EP0021335B1

EP0021335B1 - Elektromagnetische Einrichtung für Druckstösselantrieb

Info

Publication number: EP0021335B1
Application number: EP80103387A
Authority: EP
Inventors: Armin Bohg; Kurt Hartmann
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1979-06-29
Filing date: 1980-06-18
Publication date: 1983-11-09
Also published as: EP0021335A1; IT8022955A0; DE3065513D1; IT1149983B

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 gekennzeichneten Art.
Insbesondere betrifft die Erfindung einen Druckstößelantrieb für Anschlagdrucker.
Derartige Anordnungen sollen bei einer raumsparenden Bauweise - insbesondere für Zeilendrucker mit mehreren nebeneinanderliegenden 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 Ausgangsstellung 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 behafteten 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 DE-AS 1 237 816 beschrieben, auf die im Zusammenhang mit Fig. 8 der Beschreibung auch noch näher eingegangen wird.
Des weiteren ist aus dem deutschen Gebrauchsmuster 7 432 801 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 kennzeichnet) 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.
Darüber hinaus gibt es, wie z. B. in der US-PS 4 014 258 und der französischen Patentschrift 1364614 beschrieben, Druckstößelanordnungen, die vom Tauchspulenprinzip Gebrauch machen. Diese Anordnungen weisen eine Anzahl zwischen Permanent-Magnetpolen liegende Arbeitsspalte auf. Die Arbeitsspalte fluchten einander. In Richtung der Fluchtlinie der Arbeitsspalte ist ein verschiebbarer, mit jeweils einer einzigen Tauchspule verbundener Stößel vorgesehen. Bei entsprechender elektromagnetischer Erregung der Tauchspule tritt eine Wechselwirkung des Tauchspulenfeldes mit dem Magnetfeld im Arbeitsspalt auf, in dessen Folge die Tauchspule in axialer Richtung des Stößels verschoben wird. Bei der französischen Patentschrift 1 364614 werden die Arbeitsspalte entsprechend den Darstellungen der Fig. 4 und 5 von gegenüberliegenden, im wesentlich symmetrisch aufgebauten U-förmigen Jochen 5 von Permanentmagneten gebildet. Diese, nach dem Tauchspulenprinzip arbeitenden Druckstößelanordnungen, weisen jedoch eine Reihe von Nachteilen auf:
Für den Druckstößel mit den Tauchspulen muß zur Vorgabe einer entsprechenden Aktionskraft eine relativ große Spulengröße vorgesehen werden. Damit sind jedoch nicht nur räumliche Nachteile in Kauf zu nehmen, sondern auch Gewichtsnachteile, die sich vermindernd auf die Druckstößelgeschwindigkeit auswirken (für Stö- ßelantriebe, die in Hochleistungsschnelldrukkern eingesetzt werden sollen, ist eine geringe Stößelmasse zur Erzielung einer sehr hohen Aufschlaggeschwindigkeit erforderlich). Außerdem stehen relativ groß dimensionierte Stößel einer kleinen Zeichendichte bei Druckhammerbänken entgegen. Weiterhin ist die Stromzuführung zur bewegten Tauchspule problematisch sowie die Abführung der in der bewegten Tauchspule anfallenden Verlustwärme.
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 elektromagnetisch 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 Anspruchs 1 angegebenen Maßnahmen gelöst..
Weiter 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.
Bei der nachfolgend beschriebenen Erfindung wird das ankerähnliche Bewegungselement in einer Ausführungsform »Zunge«, in einer anderen »Stößel« genannt. Die »Zunge« besteht nicht überwiegend aus schwerem weichmagnetischen Material, sondern nur aus relativ schmalen weichmagnetischen sogenannten Ankerstegen, welche durch nichtmagnetische leichte Materialien verbunden sein können. Der »Stößel« soll auf ein zylinderförmiges Bewegungselement hinweisen. Es sei jedoch schon jetzt darauf hingewiesen, daß sowohl die »Zunge« als auch der (zylinderförmige) »Stößel« allgemein von der Bezeichnung »Stößel« erfaßt werden sollen, der sich in beiden Fällen nur durch eine andere geometrische Formgebung auszeichnet. Entsprechende Stößel liegen auch bei dem durch die US-PS 4014258 und die französische Patentschrift 1 364 614 bekannten Stand der Technik vor. Diese Stößel wiesen jedoch Tauchspulen und nicht je zwei Ankerelemente aus magnetisierbarem Material auf und sind auch querschnittsmäßig anders dimensioniert als der Erfindungsgegenstand.
Die auf die Priorität der deutschen Patentanmeldung P 2 926 176.8 (GE 979 026) zurückgehende Ausführungsform der Erfindung, bei der das Bewegungselement zungenförmig ausgeführt ist, hat gegenüber der auf die Priorität der deutschen Patentanmeldung P 3 018 407.7 (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 zweitgenannteAusführungsform. Es zeigen

