EP0064632A2 - Druckhammervorrichtung - Google Patents
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- EP0064632A2 EP0064632A2 EP82103371A EP82103371A EP0064632A2 EP 0064632 A2 EP0064632 A2 EP 0064632A2 EP 82103371 A EP82103371 A EP 82103371A EP 82103371 A EP82103371 A EP 82103371A EP 0064632 A2 EP0064632 A2 EP 0064632A2
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- magnet system
- plunger
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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
- B41J9/26—Means for operating hammers to effect impression
- B41J9/38—Electromagnetic means
Definitions
- the invention relates to a plunger magnet system according to the preamble of claim 1.
- Plunger armature magnet systems as drive devices for the print hammer in type printing devices or printing needles in mosaic printing devices are generally known in printing technology and have been used successfully.
- Such an immersion armature magnet system for a type printing device is described in the IBM Technical Disclosure Bulletin Vol.15 No. 8 of January 1973, page 2356.
- a control circuit for printing hammer systems is described in the IBM Technical Disclosure Bulletin Vol.19, No.8, Jan.77 S.3107-3108.
- the maximum achievable speed depends on the one hand on the achievable impact speed of the print hammer, on the other hand on how quickly it is possible to return the print hammer designed as the armature of the magnet system to its initial position without bouncing after the impression has been taken.
- the speed that can be achieved with the armature of a submersible magnet system depends essentially on the strength of the magnetic field generated with the excitation coil. If the plunger armature magnet system is used as a drive device for the print hammer of a writing carriage moving along a line on a record carrier, the geometric dimensions are limited for cooling and weight reasons.
- the degree of damping includes strongly dependent on the number of benefits used in the printing process.
- the object of the invention is to design a plunger armature magnet system driving the print hammer for a print hammer device in a type or mosaic printer in such a way that the greatest possible propulsion force driving the armature can be achieved with minimal external dimensions and the lowest possible excitation current. After the impression has been taken, the anchor should also be able to be returned to its starting position as quickly as possible.
- the area under the curve corresponds to achievable impression energy. This area can be significantly increased by the inventive design of the stationary yoke and the drive part of the armature. If you also brake the armature after the impression when it returns to its starting position using a braking pulse of constant length, if the drive part of the armature is in an area where the force-displacement curve increases linearly, the braking energy is automatically adjusted to the changing consistency of the impression point. If, for example, the number of uses is changed, the anchor returns to its starting position at different speeds. The location of the application of the braking pulse is thus shifted along the linearly increasing area of the force-displacement curve. The area under the curve and therefore the braking energy is consequently larger at higher speeds than with damped pressure hammers returning to their starting position at lower speeds.
- a light barrier is additionally arranged in the submersible magnet system, the control of such a submersible magnet system can also be considerably simplified.
- the previously used and known plunger armature magnet system shown in FIG. 1 consists of a stationary yoke J having a central recess ZA made of a material of high permeability and an armature AK which is designed as a pressure hammer of a pressure hammer device and is supported in the rest position on a stop AS, the sole part of the arm Piston-like drive part shown here consists of a material of high permeability.
- an excitation coil E is activated via a circuit arrangement, for example, as shown in FIG. 6, the armature AK moves in a substantially straight line through the central recess ZA of the yoke J, with the air gap L being closed.
- the course of the axial force KA which moves the armature AK forward drifts, depending on the anchor path is shown in the adjacent force-displacement diagram.
- the zero coordinate denotes the installation of the armature AK at the stop AS.
- the force initially increases when the air gap is closed, i.e. when the tips SJ and SA of the yoke J and the armature AK approach to a maximum point M1, in order then to drop again after the armature AK has passed through the central recess ZA.
- the armature AK then flies until the impression is taken.
- the total kinetic energy contained in the armature AK corresponds to the area F under the curve in the path-time diagram.
- the areas which are essentially effective for the axial propulsive force KA of the armature are the upper edge SJ of the yoke J and the end SA of the armature AK, which is of radial symmetry.
- the ring-shaped notch-like recesses K1 to K3 which compress the magnetic field lines in their tips SA.
- the force-displacement diagram shown in FIG. 4 shows only the continuously increasing area SB between two maxima M1 and M2.
- the area F1 corresponds to the braking energy expended, corresponding to a braking pulse of a predetermined length, of an armature AK which is damped relatively strongly by, for example, several uses, wherein the area F2 corresponds to the braking energy of a relatively undamped armature AK which is indicated by the same braking pulse. Braking takes place in the manner described below.
- a sensor 12 consisting of a light barrier, is arranged in a plunger magnet system of FIG. 5, which is described in detail below.
- the rear part 6 of the armature AK interrupts the light barrier at time T4 (FIG. 7).
- the light barrier uses a circuit arrangement corresponding to FIG. 6 to generate a braking pulse which is delayed by the time 4t.
- the geometry of the armature AK is now coordinated so that the braking pulse, ie the pulse at which the plunger armature magnet system is reactivated with its excitation coil E, arrives when the returning armature AK with its drive part or with that for the axial driving force KA effective areas is located in the area SB of the force-displacement diagram.
- the plunger magnet system essentially consists of an excitation coil 3 and a plunger armature 4 serving as a drive element for the type wheel 1.
- the plunger armature 4 has two guide parts 5, 6 which, together with bushings 7, 8, prevent the plunger armature from reaching the surface 9 of the yoke radially J is pulled and thus prevented from its actual axial movements.
- the plunger 4 projects with its rear part by the - sleeve 8 and is in the state of rest under the action of the return spring 10 against a stop 11 at.
- the central drive part of the armature 4, which is arranged between the two guide parts 5 and 6, consists of a cylindrical main part HT and a cylindrical pin part ZT arranged thereon in a projecting manner with a diameter which is reduced compared to the main part.
