitation was indicated by the magnetic flux directions, the magnetizable armature disks being drawn into the working gap between the pole shoes and thereby accelerated.
  • FIGs. 13 A and 13B show different possibilities for producing and assembling the pressure ram.
  • the individual armature disks 134A and the spacer elements 162 to be arranged between them are screwed onto a common tappet shaft liner 163, which is designed as a threaded pin. All parts can be glued together. If the ram is subsequently ground, a very high accuracy of the ram diameter can be achieved.
  • the armature plates 134A and the spacer elements 162 must have very small length tolerances in order to ensure an exact spacing of the individual armature plates 134A. However, an exact armature plate division is a prerequisite for good efficiency.
  • the tappet shaft core 164 as well as the anchor rings 134B are made of the same magnetizable material.
  • the diameter of the tappet shaft core is relatively small compared to the diameter of the armature disks 134B, since the tappet shaft core has an albeit small share in an undesirable magnetic flux line.
  • the space between the armature disks should consist entirely of non-magnetizable material. Such a requirement can, however, be waived for manufacturing reasons if the disadvantage of a slight reduction in effectiveness is accepted.
  • suitable material pairing for the guide pieces 152 to 157 and the tappet shaft 134 the pressure tappet 134 can be smoothly seated in the guide bores 143 and 144 without the need for lubrication.
  • the plunger drive described above can be used in many ways, especially when it comes to the generation of forces, paths, impulses or kinetic energies or switching operations that are controlled by contacts to be actuated by the plunger.
  • the described tappet drive can be used bidirectionally if the armature disks assume defined end positions in front of or behind the working gaps.
  • the tongue-shaped ram drive has the advantage over the cylindrical ram drive better efficiency because the magnetic stray fields are lower.

Abstract

Ein Elektromagnet mit Tauchanker, insbesondere zur Anwendung für Druckhammerantriebe, besteht aus zwei im wesentlich symmetrisch aufgebauten, von einer Spule (23, 26; 110) umfaßten magnetisierbaren Jochhälften (24,27; 260/270/ 230, 118/119/280). Die einander zugewandten Polenden der Jochhälften bilden zwei einander fluchtende Arbeitsspalte. Zwischen den Arbeitsspalten ist ein in Richtung der Fluchtlinie der Arbeitsspalte verschiebbarer Stößel (18; 210) angeordnet. Der Querschnitt des Stößels (18; 210) ist an die Fläche der Arbeitsspalte angepaßt. Er kann z. B. zylinderförmig (210) oder quaderförmig (18) ausgebildet sein. Der Stößel enthält zwei z. B. scheiben- (220/230) bzw. quaderförmig (20,21) ausgebildete Ankerelemente aus magnetisierbarem Material und ein zwischen diesen angeordnetes Abstandselement aus vorwiegend nichtmagnetisierbarem Material. Die Ankerelemente (20, 21; 220, 230) weisen eine derartige geometrische Ausbildung auf, daß ihr Volumen in der Größenordnung des Arbeitsspaltvolumens liegt. In der Ausgangslage des Stößels (18; 210) befinden sich die Ankerelemente im nichterregten Zustand des Elektromagneten im wesentlichen vor dessen Arbeitsspalten. Sie werden bei Erregung des Elektromagneten in dessen Arbeitsspalte hineingezogen und erfahren dabei eine Beschleunigung.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Anordnung der im Oberbegriff des Anspruches 1 gekennzeichneten Art.
  • Insbesondere betrifft die Erfindung einen Druckstößelantrieb für Anschlagdrucker.
  • Derartige Anordnungen sollen bei einer raumsparenden Bauweise - insbesondere für Zeilendrucker mit mehreren nebeneinander liegenden Antriebseinheiten für die verschiedenen Druckpositionen - bei einer gravierenden Gewichtsminimierung der Bauteile einen sehr hohen Wirkungsgrad erreichen.
  • Bisher bekannte, schnelle elektromagnetische Druckhammerantriebe weisen unter anderem aus folgendem Grund einen relativ schlechten Wirkungsgrad auf: Sowohl in der Ausgangs-' stellung als auch während der Arbeitsphase verläuft ein wesentlicher Teil des Magnetflußweges durch den Anker. Für die Leitung des Magnetflusses im Anker ist deshalb ein mit hoher Masse verknüpftes ferromagnetisches Flußleitstück erforderlich. über dieses Flußleitstück schließt sich der zu einer Seite des Ankers liegende Magnetflußkreis. Das im Anker vorzusehende, mit hoher Masse behaftete Flußleitstück ist eine der Ursachen für den schlechten Wirkungsgrad solcher Druckhammerantriebe, da der Anker und damit auch die Masse dieses Flußleitstückes bei jedem Druckvorgang beschleunigt werden muß.
  • Eine diesbezügliche Anordnung ist in der deutschen Auslegeschrift DAS 12 37 816 beschrieben, auf die im Zusammenhang mit Fig. 8 der Beschreibung auch noch näher eingegangen wird,
  • Des weiteren ist aus dem deutschen Gebrauchsmuster 74 32 801 ein Elektromagnet mit Linearantrieb des Ankers bekannt.
  • Bei dieser Anordnung, die im. Zusammenhang mit Fig. 7 erläutert ist, treten jedoch folgende Nachteile auf: durch die spezielle flache-Ausbildung des Ankerteiles (flach bedeutet in diesem Zusammenhang in zwei Dimensionen groß gegenüber einer dritten, welche die Dicke des flachen Ankers kennzeichnetY ergeben sich hohe, unkontrollierbare Querkräfte in Richtung der Polschuhe des Elektromagneten. Neben hohen Reibungsverlusten tritt auch ein Verkanten des Ankers in Richtung der Polschuhe auf, wodurch sich eine klare Bewegung in erwünschter Wirkrichtung nicht realisieren läßt. Darüber hinaus wird bei dieser Anordnung bereits während der Ausgangsstellung ein wesentlicher Teil des Magnetflusses durch den teilweise zwischen den Polschuhen des Elektromagneten befindlichen Ankers geführt, wodurch die zuvor erwähnten, niederen Wirkungsgrade (hohe Ankermasse) bedingt sind.
  • Aus dem vorstehend erläuterten Stand der Technik geht hervor, daß die bekannten Druckhammerantriebe aufgrund des mit hoher Masse behafteten Ankers nur geringe Wirkungsgrade aufweisen können und daß bei Verwendung des zuvor beschriebenen Elektromagneten mit Linearantrieb Querkräfte auftreten, die eine Anwendung dieser Anordnung für Druckhammerantriebe ausschließen.
  • Zur Vermeidung der zuvor genannten Nachteile, ist es Aufgabe der Erfindung, einen schnellen elektromagetisch betätigbaren Stößelantrieb insbesondere für Anschlagdrucker vorzugeben, welcher bei minimalem Volumenaufwand und geringem Gewicht einen hohen Wirkungsgrad aufweist und einfach zu fertigen ist.
  • Dieser Stößelantrieb soll insbesondere zur Anwendung in Hammerbänken für mechanische Schnelldrucker geeignet sein.
  • Diese Aufgabe der Erfindung wird in vorteilhafter Weise durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 angegebenen Maßnahmen gelöst.
  • Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der .Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
  • Berechnungen, Versuche und Modellkonstruktionen haben gezeigt, daß der erfindungsgemäße Stößelantrieb die in ihn gesetzten Erwartungen voll erfüllt.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben.
  • Wenn nach dem Stand der Technik, z.B. beim Gegenstand des Gebrauchsmusters 74 32 801 das bewegliche Teil, das zwischen die Polschuhe des Magneten gezogen wird, von Anker gesprochen wird, so ist diese Bezeichnung im Zusammenhang mit der Erfindung unangebracht. Denn mit dem Terminus Anker verbindet sich die Vorstellung, daß dieses Teil überwiegend aus weichmagnetischem Material besteht. Da diese Bedingung bei der nachfolgend beschriebenen Erfindung nicht zutrifft, wird hierbei das nur ankerähnliche Bewegungselement in einer Ausführungsform der Erfindung "Zunge", in einer anderen "Stößel" genannt. Dadurch soll betont werden, daß die "Zunge" nicht überwiegend aus schwerem weichmagnetischem Material besteht, sondern nur aus relativ schmalen weichmagnetischen sogenannten Ankerstegen, welche durch nichtmagnetische leichte Materialien verbunden sein können. Im Falle des "Stößels" soll durch diese Bezeichnung auf ein zylinderförmiges Bewegungselement hingewiesen werden. Es sei jedoch schon jetzt darauf hingewiesen, daß sowohl die "Zunge" als auch der (zylinderförmige) "Stößel" allgemein von der Bezeichnung "Stößel" erfaßt GE 9Rn O14E werden sollen, der sich in beiden Fällen nur durch eine andere geometrische Formgebung auszeichnet.