Fig. 1A, 1 B 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 einzelnen Druckstößein 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,
Fiq. 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 und Polpaare bilden. Bei Erregung der Spulen 26 und 23 verläuft der magnetische Fluß von einem Joch über einen Arbeitsspait, 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 Ankersteg 20 in den Raum zwischen den hinteren Enden der Ankerjoche hinein beschleunigt. Weitere Angaben zur Wirkungsweise werden in Zusammenhang mit den Fig. 1 A und 1 B gemacht:
Die Fig.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. 1 B 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 dafürvorgesehene 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.lB) 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 DE-AS 1 237 816 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 Druckstößeln liegenden 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 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 Höhen-Führung sowie zur Erhöhung der Querstabilität.
Die Zunge ist am vorderen Ende mit einem stößelförmigen Druckhammerkopf 49 versehen, dessen Querschnittsdarstellung aus den Fig. 3 und 4 hervorgeht.
In Fig. 7 ist eine nach dem Stand der Technik (deutsches Gebrauchsmuster 7432801) 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 verschiebbaren 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 hohen ohmschen Verlusten in der Erregerspule bedingt ist.
In Fig. 8 ist ein aus der DE-AS 1 237 816 bekannter Druckstößelantrieb für Schnelldrukker 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 mitbeschleunigt 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 Fig. 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 Erregerstromes 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 Näherung Null sind, wodurch Reibungsverluste vermieden werden und somit eine Verringerung des Wirkungsgrades durch diese Einflüsse vermieden wird.
Ein weiterer wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Druckstößelantriebes liegt in 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 Stößelmechanik 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 Änteil 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 nebeneinanderliegenden 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, 114B).
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 10 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 dem zwei benachbarten Spulenkernen 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 Fig. 10, 11 und 12 beziehen sich auf eine praktische Ausführungsform einer Druckstößelantriebseinheit 130, die zur Anwendung in Zeilendruckern gedacht ist. Zur Erläuterung ihrer Arbeitsweise sei insbesondere auch auf die Darstellungen in Fig. 10 und 11 verwiesen. In den Fig. 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 fig. 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 Magnetspulsystems 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 Magnetspulsystems 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 diesem 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 Druckstö- ßelschaftes 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 hintereinandergereihten Elektromagnetkreise 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 Magnetspulsystems 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 aufeinanderfolgenden 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 Magnetspulsystems 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 134-0/1 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 Magnetspulsystems werden die magnetisierbaren Ankerscheiben in die Arbeitsspalte hineingezogen, wobei der gesamte Druckstößel für einen nachfolgenden Druckvorgang 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 1 D bewegt werden, wobei die magnetisierbaren Ankerscheiben in die Arbeitsspalte zwischen die Polschuhe hineingezogen und dabei beschleunigt würden.
In den Fig. 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 Stößelschaftseele 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 darauf hingewiesen 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

1. Bewegungseinrichtung mit mindestens zwei zwischen Magnetpolen liegenden Arbeitsspalten, in welchen Ankerelemente in axialer Richtung durch gegenseitige Beeinflussung des Magnetfeldes im Arbeitsspalt und des Ankerelements verschiebbar sind, wobei die gesamte Einrichtung aus mindestens einem Paar sich gegenüberliegender, die Arbeitsspalte zwischen sich bildender, im wesentlichen symmetrisch aufgebauter Jochhälften (24, 27) besteht, deren jeweils ein Polpaar bildende, einander zugewandte Polenden aneinander fluchtende Arbeitsspalte bilden, die in Verschieberichtung der Ankerelemente (20, 21) gesehen in Abstand voneinander angeordnet sind, wobei zwischen diesen Arbeitsspalten ein in Richtung der Fluchtlinie der Arbeitsspalte verschiebbarer und mit den Ankerelementen verbundener Stößel (18) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die betreffenden einen Elektromagneten bildenden Jochhälften (24, 27) aus einem magnetisierbaren Material bestehen, von denen mindestens eine von einer elektrisch speisbaren Spule (23, 26) umfaßt ist,