- the main part HT and the pin part ZT consist of a material of high permeability, for example soft iron, both parts having edge-shaped transitions UG forming magnetic compression areas, the function of which will be explained in detail later.
- the guide part 5, which consists of non-magnetic material, is plugged onto the tapping part ZT and firmly connected to it.
- the guide part 5 also serves as a print hammer for actuating the type wheel 1, and its hardened steel design has proven to be advantageous.
- the pin part ZT e.g. be provided with a thread so that the guide part 5 is detachably connected to it.
- different guide parts 5 of different lengths and with different materials serving as pressure hammers can thus be attached.
- the yoke J carrying the excitation coil 3 is constructed from soft iron.
- the yoke itself has a central recess ZA through which the guide part 5 of the armature projects.
- the central recess ZA is edge-shaped on its part KN which faces the drive part of the armature in the rest position and forms a magnetic compression region.
- the main part HT is understood as the drive part of the armature together with the pin part ZT.
- An infrared light barrier 12 is arranged in the area of the rear part of the plunger armature magnet system. It is used to sense the movement of the armature.
- the armature 4 moves essentially in a straight line, with the effective air gap L closed, through the central recess ZA of the yoke J.
- the course of the axial force KA, which drives the armature 4 forward, in Dependence on the anchor path XA is shown in the force-displacement diagram shown in FIG. 8.
- the zero coordinate denotes the position of the armature 4 at the stop 11.
- the force initially increases by closing the Air gap L with approach of the front edge UG of the pin part ZT, but remains approximately constant in the course of the movement via ZL in order to achieve a maximum (deflection EHT) when the front edge UG of the main part HT approaches the edge of the central recess ZA.
- the force drops again as shown in FIG.
- the acceleration phase caused by the force KA there is a free flight of the armature until the impression is taken.
- the total kinetic energy contained in the armature 4 corresponds to the area F under the curve in the force-displacement diagram.
- the course of the curve in the force-displacement diagram can be changed by varying the ratio of the diameter of the pin part ZT to the diameter of the main part HT.
- An enlargement of the pin part results in an increase in the force-displacement curve in its initial area (curve shown in dashed lines) and a reduction in the diameter of the pin part ZT results in a lowering of the curve in the initial area (dashed curve).
- the design of the submersible anchor is not limited to the example shown.
- the pin part ZT can e.g. in turn have an additional pin part, or have additional edge-shaped compression areas due to formations.
- the control circuit arrangement shown in FIG. 6 essentially consists of two flip-flops 13 and 14 for the temporal control of the circuit arrangement.
- Switching transistors 15, 16 and 17 connect the excitation coil 3 to a constant voltage source 19 as a function of the output signal of an amplifier 18, which regulates the excitation current with imprint and the braking current in the coil 3.
- the amplifier 18, which is connected as a current regulator, is connected to it positive output on a voltage divider from the contr stands 20 to 24 and the associated switching transistor 25.
- the resistor 20 is designed as a potentiometer.
- the switching transistor 25, which is controlled via the flip-flop 13, changes the division ratio of the voltage divider 20 to 24, which is connected via the resistor 20 to a reference voltage source 26, as a function of the desired current in the coil 3.
- the negative input of the amplifier 18 is applied to a measuring resistor 27 for determining the actual value in the coil 3.
- the other resistors 28 to 32 are used in a known manner to adapt the switching transistors.
- the monostable flip-flop 14 is linked to the output of the photoelectric switching device 12 via a delay element 33.
- the circuit arrangement is controlled via e.g. triggered by a keyboard, not shown here, pulse 34.
- the flip-flops 13 and 14 are connected via an OR gate 35 to the control input of the switching transistor 17.
- the drive device has an armature control device 36. It contains a measuring element 37 linked to the pulse input 34 and the sensor 12 and a comparison control device 40 provided with a memory 38 and a comparator 39, the output of which is connected to the reset input of the flip-flop 13.
- a e.g. Functional warning device 41 designed as a warning lamp is linked to the time measuring element 37. Their function will be explained later. The same applies to the measuring element 42 required for the basic setting of the impression energy after the immersion armature magnet system has been installed in the pressure device.
- FIG. 5 shows the actual function of the submersible anchor system shown in FIG. 5 with reference to FIG. 6 and the voltage-time diagram of FIG. 7.
- 7 shows the upper pulse train the course of the excitation pulses at the output of the OR gate 35 and the lower pulse train the course of the excitation pulses at the output of the sensor 12.
- flip-flop 13 is set via the start pulse input at input 34 and the control path of transistors 17 and 25 is thus interrupted via OR gate 35. This makes the current control device effective.
- the switching transistor 16 and the power transistor 15 become conductive, as a result of which the current in the excitation coil 3 increases suddenly up to the maximum value determined by the control device.
- the armature 4 is accelerated under the effect of the generated magnetic field.
- the timer 37 of the armature control device 36 begins, which e.g. can be designed as a counter, its operation.
- the light barrier opens and a rectangular pulse with a falling edge occurs at the output of sensor 12. This rectangular pulse stops the time measuring element 37 and the result of the measurement is fed to a comparison control device 40.
- This comparison control device 40 can, for example, be designed as a microprocessor and contains a memory 38 with an associated central control unit 39.
- the path per unit of time running from the anchor from the stop to the light barrier is a measure of the pressure energy applied. If the throughput time determined by the time measuring element 37 differs from the target time stored in the memory 38, then the central unit 39 controls accordingly the resetting of the flip-flop 13 at the time T3. At time T3, the flip-flop 13 is returned to its original position. The transistors 17 and 25 thus become conductive again, the current control being interrupted and the power transistor 15
- the armature control device 36 thus controls the time length of the activation of the transistor 15 and thus the excitation current in the coil 3 via the flip-flop 13.