  • Die auf die Priorität der deutschen Patentanmeldung P 29 26 278.8 (GE 979 026) zurückgehende Ausführungsform der Erfindung, bei der das Bewegungselement zungenförmig ausgeführt ist, hat gegenüber der auf die Priorität der deutschen Patentanmeldung P 30 18 407.7 (GE 980 014) zurückgehende Ausführungsform der Erfindung, bei der das Bewegungselement als zylinderförmiger Stößel ausgeführt ist, gewisse Nachteile. Die erstere Ausführungsform ist relativ aufwendig in ihrer Herstellung und hinsichtlich ihres Volumens und Gewichtes noch nicht optimal, insbesondere, wenn eine Baubreite von 2,5 mm angestrebt wird. Jedoch ist die erstere Ausführungsform hinsichtlich ihrer den Wirkungsgrad nachteilig beeinflussenden magnetischen Streufelder günstiger als die zweitgenannte Ausführungsform.
  • Es zeigen:
    • Fign. 1A, 1B schematische Schnittdarstellungen eines schnellen elektromagnetischen Druckstößelantriebes mit einer beweglichen Zunge und beidseits der Zunge liegenden Jochhälften: Fig. 1A Ausgangsstellung; Fig. 1B Arbeitsphase,
    • Fig. 2 eine schematische perspektivische Darstellung des Druckstößelantriebes gemäß Fig. 1 zur Verdeutlichung der Form der Zunge und des Verlaufes der die Joche umfassenden Erregerspulen,
    • Fig. 3 eine schematische auszugsweise Schnittdarstellung einer Druckstößelbank mit kleinem Druckstößelabstand, bei der die den ein-GE 980 014E zelnen Druckstößeln zugeordneten Joche gegeneinander versetzt sind,
    • Fig. 4 eine schematische auszugsweise Schnittdarstellung einer Druckstößelbank mit kleinem Druckstößelabstand, bei der jedem Druckstößel mehrere Joche zugeordnet sind und bei der die den einzelnen Druckstößeln zugeordneten Joche gegeneinander versetzt sind,
    • Fig. 5 eine schematische perspektivische Darstellung einer Jochhälfte, welche von einer Folienspule als Erregerspule umfaßt wird,
    • Fig. 6 eine schematische perspektivische Darstellung einer Zunge mit integriertem Hammerkopf,
    • Fig. 7 eine schematische perspektivische Darstellung eines Elektromagneten mit Linearantrieb gemäß dem Stande der Technik,
    • Fig. 8 eine schematische Darstellung eines Druckstößelankers mit zwei elektromagnetischen Treiberkreisen gemäß dem Stande der Technik.
    • Fig. 9 eine schematische perspektivische Prinzipdarstellung eines Stößelantriebes, bei dem ein zylinderförmiger Druckstößel in den kreisförmig ähnlichen Arbeitsspalten zweier gegenüberliegender Jochhälften verläuft,
    • Fig. 10 eine schematische Darstellung eines Druckstößelantriebes mit mehreren hintereinanderangeordneten Jochhälften,
    • Fig. 11 eine Explosionszeichnung zur Erklärung des Zusammenbaues einer Druckstößeleinheit mit Druckstößel, Führungsstücken, Jochhälften, Flachrahmen und Federdraht,
    • Fig. 12 eine schematische perspektivische Darstellung einer Druckstößelantriebseinheit,
    • Fig. 13A eine schematische Darstellung zum Aufbau einer ersten Ausführungsform eines Stößels,
    • Fig. 13B eine schematische Darstellung zur Herstellung einer zweiten Ausführungsform eines Stößels.
  • In Fig. 2 ist eine schematische perspektivische Darstellung eines elektromagnetischen Druckstößelantriebes gezeigt. Zwischen zwei fest angeordneten Jochhälften 25, 22 ist eine in Richtung des Pfeiles D bewegliche Zunge 18 angeordnet. Die Jochhälften 25 und 22 bestehen jeweils aus einem magnetisierbaren Joch 27 bzw. 24, welches von Spulenwindungen 26 bzw. 23 umfaßt ist. Die Joche können z.B. halbkreisförmig, halbellipsenförmig oder auch U-förmig ausgebildet sein. Die Joche 27, 24 in den beiden Jochhälften 25 und 22 sind derart ausgerichtet, daß die in den Jochhälften jeweils gegenüberliegenden Jochenden fluchten. Bei Erregung der Spulen 26 und 23 verläuft der magnetische Fluß von einem Joch über einen Arbeitsspalt, in welchem der Ankersteg angeordnet ist, zum Joch der anderen Jochhälfte und von dort aus über einen weiteren Arbeitsspalt zum erstgenannten Joch zurück, so daß der magnetische Kreis aus den beiden Jochen und den zwischen den Enden der Joche befindlichen zwei Arbeitsspalten besteht.
  • Im folgenden soll aus Vereinfachungsgründen bei den einander gegenüberliegenden Jochhälften von einem Jochpaar (anstelle eines Jochhälftenpaares) gesprochen werden.
  • Der Stromfluß in den Erregerspulen 26 und 23 erfolgt derart, daß die Stromrichtung in den Windungen innerhalb der beiden einander gegenüberliegenden Joche die gleiche und entgegengesetzt zu derjenigen in den Windungen außerhalb der Joche ist. In Fig. 2 sind im vorderen Teil der Darstellung die Windungen schematisch durch einige Drahtschleifen angedeutet, während im hinteren Teil eine entsprechende Schnittdarstellung der Drähte gewählt wurde. Die zwischen den Jochhälften 25 und 22 in Pfeilrichtung D beweglich angeordnete Zunge 18 ist in Richtung des Arbeitsspaltes ungleich kleiner ausgedehnt als in ihren anderen beiden Dimensionen. Der Körper der Zunge 18 besteht aus einem leichten, magnetisch nichtleitendem Material 19 und magnetisch leitenden, sog. Ankerstegen 20 und 21. Diese Ankerstege sind in der Zunge 18 so angeordnet, daß sie bei Erregung der Jochhälften aus einer Ruhe-Ausgangs-Lage in den zwischen den Jochenden gebildeten Raum hineingezogen und dabei beschleunigt werden. Danach kann die Zunge einer weiteren Bewegung in Pfeilrichtung D folgen. Die geometrische Ausbildung der Ankerstege 20 und 21 ist im wesentlichen so gewählt, daß sie mit ihrem Volumen den zwischen den Enden gegenüberliegenden Joche umschriebenen Raum in etwa ausfüllen würden. Die damit verbundenen Vorteile - Erhöhung des Wirkungsgrades - sind an anderer Stelle beschrieben.
  • Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung dieser Ankerstege kann von einer quaderförmigen Form zugunsten einer im Querschnitt gesehenen (siehe Fig. 1) V-förmigen Ausbildung abgesehen werden. Die hiermit erzielbaren Vorteile sind ebenfalls an anderer Stelle beschrieben.