daß der Stößel (18) einen dem senkrecht zu seiner Verschieberichtung verlaufenden Arbeitsspaltquerschnitt entsprechenden Querschnitt besitzt,

daß für jedes Polpaar zweier sich gegenüberliegender Jochhälften (24 und 27) ein Ankerelement (20 und 21) aus magnetisierbarem Material und ein zwischen den Ankerelementen angeordnetes Distanzelement (19) aus überwiegend nicht magnetisierbarem Material vorgesehen ist, so daß jedem Arbeitsspalt ein Ankerelement zugeordnet ist, welches eine derartige geometrische Ausbildung aufweist, daß sein Volumen in der Größenordnung des Arbeitsspältvolumens liegt, und

daß jedes Ankerelement (20, 21) in der Ausgangslage des Stößels (18) im nichterregten Zustand des Elektromagneten, in axialer Richtung gesehen, vor seinem ihm zugeordneten Arbeitsspalt liegt, und daß bei Erregung des Polpaares dieses Arbeitsspaltes das Ankerelement in den Arbeitsspalt hineingezogen wird.

2. Einrichtung 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. Einrichtung nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Stößel (18) eine flache Ausgestaltung aufweist, deren Abmessungen quer zur Verschieberichtung kleiner ist als in den anderen Richtungen.

4. Einrichtung nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Jochhälften (24, 27) U-, halbkreis- oder halbellipsenförmig ausgebildet sind.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die die Jochhälften (24, 27) umgebenden Spulen als Folienspulen (39) ausgebildet sind.

6. Einrichtung 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. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß für mehrere nebeneinander angeordnete 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. Einrichtung 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. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Stößel ein doppel-T-ähnliches Profil besitzt, dessen T-dachförmige Teile (43-1, 44-1) als Führungselemente des Stößels dienen (Fig. 6).

10. Einrichtung 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 dieAnkeretemente(220,230)scheibenförmigähn- lich ausgebildet sind (Fig. 9 -12).

11. Einrichtung 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 (Fig. 13A).

12. Einrichtung 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 (Fig. 13B).

13. Einrichtung nach Ansprüchen 4 und 10, mit U-förmigen Jochhälften, dadurch gekennzeichnet, daß die Jochhälften (260/270/290; 118/280/ 119) auf ihrer Basis (290, 280) von einer Spule umfaßt sind.

14. Einrichtung nach Anspruch 10 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die sich gegenüberstehenden Polenden der Jochhälften an ihrer äußeren axialen Randkante abgeschrägt (113A, 113B, 114A, 114B) sind.

15. Einrichtung 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, däß jeweils zwei benachbarte Jochhälften einen Jochabschnitt (148-2, 148-3) gemeinsam haben und daß ein allen Jochhälftenpaaren gemeinsamer Druckstößel (132) vorgesehen ist.

16. Einrichtung 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) aufweisen und

daß die Teilwicklungen nebeneinanderliegender Jochhälften einen entgegengesetzten Wicklungssinn aufweisen.

17. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9 bzw. 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß nebeneinanderliegende Jochhälften einen 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. Einrichtung nach Anspruch 16 und. 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. Einrichtung 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. Einrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektromagnet-Einheit mit dem Rahmen (131) verklebt oder in Kunststoff mit ihm vergossen ist.

21. Einrichtung nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Stößel (132) in zwei Bohrungen (143, 144) des Rahmens (131) geführt ist.

22. Einrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Stößel (132) zur Rückführung aus seiner ausgelenkten Lage an seinem druckfernen Ende eine Aussparung (158) zur Aufnahme eines einseitig an einem Rahmenschenkel (146) fixierten Federdrahtes (135) aufweist.