- the output signal of the sensor 12 delayed by the time ⁇ t via the timing element 33 activates the monostable flip-flop which can be set with a rising pulse flank 14, which interrupts the switching transistor 17 again via the OR gate 35 at the time T5 and thus activates the coil 3.
- the switching transistor 25 ' is in the conductive state due to the flip-flop 13, so that the amplifier 18 regulates the excitation current in the coil 3 to a braking current.
- the armature 4 is braked completely by this braking current and can contact the stop 11- without reverberation.
- the monostable multivibrator 14 tilts back into its original position, making the transistor 17 conductive again and thus interrupting the excitation current in the coil 3 via the power transistor 17.
- Another impression cycle can be started by a new start pulse 34.
- the circuit arrangement is also equipped with a function warning device 41.
- This function warning device is connected, for example, to the time measuring element 37 and then emits a warning signal if the end of the armature 4 does not pass the light barrier 12 within a specific time period after the immersion armature magnet system has started.
- Exceeding this time period indicates a malfunction of the plunger magnet system. This can be, for example, a break in the armature or a defect in the coil 3.
- This can be, for example, a break in the armature or a defect in the coil 3.
- the time T4 to T2 of an entire impression cycle instead of the time period T2 to T1, that is to say " twice the interruption of the light barrier as a measure of a function warning device.
- the function warning device itself can be, in its simplest form, made up of a comparator exist, which compares the counter reading of the time measuring element 37 with a stored target value and activates when a goods device is exceeded.
- the basic setting of the impression energy can be accomplished in a simple manner after the plunger magnet system has been installed in the pressure device.
- the control circuit arrangement has a potentiometer 20, by means of which the excitation current in the coil 3 can be set.
- a measuring element 42 can be coupled to the output of the sensor 12, which e.g. can consist of a time measuring device with associated display device, via which the throughput time of the armature is measured from the initial interruption of the light barrier to the interruption of the light barrier when the armature returns to the starting position.
- This lead time of the armature is a measure of the impression energy and when the immersion armature magnet system is set after installation in the pressure device, this time can be compared with a predetermined target time and a basic setting of the excitation current in the coil 3 can be made by changing the potentiometer 20. This makes it possible to compensate for the tolerances that inevitably occur during production and the fluctuations in the magnetic material and the coil current caused thereby.
- the design of the drive device is not limited to the example shown. Other embodiments are also conceivable for the individual elements.
- the sensor 12 can e.g. can also be an element that detects the movement of the armature by induction, or two sensors can be arranged in the armature path.
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Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft ein Tauchankermagnetsystem nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
- Tauchankermagnetsysteme als Antriebsvorrichtungen für den Druckhammer in Typendruckeinrichtungen oder Drucknadeln in Mosaikdruckeinrichtungen sind in der Drucktechnik allgemein bekannt und mit Erfolg zur Anwendung gelangt. So wird im IBM-Technical Disclosure Bulletin Vol.15 Nr.8 vom Januar 1973, Seite 2356 ein derartiges Tauchankermagnetsystem für eine Typendruckeinrichtung beschrieben. Eine Ansteuerschaltung für Druckhammersysteme wird im IBM Technical Disclosure Bulletin Vol.19, No.8, Jan.77 S.3107-3108 beschrieben.
- Werden Tauchankermagnetsysteme in Anschlagdruckern verwendet, so hängt die maximal erreichbare Geschwindigkeit im wesentlichen einerseits von der erreichbaren Aufschlagggeschwindigkeit des Druckhammers, andererseits davon ab, wie schnell es gelingt, den als Anker des Magnetsystems ausgebildeten Druckhammer nach erfolgtem Abdruck prellfrei in seine Ausgangslage zurückzubringen.
- Die mit dem Anker eines Tauchankermagnetsystems erreichbare Geschwindigkeit hängt dabei wesentlich von der Stärke des mit der Erregerspule erzeugten Magnetfeldes ab. Wird das Tauchankermagnetsystem als Antriebsvorrichtung für den Druckhammer einer auf einem zeilenweise sich entlang auf einem Aufzeichnungsträger bewegenden Schreibwagen verwendet, so sind den geometrischen Ausmaßen aus kühltechnischen und aus Gewichtsgründen Grenzen gesetzt.
- Die Rückkehrgeschwindigkeit des Ankers nach erfolgtem Abdruck im Taucnankermagnetsystem und damit die Zeit, die vergeht; bis das Tauchankermagnetsystem erneut aktiviert werden kann, hängt außerdem stark von der Dämpfung ab, die der Druckhammer am Aufzeichnungsträger erfährt.
- Der Dämpfungsgrad ist dabei u.a. stark von der Anzahl der verwendeten Nutzen beim Druckvorgang abhängig.
- Aufgabe der Erfindung ist es, für eine Druckhammervorrichtung in einem Typen- oder Mosaikdrucker ein den Druckhammer antreibendes Tauchankermagnetsystem so auszugestalten, daß damit bei minimalen Außenmaßen und möglichst geringem Erregerstrom eine möglichst hohe, den Anker antreibende Vortriebskraft erzielbar ist. Der Anker soll außerdem nach erfolgtem Abdruck möglichst schnell in seine Ausgangslage rückführbar sein.
- Diese Aufgabe wird bei einem Tauchankermagnetsystem der eingangs genannten Art durch die in den Patentansprüchen bezeichneten Merkmale gelöst.