  • Beim Aktivieren der Erregerwicklungen beider Jochhälften wird der Ankersteg 21 in den Raum zwischen den vorderen Enden der Joche und-der Ankerstege 20 in den Raum zwischen den hinteren Enden der Ankerjoche hinein beschleunigt. Weitere Angaben zur Wirkungsweise werden in Zusammenhang mit den Fign. 1A und 1B gemacht:
    • Die Fign. 1A und 1B beziehen sich auf eine horizontale Schnittdarstellung der in Fig. 2 gezeigten Darstellung, mit der Einschränkung, daß die Joche halbkreisförmigen Verlauf aufweisen. In Fig. 1A ist die Ausgangsstellung, in Fig. 1B eine Stellung nach Abschluß der Beschleunigungsphase für die Zunge gezeigt. Die gleichen Teile der Darstellung in Fig. 1A und 1B tragen die gleichen Bezugszeichen. Die beiden Jochhälften sind mit 22 und 25 gekennzeichnet, die halbkreisförmigen Joche mit 24 und 27. Die die Joche umgebenden Wicklungen tragen die Bezugszahlen 23 (rechte Jochhälfte) und 26 (linke Jochhälfte). Der Stromverlauf im inneren Teil der beiden Magnetjoche ist durch das dafür vorgesehene Symbol als aus der Zeichenebene heraustretend gekennzeichnet; der Stromverlauf außerhalb der beiden Joche ist durch das dafür vorgesehene Symbol als in die Zeichenebene hineintretend angegeben. In dem Arbeitsspalt zwischen den beiden Jochhälften befindet sich die mit 18 gekennzeichnete Zunge, welche aus den leichten magnetisch nichtleitenden Teilen 19 und den magnetisch leitenden Ankerstegen 21 und 20 besteht. Im Ausgangszustand (Fig. 1A) sind die Erregerspulen der Jochhälften zunächst nicht erregt. Für diese Ausgangsstellung sollen sich die Ankerstege 20 und 21 vor dem Raum, der zwischen den entsprechenden Enden der Joche gebildet wird, befinden. Beim Anlegen einer Spannung an die Erregerspulen der Jochhälften, die symmetrisch aufgebaut sind, werden durch magnetische Wirkung die Ankerstege in den Raum zwischen den Magnetjochenden hineingezogen und dabei beschleunigt. Dadurch bewegt sich die Zunge in angegebener Pfeilrichtung D, die die Druckrichtung symbolisieren soll. Nach Abschluß der Beschleunigungsphase nimmt die Anordnung eine in Fig. 1B gezeigte Position ein. Nach Fortfall der Erregung kann sich die Zunge weiter in Richtung des Pfeiles D bewegen. Die durch die Zunge zurückgelegte Wegstrecke von der Ausgangsstellung (siehe Fig.1A) bis zur Stellung nach Abschluß der Beschleunigungsphase (siehe Fig. 1B) wird als Beschleunigungshub bezeichnet; die danachfolgende weitere Auslenkung der Zunge in Richtung des Pfeiles D als Arbeitshub. Diese Größe ist von konstruktiven Randbedingungen abhängig sowie von den zur Lagerung der Zunge bzw. zur Rückführung der Zunge in seine Ausgangsstellung vorgesehenen Mitteln. Als solche Mittel können an sich bekannte Rückstellfedern (nicht dargestellt) verwendet werden: z.B. zwei Blattfedern, wie in der DAS 12 37 816 beschrieben, eine Feder im Zusammenwirken mit einer Gleitlagerung der Zunge oder eine Rückholfeder im Zusammenwirken mit einer schwenkbar um eine Achse bewegbaren Zunge. Auch eine elektromagnetisch bedingte Rückführung ist möglich.
  • In Fig. 3 sind drei nebeneinanderliegende und in einer Druckstößelbank 31 angeordnete Druckstößel gezeigt. Die Druckstößel sind mit 28, 29 und 30 gekennzeichnet, sie bestehen jeweils aus einem Hammerkopf und der sich daran anschließenden Zunge. Jeder Zunge ist ein Jochpaar - bestehend aus zwei Jochhälften - zugeordnet. Die beiden Jochhälften für den Druckstößel 29 bestehen aus dem Joch 29-3 in Verbindung mit der Erregerwicklung 29-5 und dem Joch 29-4 in Verbindung mit der Erregerwicklung 29-6. Die Joche zeigen hier einen U-förmigen Verlauf. Die Jochhälften des Druckstößels 28 bestehen aus dem Joch 28-3 in Verbindung mit der Erregerwicklung 28-5 und dem Joch 28-4 in Verbindung mit der Erregerwicklung 28-6. Für den Druckstößel 30 sind die Jochhälften durch das Joch 30-3 in Verbindung mit der Erregerwicklung 30-5 und das Joch 30-4 in Verbindung mit der Erregerwicklung 30-6 angegeben.
  • Die der Zunge eines Druckstößels zugeordneten Jochhälften sind aufeinander ausgerichtet. Die Jochpaare der benachbarten Druckstößel sind gegeneinander versetzt, so daß sich eine kompakte Bauweise bei minimiertem Druckstößelabstand ergibt. Die Zunge eines jeden Druckstößels 28, 29, 30 weist entsprechende Ankerstege 28-1, 28-2; 29-1, 29-2; und 30-1, 30-2 auf, die bei Erregung der Erregerspulen in den Jochhälften in den Raum zwischen den Enden der Joche hinein beschleunigt werden, wobei sich eine Bewegung in Wirkrichtung D für den Abdruck eines Zeichens ergibt.
  • In Abbildung 4 sind schematisch drei Druckstößel 33, 34, 35 einer Druckstößelbank dargestellt. Jeder Druckstößel besteht wiederum aus einem Druckstößelkopf mit einer dazugehörigen Zunge. Jedem Anker sind mehrere Jochpaare zugeordnet. So sind dem Druckstößel 34 z.B. drei Paare von Jochhälften zugeordnet, nämlich das aus dem Joch 34-1-1 mit zugehöriger Erregerwicklung 34-1-5 und dem Joch 34-1-3 mit zugehöriger Erregerwicklung 34-1-6 sowie das aus dem Joch 34-2-1 mit zugehöriger Erregerwicklung 34-2-5 und dem Joch 34-2-3 mit zugehöriger Erregerwicklung 34-2-6 und letztlich das aus dem Joch 34-3-1 und der zugehörigen Erregerwicklung 34-3-5 und dem Joch 34-3-3 mit zugehöriger Erregerwicklung 34-3-6 bestehende Jochpaar. Zur Betätigung des Druckstößels 34 werden sämtliche ihm zugeordnete Jochhälften gleichzeitig erregt. Dabei werden die Ankerstege 34-1-2 und 34-1-4 in den Raum zwischen den Enden der Joche 34-1-1 und 34-1-3 hineinbeschleunigt; entsprechendes gilt für die anderen Stege 34-2-2 und 34-2-4 in Verbindung mit den Jochen 34-2-1 und 34-2-3 und die Ankerstege 34-3-2 und 34-3-4 in Verbindung mit den Jochen 34-3-1 und 34-3-3. Die Jochpaare nebeneinanderliegender Stößel sind gegeneinander versetzt, so daß der Abstand zweier benachbarter Druckstößel durch die Abmessung einer Jochhälfte einschließlich ihrer zugeordneten Erregerspule bestimmt wird. Um eine gegenseitige Beeinflussung benachbarter Stößel möglichst klein zu halten, sind die Stromrichtungen in aufeinanderfolgenden Jochpaaren des gleichen Stößels jeweils entgegengesetzt. Dadurch ist der in der dazwischenliegenden Jochhälfte der Nachbarstößel auftretende Magnetfluß sehr gering.
  • Die zwischen zwei Druckstößelnliegenden Jochhälften können in einem gemeinsamen Kunststoffblock 36, 37 eingegossen sein. Die Halterung der Zungen und die Mittel zu ihrer Rückstellung sind konventioneller Art und werden deshalb nicht näher dargestellt oder beschrieben.
  • In Fig. 5 ist eine Ausführungsform einer Jochhälfte gezeigt, die sich besonders für eine einfache Herstellung und einen einfachen Einbau eignet. Das U-förmig ausgebildete Joch 38 ist mit einer Folienspule 39 mit den Anschlüssen 40 und 41 umgeben. Die eine Hälfte der Spule füllt den zwischen den Schenkeln des U-förmigen Joches gebildeten Raum aus.
  • In Fig. 6 ist eine schematische perspektivische Darstellung einer besonderen Ausführungsform einer Zunge 43 mit integriertem Druckkopf 49 gezeigt. Die Zunge 43 weist ein doppel-T-ähnliches Profil mit den Querschnittsflächen 43-1, 45-1 und 44-1 auf. In dem vertikal orientierten, schmalen Zungenstück mit der Querschnittsfläche 45-1 sind die Ankerstege aus magnetisch leitendem Material mit 45, 46 und 47 gekennzeichnet. Die dazwischenliegenden Bereiche sind mit einem leichten Material aus magnetisch nichtleitendem Werkstoff ausgefüllt. Die T-dachförmigen Teile 43-1, 44-1 der Zunge dienen zu deren seitlicher und HöhenFührung sowie zur Erhöhung der Querstabilität.
  • Die Zunge ist am vorderen Ende mit einem stößelförmigen Druckhammerkopf 49 versehen, dessen Querschnittsdarstellung aus den Fign. 3 und 4 hervorgeht.