- Stellt man den axialen Kräfteverlauf in Abhängigkeit vom Weg des Ankers vom Anschlag bis zur Abdruckstelle im Diagramm dar, so entspricht die Fläche unter der Kurve der erzielbaren Abdruckenergie. Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Ausgestaltung des stationären Joches und des Antriebsteiles des Ankers läßt sich diese Fläche wesentlich vergrößern. Bremst man außerdem den Anker nach dem Abdruck bei der Rückkehr in seine Ausgangslage dann über einen Bremsimpuls konstanter Länge ab, wenn sich der Antriebsteil des Ankers in einem Bereich befindet, bei der die Kraft-Weg-Verlaufskurve linear ansteigt, findet eine selbständige Anpassung der Abbremsenergie an die sich verändernde Konsistenz der Abdruckstelle statt. Verändert man z.B. die Anzahl der Nutzen, so kehrt der Anker unterschiedlich schnell in seine Ausgangslage zurück. Damit verlagert sich entlang dem linear ansteigenden Bereich der Kraft-Weg-Kurve der Ort des Bremsimpulseinsatzes. Die Fläche unter der Kurve und damit die Bremsenergie ist infolgedessen bei höherer Geschwindigkeit größer als bei gedämpften, mit niedrigerer Geschwindigkeit in seine Ausgangslage zurückkehrenden Druckhammer.
- Ordnet man gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform im Tauchankermagnetsystem noch zusätzlich eine Lichtschranke an, so läßt sich außerdem die Ansteuerung eines derartigen Tauchankermagnetsystems wesentlich vereinfachen.
- Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden beispielsweise näher beschrieben.
- Es zeigen
- Fig. 1 eine schematische Darstellung eines bekannten Tauchankermagnetsystems mit zugehörigem Kraft-Weg-Diagramm,
- Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Tauchankermagnetsystems gemäß der Erfindung mit zugehörigem Kraft-Weg-Diagramm,
- Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Tauchankermagnetsystems gemäß der Erfindung mit ringförmiger Nut im Anker mit zugehörigem Kraft-Weg-Diagramm,
- Fig. 4 eine schematische Darstellung des Bremsvorganges des Ankers im Kraft-Weg-Diagramm,
- Fig. 5 ein Schnittbild eines mit einer Lichtschranke versehenen Tauchankermagnetsystems, teilweise in Schnittdarstellung,
- Fig. 6 ein Blockschaltbild einer Steuerschaltungsanordnung für das Tauchankermagnetsystem und
- Fig. 7 eine schematische Darstellung der Ausgangsimpulse der Lichtschranke beim Abdruck mit den zugehörigen Ansteuerimpulsen für das Tauchankermagnetsystem.
- Fig. 8 eine schematische Darstellung des Kraft-Weg-Diagramms eines Tauchankermagnetsystems entsprechend der Fig.5.
- Das in der Fig.1 dargestellte, bisher verwendete und bekannte Tauchankermagnetsystem besteht aus einem eine zentrale Ausnehmung ZA aufweisenden stationären Joch J aus einem Material hoher Permeabilität und einem als Druckhammer einer Druckhammervorrichtung ausgebildeten und sich in Ruhestellung an einem Anschlag AS abstützenden Anker AK, dessen allein hier dargestellter kolbenartiger Antriebsteil aus einem Material hoher Permeabilität besteht. Bei Aktivierung einer Erregerspule E über eine z.B. in der Fig.6 dargestellte Schaltungsanordnung bewegt sich der Anker AK unter Schließ-ung des Luftspaltes L im wesentlichen geradlinig durch die zentrale Ausnehmung ZA des Joches J. Der Verlauf der Axialkraft KA, die den Anker AK vorwärts treibt, in Abhängigkeit vom Ankerweg ist in dem danebenstehenden Kraft-Weg-Diagramm dargestellt. Die Nullkoordinate bezeichnet dabei die Anlage des Ankers AK am Anschlag AS.
- Bewegt sich der Anker AK unter Einfluß des von der Erregerspule erzeugten und über das Joch geführten Magnetfeldes nach links entsprechend der Pfeilrichtung der Kraft KA, so steigt die Kraft zunächst bei Schließung des Luftspaltes, d.h. bei Annäherung der Spitzen SJ und SA des Joches J und des Ankers AK bis zu einem Maximalpunkt M1, um dann nach Durchlauf des Ankers AK durch die zentrale Ausnehmung ZA wieder abzufallen. Nach der durch die Kraft KA vorgerufenen Beschleunigungsphase schließt sich dann bis zum Abdruck ein freier Flug des Ankers AK an. Die gesamte in dem Anker AK steckende kinetische Energie entspricht dabei der Fläche F unter der Kurve im Weg-ZeitDiagramm.
- Verändert man nun entsprechend der Darstellung der Fig.2,3 und Fig.5 das Joch und den Anker in seinen geometrischen Formen, so ist es durch diese geometrischen Veränderungen ohne zusätzliche Verstärkung des Magnetfeldes über den Erregerstrom in der Erregerspule E möglich, die Fläche unter der Weg-Zeit-Kurve zu vergrößern und damit die kinetische Energie. Entsprechend der Darstellung der Fig.2 sind die für die axiale Vortriebskraft KA des Ankers im wesentlichen wirksamen Bereiche die Hbterkante SJ des Joches J und das Ende SA des Ankers AK, der radialsymmetrisch ausgebildet ist. In ihm befinden sich ringförmige kerbartige Ausnehmungen K1 bis K3, die die magnetischen Feldlinien in ihren Spitzen SA verdichten. Dadurch ergibt sich der im Kraft-Weg-Diagramm der Fig.2 dargestellte Kurvenverlauf mit drei Maxima, die der dichtesten Annäherung der Spitzen SA der Kerben K1 bis K3 an die Kante SJ des Joches J entsprechen. Dabei entspricht das Maximum M1 der Kerbe K1, das Maximum M2 der Kerbe K2 und das Maximum M3 der Kerbe K3.
- Bei einer Ausgestaltung des Ankers AK entsprechend der Darstellung der Fig.3 befindet sich im vorderen Bereich des Antriebsteiles des Ankers AK eine Ringnut RN, die dadurch entstehenden beiden Spitzen SA der Vorderkante des Antriebsteiles des Ankers AK und der Ringnut RN erzeugen die beiden Maxima M1 und M2 im Kraft-Weg-Diagramm. Diese Vervielfachung der Maxima der Axialkraft KA durch Vervielfachung der Kanten am vorderen Teil des Ankers erzeugt zwischen den Maxima M1 und M2 einen stetig verlaufenden Zwischenbereich ZB. Dieser Bereich gliedert sich wiederum in einen abfallenden Bereich und in einen stetig ansteigenden Bereich SB. Dieser steig, in dem größten Teil linear ansteigende Bereich, läßt sich nun in der in der Fig.4 dargestellten Weise als Bremsbereich für den nach dem Abdruck in seine Ausgangslage zurückkehrenden Anker AK ausnützen. Dabei zeigt das in der Fig.4 dargestellte Kraft-Weg-Diagramm nur den stetig ansteigenden Bereich SB zwischen zwei Maxima M1 und M2. Die Fläche F1 entspricht dabei der aufgewendeten, einem Bremsimpuls vorbestimmter Länge entsprechenden Bremsenergie eines relativ stark durch z.B. mehrere Nutzen gedämpften Ankers AK, wobei die Fläche F2 der durch den gleichen Bremsimpuls angeführten Bremsenergie eines relativ ungedämpften Ankers AK entspricht. Das Abbremsen geschieht dabei in der nachstehend beschriebenen Weise.
- Bei einem im folgenden noch ausführlich beschriebenen Tauchankermagnetsystem der Fig.5 ist ein Sensor 12, bestehend aus einer Lichtschranke, angeordnet. Bei der Rückkehr aus der Abdrucklage in seine Ausgangslage unterbricht der hintere Teil 6 des Ankers AK zum Zeitpunkt T4 (Fig.7) die Lichtschranke. Die'Lichtschranke generiert über eine Schaltungsanordnung entsprechend der Fig.6 einen Bremsimpuls, der um die Zeit 4t verzögert wirksam wird. Die Geometrie des Ankers AK ist nun so abgestimmt, daß der Bremsimpuls, d.h. der Impuls,bei dem das Tauchankermagnetsystem mit seiner Erregerspule E erneut aktiviert wird, dann eintrifft, wenn sich der zurückkehrende Anker AK mit seinem Antriebsteil bzw. mit den für die axiale Vortriebskraft KA wirksamen Bereichen in dem Bereich SB des Kraft-Weg-Diagramms befindet. Das bedeutet, während der Dauer der Verzögerung At verändert sich in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit des zurückkehrenden Ankers die Lage des Einsatzes des Erregerpunktes der Erregerspule auf der Kraft-Weg-Kurve vom Punkt E1 (langsam) zum Punkt E2 (schnell). Da die Impulsdauer t des Rücksetzimpulses konstant bleibt, verändert sich damit die Bremsenergie von F1 zu F2. Das bedeutet, ein schnell zurückkehrender Anker wird in gewünschter Weise stärker abgebremst als ein über z.B. mehrere Nutzen gedämpfter, oder aus anderen Gründen langsam zurückkehrender Anker AK. Die Ansteuerung eines entsprechend der Erfindung aufgebauten Tauchankermagnetsystems wird deshalb wesentlich vereinfacht.
- Bei der in der Fig.5 schematisch dargestellten Druckeinrichtung für eine Fernschreib- oder Schreibmaschine wird über einen im folgenden näher beschriebenen, entsprechend der Erfindung ausgestalteten Tauchankermagnet ein Typenrad 1, das gegenüber einer Schreibwalze 2 angeordnet ist, betätigt. Das Tauchankermagnetsystem besteht im wesentlichen aus einer Erregerspule 3 und einem als Antriebselement für das Typenrad 1 dienenden Tauchanker 4. Der Tauchanker 4 besitzt zwei Führungsteile 5,6, die zusammen mit Buchsen 7,8 verhindern, daß der Tauchanker radial an die Fläche 9 des Joches J gezogen und damit an seinen eigentlichen axialen Bewegungen gehindert wird. Der Tauchanker 4 ragt mit seinem hinteren Teil durch die-Buchse 8 und liegt im Ruhezustand unter der Wirkung der Rückstellfeder 10 an einem Anschlag 11 an. Der mittlere, zwischen den beiden Führungsteilen 5 und 6 angeordnete Antriebsteil des Ankers 4 besteht aus einem zylinderförmigen Hauptteil HT und einem darauf vorsprungartig angeordneten zylinderförmigen Zapfenteil ZT mit gegenüber dem Hauptteil verringertem Durchmesser. Das Hauptteil HT und das Zapfenteil ZT bestehen aus einem Material hoher Permeabilität,z.B. Weicheisen, wobei beide Teile magnetische Verdichtungsbereiche bildende kantenförmige Übergänge UG aufweisen, deren Funktion im einzelnen später erläutert wird. Auf das Zapfteil ZT aufgesteckt und mit ihm fest verbunden ist das Führungsteil 5, das aus unmagnetischem Material besteht. Das Führungsteil 5 dient gleichzeitig als Druckhammer zur Betätigung des Typenrades 1, wobei sich seine Ausführung aus gehärtetem Stahl als vorteilhaft erwiesen hat.
- Um eine Anpassung des gesamten Tauchankermagnetsystems. an verschiedene Einsatzbedingungen zu erleichtern, kann das Zapfenteil ZT z.B. mit einem Gewinde versehen sein, so daß das Führungsteil 5lösbar mit ihm verbunden ist. Damit können je nach Anwendungsfall des Tauchankermagnetsystems verschiedene als Druckhammer dienende Führungsteile 5 verschiedener Länge und mit verschiedenem Werkstoff aufgesetzt werden.