  • In Fig. 7 ist eine nach dem Stand der Technik (Deutsches Gebrauchsmuster 74 32 801) bekannte Anordnung gezeigt. Diese Anordnung stellt einen Elektromagneten mit einem an seinen Polenden durch einen Luftspalt getrennten weichmagnetischen Eisenkreis und einen Tauchanker dar. Der Anker ragt in seiner Ruhelage in den Arbeitsluftspalt und nimmt bei Erregung des Elektromagnets eine magnetisch symmetrische Arbeitslage zwischen den vorgenannten Polenden ein. Die den Arbeitsluftspalt 5 bildenden Polenden 3 und 4 des Eisenkreises 1 sind als zwei einander plan gegenüberliegende Flächen und der Anker 6 als ein zwischen diesen Flächen verschiebbares flaches Bauteil aus ferromagnetischem Werkstoff ausgebildet. Der Anker 6, der in seiner Ruhelage den Arbeitsluftspalt 5 teilweise magnetisch überbrückt, wird bei Erregung des Elektromagnets entgegen einer Rückholkraft RK frei ausschwingbar in den Arbeitsluftspalt hineingezogen, bis er eine magnetische Symmetrielage zwischen den Polenden einnimmt.
  • Aus der Beschreibung der Gebrauchsmusteranmeldung, deren Gegenstand in Fig. 7 dargestellt ist, geht hervor, daß es sich bei dem Anker 6 um ein flaches Teil handelt, dessen Stärke in etwa der Größe des Arbeitsluftspaltes zwischen den Polschuhen 3 und 4 entspricht. Hingegen sind die Anker-Abmessungen in den anderen beiden Richtungen ungleich größer. Bei einer derartigen Ausgestaltung des Ankers ergeben sich zwangsläufig unbeherrschbare Querkräfte zu den Polschuhen des Elektromagneten hin, welche eine ungestörte Bewegung in der erwünschten Wirkrichtung verhindern. Des weiteren geht aus der Beschreibung dieses Gebrauchsmusters hervor, daß sich bei Ausgangsstellung des Ankers - also vor Beginn der Arbeitsphase -ein wesentlicher Teil des Ankers bereits zwischen den Polschuhen befindet, damit die magnetischen Flußlinien durch diesen Teil des Ankers hindurchtreten können. Die Tatsache, daß man bei einer derartigen Anordnung mit einem relativ geringen Erregerstrom auskommt, bedeutet allerdings nicht, daß damit auch der Wirkungsgrad hoch wäre. Letzterer ist relativ niedrig, was durch die große Ankermasse und den relativ großen Beschleunigungshub in Verbindung mit hohe.1 ohmschen Verlusten in der Erregerspule bedingt ist.
  • In Fig. 8 ist ein aus der DAS 12 37 816 bekannter Druckstößelantrieb für Schnelldrucker dargestellt. Bei diesem elektromagnetisch betätigtem Druckstößelantrieb sind eine Reihe von dicht nebeneinanderliegenden Druckstößeln vorgesehen. Der in Richtung D bewegbare Anker 7 wird durch auf einer Seite von ihm angeordnete Druckmagnete 12, 13 betätigt. Die Polflächen 14 und 15 der Druckmagnetjoche sind gegenüber den Polflächen von Flußführungsstücken 16, 17 im Anker in Ruhelage in Längsrichtung versetzt. In einer speziellen Ausführungsform sind die einander gegenüberliegenden Polflächen 15, 14 der Magnetjoche 12, 13 und die auf dem Anker befindlichen Joche 17, 16 zur Schreibstelle hin geneigt. Der Druckstößel ist in an sich bekannter Weise auf Blattfedern 8 und 9 drehpunktfrei gelagert.
  • Die Anordnung nach Fig. 8 weist verschiedene Nachteile auf: Beim Antrieb des Druckstößels treten vornehmlich Kräfte quer zu seiner Bewegungsrichtung auf, die von der Ankerlagerung (Blattfedern 8 und 9) aufgenommen werden müssen. Diese quer zur Bewegungsrichtung des Ankers auftretenden Kräfte tragen nur teilweise zu einer Ankerbeschleunigung in Wirkrichtung bei.
  • Des weiteren sind zur Leitung des Magnetflusses im Anker mit großer Masse behaftete Flußleitstücke 16 bzw. 17 vorgesehen. Diese Masse muß bei einem Druckvorgang mit beschleunigt werden, was zu einer Verringerung des Wirkungsgrades beiträgt. Durch die spezielle Ausbildung der Flußleitstücke 16 und 17 in Verbindung mit den ihnen zugeordneten Magnetjochen 12 und 13 ergibt sich ein in Wirkrichtung begrenzter Hub. Der Beschleunigungshub hat durch die schräg ausgebildeten Polflächen einen relativ großen Wert, was einem hohen Wirkungsgrad entgegensteht.
  • Der in den Fign. 1 bis 6 dargestellte Druckstößelantrieb ist durch folgende Vorteile gekennzeichnet:
    • In der Ausgangsstellung soll der Ankersteg an der Flußleitung nur einen vernachlässigbaren Anteil haben. Der Magnetfluß verläuft im wesentlichen über den zwischen den Enden der Joche liegenden Arbeitsspalt. Natürlich läßt es sich praktisch nicht vermeiden, daß ein vernachlässigbarer kleiner Teil der Magnetflußlinien in Ausgangsstellung der Druckanordnung über die Ankerstege verläuft. Um den Einfluß der Flußleitung über den Ankersteg in Ausgangsstellung gering zu halten, soll dieser im Querschnitt gesehen (Fig. 1) eine V-ähnliche Gestaltung erfahren. Nach Einschalten des Erreger Stromes und Aufbau des magnetischen Feldes werden die Ankerstege in den Raum zwischen die beiden Joche gezogen und auf diesem Wege beschleunigt. Die hierbei zu beschleunigende Masse ist aufgrund der geringen geometrischen Ausdehnung der Ankerstege klein, wodurch die Zunge eine hohe Beschleunigung erfährt. Hinzu kommt, daß zur Erreichung einer bestimmten Endgeschwindigkeit unter Berücksichtigung der vorgegebenen Randbedingungen nur ein kleiner Beschleunigungsweg erforderlich ist. Dadurch ist nur eine relativ geringe Zeit zur Beschleunigung des Läufers erforderlich, wodurch die auftretenden Ohmschen Verluste in den Erregerspulen gering gehalten werden.
  • Durch die geringe Masse der Ankerstege und durch die geringen Ohmschen Verluste in den Erregerspulen während der Beschleunigungsphase ergibt sich ein hoher Wirkungsgrad des Druckstößelantriebes.
  • Die Bemerkung über den relativ kurzen Beschleunigungsweg für die Zunge soll aber nicht etwa andeuten, daß Beschleunigungshub gleich Arbeitshub wäre. Es sei an dieser Stelle ausdrücklich darauf hingewiesen, daß nach erfolgter Beschleunigung des Druckstößels dieser weiter in Wirkrichtung fliegt und somit nach Abschalten der Erregerspule einen großen Arbeits(Druck)hub gewährleistet.
  • Des weiteren sind an der Erreichung des hohen Wirkungsgrades noch weitere Faktoren beteiligt: Durch die symmetrische Anordnung der Jochhälften wird erreicht, daß die sogenannten magnetischen Querkräfte in Richtung zu den Jochen in erster Nährung Null sind, wodurch Reibungsverluste vermieden werden und somit eine Verringerung des Wirkungsgrades durch diese Einflüsse vermieden wird.
  • Ein weiterer wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Druckstößelantriebes liegtin der raumsparenden Bauweise. Die Joche sind nie größer als die Erregerspule selbst; zudem sind die Jochhälften beidseits des Druckstößels angeordnet. Bei nebeneinanderliegenden Druckstößeln kann eine Verringerung ihres gegenseitigen Abstandes dadurch erreicht werden, daß die den Druckstößeln zugeordneten Jochhälften gegeneinander versetzt werden, so daß der Abstand zweier benachbarter Druckstößel durch die geometrische Abmessung einer Jochhälfte bestimmt wird. Außerdem ist es möglich, einem Druckstößel,zwecks Erhöhung der Endgeschwindigkeit, mehrere hintereinander angeordnete Jochpaare zuzuordnen, ohne dadurch den gegenseitigen Abstand der Stößel zu vergrößern.
  • Auf diese Weise wird die bisher sehr masseaufwendige Stö- ßelmechanik konventioneller Druckerantriebe vermieden.
  • Durch den geringen Querschnitt der Joche sind Wirbelstrom-und Ummagnetisierungsverluste minimiert, was zu einer weiteren Erhöhung des Wirkungsgrades beiträgt. Durch den geringen Materialaufwand für die Joche und die Ankerstege ist es möglich, für diese Teile relativ teures Material zu verwenden. Der materialmäßige Aufwand für die Ausbildung der Ankerstege entspricht nahezu dem theoretischen Minimum: Es ist nunmehr erstmals möglich, nur so viel Material (für die Ankerstege) aufzuwenden, wie zur Auffüllung des Arbeitsluftspaltvolumens erforderlich ist (Masseoptimierung). Jedwede Flußleitungsstücke im Anker können entfallen, wobei unter Flußleitstücken des Ankers jene Teile verstanden werden sollen, die in jeder Stellung des Druckstößelantriebes einen wesentlichen Teil des Gesamtmagnetflusses führen.
  • Die Ausführungsform der Anordnung gemäß Fig. 2 ist auf eine relativ flache Ausbildung der Zunge gerichtet. Flach bedeutet in diesem Zusammenhang, daß die Dicke der Zunge ungleich kleiner als ihre Breite und Länge ist.
  • Durch diese geometrische Vorgabe ergeben sich zwangsläufig
    • - insbesondere bei einer Verwendung mehrerer solcher Anordnungen in Druckhammerbänken - besondere Schwierigkeiten. Diese Schwierigkeiten werden dann besonders groß, wenn geringe Baubreiten der einzelnen Druckantriebseinheiten angestrebt wurden. Für eine übliche Schriftzeichendichte müßten Baubreiten von nur 2,5 mm angestrebt werden. Jedoch sind
    • - durch die geringe Dicke der Zunge bedingt- Verstärkungsrippen in Bewegungsrichtung der Zunge erforderlich. Diese über und unter der Zunge verlaufenden Verstärkungsrippen dienen zugleich auch der exakten Führung. Sie müssen über bzw. unter den Erregerwicklungen verlaufen, wodurch die Höhe und die Masse der Zunge wesentlich ansteigen. Für eine Anordnung mit einer Zunge und mehreren hintereinander angeordneten Jochhälftenpaaren (geringerer Höhe) steigt der Anteil der unerwünschten "toten" Masse in den Verstärkungsrippen auf über 50 % der Gesamtmasse der Zunge. Andererseits ist jedoch das Hintereinanderreihen mehrerer Teilsysteme wünschenswert, weil dadurch die Bauhöhe der Zunge gering gehalten werden konnte. Um ohne wesentliche Biegebeanspruchung der Zunge drucken zu können, ist eine Zungenhöhe in der Größenordnung der zu druckenden Buchstabenhöhe anzustreben; dies ist jedoch mit einem Antrieb gemäß Fig. 2 nur dann möglich, wenn mindestens drei hintereinander anzuordnende Jochhälftenpaare mit einer gemeinsamen Zunge vorgesehen werden (Fig. 4). Hierbei übersteigt jedoch, wie bereits erwähnt, die für die Verstärkungs- bzw. Führungsrippen erforderliche Zusatzmasse die eigentliche Zungenmasse. Außerdem ist die Herstellung des Arbeitsspaltes zwischen den Jochhälften mit der dafür vorzusehenden erforderlichen Präzision äußerst kostenaufwendig.
  • Zur Vermeidung dieser Nachteile gilt es, eine andere Ausführungsform für eine kostengünstige, platzsparende Bauweise sehr leichter Stößelantriebseinheiten, insbesondere für Druckhammerantriebe, aufzuzeigen.
  • Dadurch ist es möglich, die Stößelantriebseinheiten bei Verwendung in Druckhammerbänken so eng aneinander zu reihen, daß die Breite einer Einheit gleich dem Abstand benachbarter zu druckender Buchstaben wird. Der Grund für diese platzsparende Bauweise liegt darin, daß zwischen den nebeneinander liegenden Stößeln nicht mehr die Spulenwindungen verlaufen, sondern daß diese jetzt innerhalb der Antriebseinheit über und unter den Stößeln angebracht sind.
  • Fig. 9 zeigt eine schematische perspektivische Darstellung eines elektromagnetischen Stößelantriebes. Der zylinderförmig ausgebildete Stößelschaft ist mit dem Bezugszeichen 210 versehen. Die Aktionsrichtung des Stößelschaftes weist in Pfeilrichtung 1D. Der Stößelschaft 210 ist aus Ankerringen bzw. Ankerscheiben 220, 230 zusammengesetzt, welche durch ein Distanzelement 240 voneinander getrennt sind. Die Ankerringe oder Ankerscheiben 220 und 230 bestehen im Gegensatz zu dem Distanzelement 240 aus magnetisierbarem Material. Zum Antrieb des Stößels ist ein über eine Spule erregbares Magnetjoch 250 vorgesehen. Dieses Magnetjoch 250 besteht aus zwei U-förmigen Jochhälften mit den Schenkeln (Polschuhen) 260, 270 bzw. 118, 119 und der Basis 290 bzw. 280. Die Basis ist jeweils mit zwei Polschuhen verbunden. Die Polschuhe der Jochhälften liegen berührungsfrei einander gegenüber. Jeder Polschuh ist mit einer halbkreisförmig ähnlichen Aussparung zur Aufnahme des Stößelschaftes 210 versehen. Der Stößelschaft 210 bewegt sich in dieser Aussparung in Pfeilrichtung 1D (bzw. entgegengesetzt dazu). Zwischen den Polschuhen liegt ein kreisförmigähnlicher Arbeitsspalt 111 bzw. 112. Die den Stößelschaft 210 umfassenden äußeren Enden der Polschuhe sind auf der dem Stößel abgewandten Seite abgeschrägt (113A, 113B, 114A, 114B). Die Basis (Spulenkern) 290 trägt eine Teilwicklung 110. Aus Gründen der Übersichtlichkeit wurde auf die Darstellung einer weiteren Teilwicklung auf dem Spulenkern 280 verzichtet. Bei Erregung der Wicklung wird in dem Magnetjoch 250 ein magnetischer Fluß erzeugt, der sich über die Polschuhe 260, 118, 119, 270 zu einem magnetischen Kreis schließt. Durch Wirkung dieses Magnetflusses werden die Ankerringe 220, 230 (Ankerscheiben) des Stößelschaftes 210 (welche sich im nichterregten Zustand der Anordnung unmittelbar vor den Arbeitsspalten 111, 112 befinden) in die Arbeitsspalte hineingezogen, wodurch sich eine entsprechende Beschleunigung des Stößelschaftes in Pfeilrichtung 1D ergibt. Für eine solche Funktion müssen die Ankerscheiben aus magnetisierbarem Material bestehen. Die Stößelbeschleunigung ist um so effizienter, je mehr sich der magnetische Fluß über die Ankerscheiben 220 und 230 von einem Polschuh zum anderen schließt und nicht polschuhrandwärts verläuft, ohne den Ankerring zu passieren. Aus letztgenanntem Grunde sind die Polschuhe randwärts abgeschrägt (113A, 113B, 114A, 11 4B) .
  • In Fig. 9 ist bereits angedeutet, daß ein solcher Stößelantrieb aus mehreren in Richtung des Stößelschaftes hintereinander angeordneten Magnetjochen bestehen kann. Bei einer solchen Anordnung würden benachbarte Spulenkerne (280/117 und 290/115) auf ein Polschuhpaar (270 und 119) gemeinsam wirken. Um bei Erregung des Magnetjoches die volle Beschleunigungskraft auf den Stößelschaft(210) in Pfeilrichtung 1D beizubehalten, ist besonderes Augenmerk auf den Wicklungssinn der auf den einzelnen Spulenkernen sitzenden Wicklungen zu richten. Der Wicklungssinn ist von Spulenkern zu Spulenkern (290/115) entgegengesetzt. Nur so ist gewährleistet, daß sich der Magnetfluß in den beiden benachbarten Magnetjochen gemeinsamen Polschuhpaar 270 und 119 nicht aufhebt. Der Wicklungssinn der Teilspule 110 für den Spulenkern 290 und der Teilspule 116 für den Spulenkern 115 ist entgegengesetzt. Entsprechendes gilt für den Wicklungssinn der nicht dargestellten Teilspulen für die Spulenkerne 280 und 117.