- Entsprechend dem Hauptteil und dem Zapfenteil ist das die'Erregerspule 3 tragende Joch J aus Weicheisen aufgebaut. Das Joch selbst weist dabei eine zentrale Ausnehmung ZA auf, durch die das Führungsteil 5 des Ankers ragt. Die zentrale Ausnehmung ZA ist an ihrem dem Antriebsteil des Ankers in Ruhestellung zugewandtem Teil KN, einen magnetischen Verdichtungsbereich bildend, kantenartig ausgebildet. Als Antriebsteil des Ankers wird im folgenden der Hauptteil HT zusammen mit dem Zapfenteil ZT.verstanden. Im Bereich des hinteren Teiles des Tauchankermagnetsystems ist eine Infrarot-Lichtschranke 12 angeordnet. Sie dient zur Abtastung der Bewegung des Ankers.
- Wird über die in Fig. 6 dargestellte Schaltungsanordnung die Erregerspule 3 aktiviert, bewegt sich der Anker 4 unter SchlieBeung des wirksamen Luftspaltes L im wesentlichen geradlinig durch die zentrale Ausnehmung ZA des Joches J. Der Verlauf der Axialkraft KA, die den Anker 4 vorwärtstreibt, in Abhängigkeit vom Ankerweg XA ist in dem in der Fig. 8 dargestellten Kraft-Weg-Diagramm dargestellt. Die Nullkoordinate bezeichnet dabei die Anlage des Ankers 4 am Anschlag 11. Bewegt sich der Anker 4 unter Einfluß des von der Erregerspule erzeugten und über das Joch geführten Magnetfeldes nach links entsprechend der Pfeilrichtung der Kraft KA, so steigt die Kraft zunächst durch Schließ-ung des Luftspaltes L mit Annäherung der Vorderkante UG des Zapfenteiles ZT an, bleibt aber im Verlauf der Bewegung über ZL näherungsweise konstant, um bei Annäherung der Vorderkante UG des Hauptteiles HT an die Kante der zentralen Ausnehmung ZA ein Maximum (Auslenkung EHT) zu erreichen. Nach Durchlauf des Antriebsteiles aus dem Hauptteil und dem Zapfenteil durch die zentrale Ausnehmung ZA fällt die Kraft entsprechend der Darstellung der Fig.7 wieder ab. Nach der durch die Kraft KA hervorgerufenen Beschleunigungsphase schließt sich dann bis zum Abdruck ein freier Flug des Ankers an. Die gesamtein dem Anker 4 steckende kinetische Energie entspricht dabei der Fläche F unter der Kurve im Kraft-Weg-Diagramm.
- Der Verlauf der Kurve im Kraft-Weg-Diagramm läßt sich durch Variation des Verhältnis des Durchmessers des Zapfenteiles ZT zum Durchmesser des Hauptteiles HT verändern. Dabei ergibt-eine Vergrößerung des Zapfenteiles eine Überhöhung in der Kraft-Weg-Kurve in ihrem Anfangsbereich (gestrichelt dargestellte Kurve) und eine Verkleinerung des Durchmessers des Zapfenteiles ZT ein Absenken der Kurve im Anfangsbereich (punktgestrichelte Kurve).
- Als besonders günstig hat sich ein Verhältnis des Durchmessers des Zapfenteiles zum Durchmesser des Hauptteiles von ungefähr 1 : 2 ergeben. Bei einem derartigen Verhältnis des Durchmessers des Zapfenteiles und des Hauptteiles bezogen auf eine durchschnittliche Zapfenlänge von ca 4 mm ergibt sich über weite Strecken beim Durchlauf des Zapfenteiles und des Hauptteiles durch die zentrale Ausnehmung ein für die Ansteuerung des Tauchankers günstiger, konstanter Kraftverlauf. Eine beispielsweise Dimensionierung des Ankers ist wie folgt:
- Durchmesser des Hauptteiles: 5 mm
- Durchmesser des Zapfenteiles: 2 bis 2,5 mm.
- Länge des Zapfenteiles: 4 mm.
- Material des Führungsteiles: gehärteter, unmagnetischer Stahl,
- Material des Antriebsteiles (Zapfenteil + 'Hauptteil):
- Weicheisen.
- Selbstverständlich ist die Ausführung des Tauchankers nicht auf das dargestellte Beispiel beschränkt. Es sind z.B. für das Antriebsteil und das Führungsteil noch andere Führungsformen denkbar. Das Zapfenteil ZT kann z.B. wiederum ein zusätzliches Zapfenteil aufweisen, oder zusätzliche kantenförmige Verdichtungsbereiche durch Ausformungen besitzen.
- Die in Fig.6 dargestellte Ansteuerschaltungsanordnung besteht im wesentlichen aus zwei Kippstufen 13 und 14 zur zeitlichen Ansteuerung der Schaltungsanordnung. Schalttransistoren 15,16 und 17 verbinden die Erregerspule 3 in Abhängigkeit von dem Ausgangssignal eines Verstärkers 18, der den Erregerstrom bei Abdruck und den Bremsstrom in der Spule 3 regelt mit einer Konstantspannungsquelle 19. Der Verstärker 18, der als Stromregler geschaltet ist, liegt mit seinem positiven Ausgang an einem Spannungsteiler aus den Widerständen 20 bis 24 und dem zugeordneten Schalttransistor 25. Dabei ist der Widerstand 20 als Potentiometer ausgebildet. Der Schalttransistor 25,der über die Kippstufe 13 angesteuert wird, verändert in Abhängigkeit von dem gewünschten Strom in der Spule 3 das Teilungsverhältnis des Spannungsteilers 20 bis 24, der über den Widerstand 20 mit einer Referenzspannungsquelle 26 in Verbindung steht. Der negative Eingang des Verstärkers 18 liegt an einem Meßwiderstand 27 zur Feststellung des Istwerts in der Spule 3 an. Die weiteren Widerstände 28 bis 32 dienen in bekannter Weise zur Anpassung der Schalttransistoren. Das monostabile Kippglied 14 ist über ein Verzögerungsglied 33 mit dem Ausgang der fotoelektrischen Schalteinrichtung 12 verknüpft. Angesteuert wird die Schaltungsanordnung über einenz.B. von einer hier nicht dargestellten Tastatur ausgelösten Impuls 34. Die Kippstufen 13 und 14 stehen über ein ODER-Glied 35 mit dem Steuereingang des Schalttransistors 17 in Verbindung.
- Weiters weist die Antriebsvorrichtung eine Ankeransteuereinrichtung 36 auf. Sie enthält eine mit dem Impulseingang 34 und dem Sensor 12 verknüpftes Meßglied 37 und eine mit einem Speicher 38 und einem Vergleicher 39 versehene Vergleichssteuereinrichtung 40, deren Ausgang mit dem Rücksetzeingang der Kippstufe 13 in Verbindung steht.
- Eine z.B. als Warnlampe ausgebildete Funktionswarneinrichtung 41 ist mit dem Zeitmeßglied 37 verknüpft. Ihre Funktion wird später erläutert. Dasselbe gilt für das zur Grundeinstellung der Abdruckenergie nach dem Einbau des Tauchankermagnetsystems in die Druckeinrichtung benötigte Meßglied 42.
- Die eigentliche Funktion des in der Fig. 5 dargestellten Tauchankersystems wird im folgenden anhand der Fig. 6 und dem Spannungszeitdiagramm der Fig. 7 erläutert. Dabei zeigt in der Fig. 7 der obere Impulszug den Verlauf der Erregerimpulse am Ausgang des ODER-Gliedes 35 und der untere Impulszug den Verlauf der Erregerimpulse am Ausgang des Sensors 12.
- Zum Zeitpunkt T1 wird über den am Eingang 34 eingegebenen Startimpuls die Kippstufe 13 gesetzt und damit über das ODER-Glied 35 die Steuerstrecke der Transistoren 17 und 25 unterbrochen. Dadurch wird die Stromregeleinrichtung wirksam. Der Schalttransistor 16 und der Leistungstransistor 15 werden leitend, womit der Strom in der Erregerspule 3 sprungartig bis zu dem durch die Regeleinrichtung bestimmten Maximalwert ansteigt.
- Unter der Wirkung des erzeugten Magnetfeldes wird der Anker 4 beschleunigt. Gleichzeitig beginnt das Zeitmeßglied 37 der Ankersteuereinrichtung 36, das z.B. als Zähler.ausgebildet sein kann, seinen Betrieb. Zum Zeitpunkt T2 öffnet sich die Lichtschranke und am Ausgang des Sensors 12 tritt ein Rechteckimpuls mit abfallender Flanke auf. Dieser Rechteckimpuls stoppt das Zeitmeßglied 37 und das Ergebnis der Messung wird einer Vergleichssteuereinrichtung 40 zugeführt. Diese Vergleichssteuereinrichtung 40 kann _z.B: als Mikroprozessor ausgebildet sein und enthält einen Speicher 38 mit zugehöriger'Zentralsteuereinheit 39.
- Der von dem Anker vom Anschlag bis zur Lichtschranke durchlaufende Weg pro Zeiteinheit ist ein Maß für die aufgebrachte Druckenergie. Weicht die von dem Zeitmeßglied 37 festgestellte Durchlaufzeit von der im Speicher 38 gespeicherten Sollzeit ab, dann steuert die Zentraleinheit 39 entsprechend das Rücksetzen der Kippstufe 13 zum Zeitpunkt T3. Zum Zeitpunkt T3 wird die Kippstufe 13 in ihre ursprüngliche Lage zurückgeführt. Damit werden die Transistoren 17 und 25 erneut leitend, wobei die Stromregelung unterbrochen und der Leistungstransistor 15
- abgeschaltet wird. Die Ankersteuereinrichtung 36 steuert damit über die Kippstufe 13 die zeitliche Länge der Ansteuerung des Transistors 15 und damit den Erregerstrom in der Spule 3.
- Nach Rückkehr des Tauchankers 4 von der Abdruckstelle unterbricht er mit seinem hinteren Ende 6 zum Zeitpunkt T4 erneut die Lichtschranke des Sensors 12.
- Da es sich um den Übergang vom ununterbrochenen zum unterbrochenen Sensorstrahl und damit um die ansteigende Flanke des unteren Impulszuges der Fig. 7 handelt, aktiviert das um die Zeit Δt über das Zeitglied 33 verzögerte Ausgangssignal des Sensors.12 die monostabile, mit ansteigender Impulsflanke setzbarer Kippstufe 14, die zum Zeitpunkt T5 den Schälttransistor 17 über das ODER-Glied 35 erneut unterbricht und damit die Spule 3 aktiviert. Der Schalttransistor-25'befindet sich wegen der Kippstufe 13 im leitenden Zustand, so daß der Verstärker 18 den Erregerstrom in der Spule 3 auf einen Bremsstrom ausregelt. In der verbleibenden Wegstrecke des Ankers 4 bis zum Anschlag 11 wird der Anker 4 durch diesen Bremsstrom vollständig abgebremst und kann sich ohne Nachschwingungen an den Anschlag 11- anlegen. Zum Zeitpunkt T6 kippt die monostabile Kippstufe 14 in ihre ursprüngliche Lage zurück, womit der Transistor 17 erneut leitend wird und damit den Erregerstrom in der Spule 3 über den Leistungstransistor 17 unterbricht. Durch einen erneuten Startimpuls 34 kann ein weiterer Abdruckzyklus gestartet werden.
- Zusätzlich ist die Schaltungsanordnung noch mit einer Funktionswarneinrichtung 41 ausgestattet. Diese-Funktionswarneinrichtung steht beispielsweise mit dem Zeitmeßglied 37 in Verbindung und gibt dann ein Warnsignal ab, wenn nicht innerhalb einer bestimmten Zeitspanne nach Start des Tauchankermagnetsystems das Ende des Ankers 4 die Lichtschranke 12 passiert.