  • Die Darstellungen in den Fign. 10,11 und 12 beziehen sich auf eine praktische Ausführungsform einer Druckstößelantriebseinheit 130, die zur Anwendung in Zeilendruckern gedacht ist. Wenn bisher bei entsprechenden Druckern von sogenannten Druckhammerantrieben die Rede war (elektromagnetisch betriebene Druckhämmer, welche gegen eine abzudruckende Type schlugen), ist eine solche Bezeichnung bei dem vorliegenden neuen "Stößelantrieb" nicht mehr gerechtfertigt. Das generelle Kennzeichen eines Druckhammerantriebes war einAnker von ungleich größerer Masse als es zum Abdruck der Type erforderlich gewesen wäre. Um die beim Druckvorgang wirkende Aufschlagsmasse (effektive Masse) trotzdem möglichst gering zu halten, war es notwendig, eine entsprechende kleine Aufschlagmasse über eine Hebelübersetzung mit der großen Ankermasse zu verbinden. Diese Charakteristik ist bei dem vorliegenden Druckstößel nicht mehr gegeben, da Ankermasse und effektive Aufschlagmasse identisch sind. Bei diesem Stößel werden magnetisierbare Teilbereiche in den Arbeitsspalt eines Elektromagnetkreises hineingezogen und dabei beschleunigt. Der Stößel führt dabei lediglich eine lineare Bewegung, im Gegensatz zur Kreisbahnbewegung eines Druckhamuers aus. Dieser neuartige Antrieb sei deshalb (Druck)stößelantrieb genannt. Eine dem Antrieb eines solchen Druckstößels 132 dienende Druckstößelantriebseinheit 130 ist in perspektivischer Sicht in Fig. 12 gezeigt. Zur Erläuterung ihrer Arbeitsweise sei auch auf die Darstellungen in Fig. 10 und Fig. 11 verwiesen. In den Fign. 10, 11 und 12 sind gleiche Teile mit gleichen Bezugszahlen gekennzeichnet.
  • Fig. 10 dient insbesondere der Verdeutlichung des Magnetflusses in den einzelnen hintereinander angeordneten Magnetjochen, während der Fig. 11 als Explosionszeichnung verschiedener'Einzelteile der Druckstößelantriebseinheit 130 Hinweise zum Zusammensetzen dieser Anordnung entnommen werden können. Es dient einem besseren Verständnis, wenn bei Nennung einer Bezugszahl das entsprechende Teil nicht nur in Fig. 11, sondern - soweit vorhanden - auch in den Fign. 10 und 12 betrachtet wird.
  • Die Druckstößelantriebseinheit 130, als schmales, flaches Teil ausgeführt, besteht aus einem Rahmen 131. Dieser Rahmen 131 ist mit einer Aussparung 142 versehen. Diese Aussparung dient unter anderem der Aufnahme des Magnetspulsystemes 159 (Elektromagnet-Einheit), welches in der Aussparung 142 fest fixiert (verklebt oder vergossen) ist. Der Rahmen 131 ist mit zwei Bohrungen 143 und 144 versehen, welche als Führungslöcher für den zylinderförmig ausgeführten Stößel 132 dienen. Dieser Stößel besteht aus einem Stempel 133 und dem Stößelschaft 134. Der Stößelschaft ist in Achsrichtung in Pfeilrichtung 1D antreibbar, wobei der Stempel 133 als Anschlagelement gegen eine Drucktype bzw. das Papier zur Erzielung eines gewünschten Abdruckes dient.-Der Stößelschaft verläuft innerhalb des Magnetspulsystemes 159 in einer in diesem dafür vorgesehenen Aussparung. An seinem druckfernen Ende ist der Rahmen 131 in zwei Rahmenarmen.145 und 146 fortgeführt. Das druckferne Ende des Stößelschaftes 134 ragt in diesen Raum zwischen den beiden Rahmenarmen 145 und 146. Das Ende des Stößelschaftes 134 ist mit einem Langloch 158 zur Aufnahme eines Federdrahtes 135 versehen, welcher an einem der Rahmenarme 146 einseitig befestigt ist. Dieser Befestigung dient eine mit einer Schraube im Rahmen 131 verstellbare Lasche 137, mit deren Hilfe auch eine Einstellung der Federkraft des Federdrahtes 135 möglich ist. Der Federdraht 135 ragt durch ein Langloch 139 des Rahmenarmes 146 und ist im Punkt 136 mit der außen auf dem Rahmen 131 angeordneten Lasche 137 verbunden. Eine Befestigung des Federdrahtes 135 im Punkt 136 kann entweder durch Verschweißen, Verkleben oder andere herkömmliche Maßnahmen bewirkt sein. Die Lasche 137 ist an ihrem dem Punkt 136 fernen Ende mit einer Aussparung 161 versehen, die bei gelöster Schraube 138 ein Verschieben der Lasche parallel zur Achsrichtung des Druckstößelschaftes gestattet, um eine entsprechende Einstellung der Federkraft des Federdrahtes 135 vorzunehmen. Die Lasche 137 wird von der Schraube 138 mit dem Druckrahmen 131 verbunden. Die Aufgabe des Federdrahtes 135 besteht darin, eine Rückführung des Druckstößels 132 nach erfolgtem Druckvorgang zu bewirken und den Stößel gegen Verdrehen zu sichern. Im Rahmen 131 sind des weiteren zwei vom Rahmen elektrisch isolierte Anschlußstifte 140 und 141 zum Anschluß der Spule des Magnetspulsystems 159 angeordnet. Aus Gründen der übersicht ist auf eine Verbindung der Anschlußstifte mit den Enden der untereinander verbundenen Teilwicklungen 150 und 151 verzichtet worden. Das Magnetspulsystem 159 ist aus insgesamt 6 hintereinandergereihten Elektromagnetkreisen gemäß Fig. 9 zusammengesetzt. Wie bereits erwähnt, haben,bei einer solchen Hintereinanderreihung zwei benachbarte Elektromagnetkreise ein Polschuhpaar gemeinsam. Zur Erläuterung weiterer Einzelheiten des Magnetspulsystems 159 sei zunächst auf die Darstellung in Fig. 11 verwiesen. Die Jochteile der hintereinandergereihteriElektromagnetkreise bestehen aus einem Kern für einen oberen Spulenkamm 147 und aus einem Kern für einen unteren Spulenkamm 160. Der Kern für den oberen Spulenkamm 147 setzt sich zusammen aus einem Kammrücken 148, auf dem in entsprechenden Abständen die als Polschuhe dienenden Kammzähne 148/1, 148/2, 148/3, 148/4, 148/5, 148/6 und 148/7 angeordnet sind. Analoges gilt für den Kern des unteren Spulenkammes 160 mit dem Kammrücken 149 und den als Polschuhe dienenden Kammzähnen 149/1 bis 149/7. Die Kerne für den oberen und unteren Spulenkamm 147 und 160 bestehen aus magnetisierbarem Material. Die Polschuhe sind gemäß der Darstellung in Fig. 9 so ausgebildet, daß im zusammengebauten Zustand des Magnetspulsystemes der Druckstößelschaft 134 zwischen ihnen beweglich angeordnet ist. Der Druckstößelschaft 134 ist in den Rahmenbohrungen 143 und 144 und in den Führungsbohrungen der nichtmagnetisierbaren Führungsstücke 152, 153, 154, 155, 156, 157 geführt. Diese Führungsstücke sind jeweils innerhalb eines einzelnen Magnetjochkreises so angeordnet, daß ihre Bohrungen mit den Bohrungen 143 und 144 im Rahmen 131 fluchten. Das Magnetspulensystem ist in Kunststoff vergossen in einer Aussparung 142 des Rahmens 131 angeordnet. Im folgenden wird auf die Anordnung der Wicklungen innerhalb des Magnetspulsystems eingegangen: Die Spule besteht aus zwei miteinander verbundenen Teilwicklungen 150 und 151. Die Teilwicklung 150 ist dem unteren Spulenkamm 160, die Teilwicklung 151 ist dem oberen Spulenkamm 147 zugeordnet. Die Teilwicklungen sitzen auf dem Kammrücken 149 bzw. 148. Dabei ist zu beachten, daß sich der Wicklungssinn auf dem Spulenkern für jeden aufeinander folgenden Abschnitt zwischen zwei Polschuhen abwechselt. Demnach haben die Wicklungsabschnitte 150/1, 150/3, 150/5 den entgegengesetzten Wicklungssinn wie die Wicklungsabschnitte 150/2, 150/4 und 150/6. Entsprechendes gilt für den Wicklungssinn der Wicklungsabschnitte auf dem oberen Spulenkamm 147, bei dem die Wicklungsabschnitte 151/1, 151/3 und 151/5 den entgegengesetzten Wicklungssinn wie die Wicklungsabschnitte 151/2, 151/4 und 151/6 haben. Zur Erzielung einer Aktionskraft des Druckstößels müssen die unteren Teilwicklungen (z. B. 150/1) und die oberen Teilwicklungen (z. B. 151/1) eines Jochkreises in einer solchen Weise vom Erregerstrom durchflossen werden, daß sich ihre magnetischen Flüsse nicht gegenseitig aufheben. Es sei darauf hingewiesen, daß das Aufbringen der Wicklungen auf die Kerne für die einzelnen Spulenkämme auf einfache Art und Weise erfolgen kann (was bei einer Anordnung gemäß Fig. 2 nicht der Fall war). Nach dem Vergießen der einzelnen Teile des Magnetspulsystemes und seiner Fixierung innerhalb der Aussparung 142 des Rahmens 131 (welche ebenfalls durch Vergießen erfolgen kann) ist lediglich der für dieses System vorgesehene Druckstößel 132 in die eigens dafür offengehaltene Führungsöffnung einzuführen. Der Druckstößel besteht, wie Fig. 11 zeigt, aus einer den Polschuhpaaren entsprechenden Anzahl von Ankerscheiben 134/1, 134/2, 134/3, 134/4, 134/5, 134/6, 134/.7 aus magnetisierbarem Material. Diese einzelnen Ankerscheiben sind durch Distanzelemente 134-1/2, 134-2/3, 134-3/4, 134-4/5, 134-5/6, 134-6/7 voneinander getrennt. Außerdem sind am drucknahen und druckfernen Ende weitere Distanzstücke 134-O/1 und 134-7/8 vorgesehen. Distanzelemente und Ankerscheiben sind fest miteinander verbunden. Über die verschiedenen Möglichkeiten der Herstellung eines solchen Druckstößels werden nachfolgend noch nähere Angaben gemacht. Die einzelnen Ankerscheiben sind so voneinander beabstandet, daß sie in einem nicht aktivierten Zustand des Magnetspulensystems unmittelbar vor den zwischen den einzelnen Polschuhpaaren liegenden Arbeitsspalten liegen. Bei einer Aktivierung des Magnetspulsystemes werden die magnetrsierbaren Ankerscheiben in die Arbeitsspalte hineingezogen, wobei der gesamte Druckstößel für einen nachfolgenden Drückvorgang beschleunigt wird.
  • Fig. 10 zeigt eine schematische Schnittdarstellung der für den Magnetfluß innerhalb der einzelnen Jochkreise gemäß der Darstellung in Fig. 12 maßgebenden Teile des oberen und unteren Spulenkammes 147 und 160. Die Schnittebene liegt parallel zur Rahmenfläche und führt durch die Achse des Druckstößels 134. Die Kammrücken sind mit 148 bzw. 149 gekennzeichnet. Die einzelnen Kammzähne (Polschuhe) mit 148/1 bis 148/7 und 149/1 bis 149/7. Aus Gründen der Übersicht ist nur die untere Teilwicklung 150 mit den Wicklungsabschnitten 150/1 bis 150/6 angegeben. Es ist zu erkennen, daß der Wicklungssinn aufeinanderfolgender Wicklungsabschnitte einander abwechselt, damit sich die Magnetflüsse benachbarter Jochkreise in dem diesen Jochkreisen gemeinsamen Polschuhpaar nicht aufheben. Der Druckstößel nimmt in der Darstellung nach Fig. 10 eine solche Lage ein, daß sich die einzelnen Ankerscheiben 134/1 bis 134/7 noch vor den Arbeitsspalten befinden. Der Druckstößel würde bei einer durch die Magnetflußrichtungen angedeuteten Erregung in Pfeilrichtung 1D bewegt werden, wobei die magnetisierbaren Ankerscheiben in die Arbeitsspalte zwischen die Polschuhe hineingezogen und dabei beschleunigt würden.
  • In den Fign. 13A und 13B sind verschiedene Möglichkeiten zur Herstellung und den Zusammenbau des Druckstößels aufgezeigt.
  • In einer ersten Ausführungsform gemäß Fig. 13A werden die einzelnen Ankerscheiben 134A und die zwischen ihnen anzuordnenden Distanzelemente 162 auf eine gemeinsame Stößelschaftseele 163 aufgeschraubt, welche als Gewindestift ausgeführt ist. Alle Teile können miteinander verklebt werden. Bei einem nachträglichen Überschleifen des Stößels läßt sich eine sehr hohe Genauigkeit des Stößeldurchmessers erzielen. Die Ankerscheiben 134A und die Distanzelemente 162 müssen sehr kleine Längentoleranzen aufweisen, um einen exakten Abstand der einzelnen Ankerscheiben 134A zu gewährleisten. Eine exakte Ankerscheibenteilung ist jedoch für einen guten Wirkungsgrad Vorbedingung.
  • Die Schwierigkeiten in der Herstellung eines Stößels gemäß Fig. 13A läßt sich vermeiden, wenn man gemäß Fig. 13B die Ankerscheiben 134B und die sie verbindende Stößelschaftseele 164 aus einem Stück dreht. Bei einer solchen Herstellung läßt sich eine genaue Ankerscheibenteilung vorsehen. Zur Herstellung eines kompletten Stößels wird dieses Teil mit einem Stempel 133 (siehe Fig. 12) und einem Endteil mit dem Langloch 158 (siehe Fig. 12) mit Hilfe einer Kunststoffeinbettung verbunden. Nachträgliches Überschleifen ergibt dann die gewünschte Maßgenauigkeit.
  • Es sei an dieser Stelle erwähnt, daß bei der Ausführungsform nach Fig. 13B die Stößelschaftseele 164 wie auch die Ankerringe 134B aus dem gleichen magnetisierbaren Material sind. Für die Wirksamkeit der Anordnung'ist es wichtig, daß der Durchmesser der Stößelschaftseele relativ klein ist im Vergleich zum Durchmesser der Ankerscheiben 134B, da die Stößelschaf-tseele an einer unerwünschten magnetischen Flußleitung einen wenn auch geringen Anteil hat. Vom Standpunkt einer optimalen Wirksamkeit sollte der Raum zwischen den Ankerscheiben vollends aus nichtmagnetisierbarem Material bestehen. Von einer solchen Forderung kann jedoch aus fertigungstechnischen Gründen abgesehen werden, wenn hierbei der Nachteil einer geringfügigen Verringerung der Effektivität in Kauf genommen wird. Durch geeignete Werkstoffpaarung bei den Führungsstücken 152 bis 157 und dem Stößelschaft 134 kann ein leichter Laufsitz des Druckstößels 134 in den Führungsbohrungen 143 und 144 erreicht werden, ohne daß eine Schmierung erforderlich ist.
  • Der zuvor beschriebene Stößelantrieb läßt sich vielseitig einsetzen, insbesondere dann, wenn es um die Erzeugung vorzugebender Kräfte, Wege, Impulse oder kinetischer Energien geht oder um Schaltvorgänge, die über durch den Stößel zu betätigende Kontakte gesteuert werden.
  • Des weiteren kann der beschriebene Stößelantrieb bidirektional verwendet werden, wenn die Ankerscheiben definierte Endstellungen vor bzw. hinter den Arbeitsspalten einnehmen.
  • Wie bereits daraufhingewiesen wurde, hat der zungenförmige gegenüber dem zylinderförmigen Stößelantrieb den Vorteil eines besseren Wirkungsgrades, da die magnetischen Streufelder geringer sind.
  • Es sei auch bemerkt, daß die beiden beschriebenen Ausführungsformen entsprechend kombiniert werden können, um bestimmte Vorteile miteinander zu verbinden.
  • So wäre z.B. auch denkbar, für die in Fig. 2 gezeigte Ausführungsform in Mehrfachanordnung gemäß Fig. 12 gemeinsame Spulenkämme vorzusehen.

Claims (27)

1. Elektromagnet mit Arbeitsspalt, in den bei Erregung des Elektromagneten ein verschiebbares Ankerelement aus magnetisierbarem Material hineingezogen wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Elektromagnet aus zwei im wesentlichen symmetrisch aufgebauten magnetisierbaren Jochhälften (24, 27, 260/270/290, 118/119/280) besteht, von denen mindestens eine von einer Spule (23, 26, 110) umfaßt ist,
daß die einander zugewandten Polenden der Jochhälften zwei einander fluchtende Arbeitsspalte bilden,
daß zwischen diesen Arbeitsspalten ein in Richtung der Fluchtlinie der Arbeitsspalte verschiebbarer Stößel (18, 210) mit einem an die Fläche der Arbeitsspalte angepaßten Querschnitt angeordnet ist,
daß der Stößel (18, 210) zwei Ankerelemente (20, 21; 220, 230) aus magnetisierbarem Material und ein zwischen diesen Ankerelementen angeodnetes Distanzelement (240) aus überwiegend nichtmagnetisierbarem Material aufweist,
daß jedem Arbeitsspalt ein Ankerelement (20, 21; 220, 230) zugeordnet ist,
daß die Ankerelemente (20, 21; 220, 230) eine derartige geometrische Ausbildung aufweisen, daß ihr Volumen in der Größenordnung des Arbeitsspaltvolumens liegt, daß sich die Ankerelemente (20, 21; 220, 230) in der Ausgangslage des Stößels (18; 210) im nichterregten Zustand des Elektromagneten im wesentlichen vor dessen Arbeitsspalten befinden und bei Erregung des Elektro- . magneten in diese Arbeitsspalte hineingezogen werden.
2. Anordnung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Ankerelemente (20, 21) eine quaderförmige Form aufweisen, wobei deren Ausdehnung in Bewegungsrichtung (D) des Stößels in der Größenordnung der Breite des Arbeitsspaltes liegt, und deren Ausdehnung senkrecht dazu ein Vielfaches dieser Abmessung beträgt.
3. Anordnung nach Anspruch 1 und Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Stößel (18) eine flache Ausgestaltung aufweist, deren Abmessungen zwischen den-Polenden der Jochhälften (24, 27) ungleich kleiner ist als in den anderen Richtungen.
4. Anordnung nach den Ansprüchen 1 und 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Jochhälften (24, 27) U-, halbkreis- oder halbellipsenförmig ausgebildet sind.
5. Anordnung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die die Jochhälften (24, 27) umgebenden Spulen als Folienspulen (39) ausgebildet sind.
6. Anordnung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Ankerelemente (20, 21) ein V-förmiges Profil aufweisen, wobei das V in Bewegungsrichtung (D) des Stößels (18) hin offen ist.
7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß für mehrere nebeneinander angeordneten Stößel (33, 34, 35) jedem Stößel (34) ein oder mehrere Jochhälftenpaare (34-1-1, 34-1-3; 34-2-1, 34-2-3; 34-3-1, 34-3-3) zugeordnet sind,
welche so gegeneinander versetzt sind, daß der Stößelabstand von den Abmessungen einer Jochhälfte (34-1-1) mit der ihr zugeordneten Spule (34-1-5) bestimmt wird.
8. Anordnung nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß die zwischen zwei Stößeln (33, 34) liegenden Jochhälften (34-1-1, 33-1-3, 34-2-1, 33-2-3, 34-3-1) mit den ihnen zugeordneten Spulen (34-1-5, 33-1-6, 34-2-5, 33-2-6, 34-3-5) in einem Kunststoffblock (36) vergossen sind.
9. Anordnung nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Stößel (44) mit T-dach-förmigen Führungselementen (43, 42) verbunden ist.
10. Anordnung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die einander zugewandten Polenden der Jochhälften (260/290/270; 118/280/119) im wesentlichen halbkreisförmig ausgespart sind und im wesentlichen kreisförmige Arbeitsspalte (111, 112) bilden,
daß der Stößel (210) zylinderförmigähnlich und die Ankerelemente (220, 230) scheibenförmigähnlich ausgebildet sind.
11. Anordnung nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Stößel (210) aus einem als Stößelschaftseele ausgebildeten Gewindestift (163) besteht, auf dem scheibenförmige Ankerelemente (134A) und diese trennende zylinderförmige Distanzelemente (162) aufgeschraubt sind.
12. Anordnung nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß für den Stößel (210) die Ankerelemente (134B) und eine diese verbindende Stößelschaftseele (164) aus einem Stück gleichen Materials gefertigt sind und daß der zwischen den Ankerelementen (134B) verbleibende Raum mit einem Kunststoff (165) ausgegossen ist.
13. Anordnung nach den Ansprüchen 1 und 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Jochhälften (260/270/290; 118/280/119) U-förmig ausgebildet sind und auf ihrer Basis (290, 280) von einer Spule umfaßt sind.
14. Anordnung nach Anspruch 10 oder 13,
dadurch gekennzeichnet,
daß die sich gegenüberstehenden Polenden der Jochhälften auf der dem Stößel (210) abgewandten Seite abgeschrägt (113A, 113B, 114A, 114B) sind.
15. Anordnung nach einem der Ansprüche 10, 13 oder 14,
dadurch gekennzeichnet,
daß mehrere Jochhälftenpaare (148-1, 148-2/149-1, 149-2; 148-2, 148-3/149-2, 149-3 usw.) hintereinander derart angeordnet sind, daß jeweils zwei benachbarte Jochhälften einen Jochabschnitt (148-2, 148-3) gemeinsam haben und daß ein allen Jochhälftenpaaren gemeinsamer Druckstößel (132) vorgesehen ist.
16. Anordnung nach Anspruch 15,
dadurch gekennzeichnet,
daß alle nebeneinanderliegenden Jochhälften jeweils eine Teilwicklung (150-1, 150-2, 150-3, 150-4, 150-5, 150-6, 151-6, 151-5, 151-4, 151-3, 151-2, 151-1) einer allen Jochhälften gemeinsamen Spule (150, 151), und daß die Teilwicklungen nebeneinanderliegender Jochhälften einen entgegengesetzten Wicklungssinn-aufweisen.
17. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9 bzw. 15 bis 16,
dadurch gekennzeichnet,
daß nebeneinanderliegende Jochhälften einen Spulenkern (147, 160) bildenden durchgehenden Kammrücken (148, 149) mit einzelnen, als Polschuhe ausgebildeten Kammzähnen (148-1 bis 148-7; 149-1 bis 149-7) aufweisen.
18. Anordnung nach einem der Ansprüche 15 bis 17,
dadurch gekennzeichnet,
daß gegenüberliegende Spulenkerne (147, 160) mit der Spule (150, 151) und mit zwischen ihnen (147, 160) angeordneten Führungsstücken (152 bis 157) für den Stößel (132) in Kunststoff zu einer Elektromagnet-Einheit vergossen sind.
19. Anordnung nach Anspruch 18,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Elektromagnet-Einheit innerhalb der Aussparung (142)'eines flachen und schmalen Rahmens (131) einer Druckstößelantriebseinheit (130) angeordnet ist.
20. Anordnung nach Anspruch 19,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Elektromagnet-Einheit mit dem Rahmen (131) verklebt oder in Kunststoff mit ihm vergossen ist.
21. Anordnung nach einem der Ansprüche 19 oder 20,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Stößel (132) in zwei Bohrungen (143, 144) des Rahmens (131) geführt ist.
22. Anordnung nach Anspruch 21,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Stößel (132) an seinem druckfernen Ende eine Aussparung (158) zur Aufnahme eines einseitig an einem Rahmenschenkel (146) fixierten Federdrahtes (135) aufweist.
23. Anordnung nach einem der Ansprüche 1, 2, 3, 6, 7 oder 8 bzw. 10 bis 22,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Stößel (18, 210, 132) bei Erregung des Elektromagneten in Richtung der Arbeitsspaltenfluchtlinie beschleunigt wird und nach abgeschalteter Erregung weiter in Druckrichtung (D, 1D) bewegbar ist.
24. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 23,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Rückführung des ausgelenkten Stößels (18, 132) in seine Ausgangslage über eine Feder (135) oder durch Erregung der Elektromagnete erfolgt.
25. Anwendung der Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 24, für den elektromagnetischen Antrieb von Anschlagdruckern.
26. Anordnung nach Anspruch 25,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Stößel (18, 132) an seinem drucknahen Ende einen Stempel (133) als Druckhammerkopf trägt.
27. Anordnung nach Anspruch 23,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Stößel drehbar auf einer Achse gelagert ist.
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