- Ein Überschreiten dieser Zeitspanne weist auf eine Störung des Tauchankermagnetsystems hin. Dies kann z.B. ein Bruch des Ankers oder ein Defekt der Spule 3 sein. Selbstverständlich ist es auch möglich, anstelle der Zeitspanne T2 bis T1 die Zeit T4 bis T2 eines gesamten Abdruckzyklus, d.h. also"die-zweimalige Unterbrechung der Lichtschranke als Maß für eine Funktionswarneinrichtung zu verwenden. Die Funktionswarneinrichtung selbst kann in ihrer'einfachsten Form aus einem Vergleicher bestehen, der den Zählerstand des Zeitmeßgliedes 37 mit einem abgespeicherten Sollstand vergleicht und bei Überschreitung einer Wareneinrichtung aktiviert.
- Mit dem vorher beschriebenen Tauchankermagnetsystem läßt sich in einfacher Weise die Grundeinstellung der Abdruckenergie nach dem Einbau des Tauchankermagnetsystems in die Druckeinrichtung bewerkstelligen. Zu diesem Zweck weist die Ansteuerschaltungsanordnung ein Potentiometer 20 auf, über das der Erregerstrom in der Spule 3 einstellbar ist. Zusätzlich dazu ist an den Ausgang des Sensors 12 ein Meßglied 42 ankoppelbar, das z.B. aus einer Zeitmeßeinrichtung mit zugehöriger Anzeigeeinrichtung bestehen kann, über das die Durchlaufzeit des Ankers von der Anfangsunterbrechung der Lichtschranke bis zur Unterbrechung der Lichtschranke bei der Rückkehr des Ankers in die Ausgangslage gemessen wird. Diese Durchlaufzeit des Ankers ist ein Maß für die Abdruckenergie und bei der Grundeinstellung des Tauchankermagnetsystems nach dem Einbau in die Druckeinrichtung kann man diese Zeit mit einer vorgegebenen Sollzeit vergleichen und durch Verändern des Potentiometers 20 eine Grundeinstellung des Erregerstromes in der Spule 3 vornehmen. Damit ist es möglich, die bei der Fertigung zwangsläufig auftretenden Toleranzen und die dadurch hervorgerufenen Schwankungen des magnetischen Materials und des Spulenstromes auszugleichen.
- Selbstverständlich ist die Ausführung der Antriebsvorrichtung nicht auf das dargestellte Beispiel beschränkt. So sind für die einzelnen Elemente noch andere Ausführungsformen denkbar. Der Sensor 12 kann z.B. auch ein die Bewegung des Ankers durch Induktion erfassendes Element sein, oder es können im Ankerweg zwei Sensoren angeordnet sein.
-
- ZA zentrale Ausnehmung
- J stationäres Joch
- AS Anschlag
- AK Anker
- E Erregerspule
- L Lüftspalt
- KA Axialkraft
- XA Ankerweg
- SJ Spitze Joch
- SA Spitze Anker
- M1 Maxima
- M2 Maxima
- M3 Maxima
- F Fläche
- K1 kerbartige Ausnehmungen
- K2 kerbartige Ausnehmungen
- K3 kerbartige Ausnehmungen
- RN Ringnut
- ZB stetiger Zwischenbereich
- SB linear ansteigender Teil des Zwischenbereichs
- F1, F2 Bremsflächen
- Δt Verzögerungsezeit
- t Impulsdauer
- E1 Erregerpunkt (langsam)
- E2 Erregerpunkt (schnell)
- U Spannung
- T1 bis T6 Impulszeiten
- HT Hauptteil
- ZT Zapfenteil
- UG Übergang (magnetische Verdrahtungsbereiche)
- KN Kanten
- EHT Auslenkung
- ZL Zapfenlänge
- 1 Typenrad
- 2 Schreibwalze
- 3 Erregerspule
- 4 Tauchanker
- 5 und 6 unmagnetische Führungsteile
- 7 und 8 Buchsen
- 9 Fläche
- 10 Rückstellfeder
- 11 Anschlag
- 12 Sensor (Lichtschranke)
- 13 bistabile Kippstufe
- 14 monostabile Kippstufe
- 15, 16 und 17 Schalttransistoren
- 18 Verstärker
- 19 Konstantspannungsquelle
- 20 Potentiometer
- 21 bis 24 Widerstände
- 25 Schalttransistor
- 26 Referenzspannungsquelle
- 27 Meßwiderstand
- 28 bis 32 Widerstände
- 33 Verzögerungsglied
- 34 Ansteuerimpuls
- 35 ODER-Glied
- 36 Ankersteuereinrichtung
- 37 Zeitmeßglied
- 38 Speicher
- 39 Zentralsteuereinheit
- 40 Vergleichssteuereinrichtung
- 41 Warneinrichtung
- 42 Meßeinrichtung für Durchlaufzeiten
Claims (17)
dadurch gekennzeichnet, daß die zentrale Ausnehmung (ZA) des Joches (J) an ihrem dem Antriebsteil des Ankers (AK,4) in Ruhestellung zugewandtem Teil und der Antriebsteil des Ankers (4) selbst magnetische Verdichtungsbereiche (KN, SJ) formend kantenartig ausgebildet sind, und daß zusätzliche, das Joch (J) und/oder der Antriebsteil (AK, W) weitere kantenartig ausgebildete magnetische Verdichtungsbereiche (SK, K1, K2,K3, UG) aufweisen.
dadurch gekennzeichnet, daß der weitere Verdichtungsbereich des Antriebsteiles (AK) aus einer ringförmigen Nut (RN) besteht.
dadurch gekennzeichnet, daß der der zentralen Ausnehmung (ZA) zugewandte Teil des Antriebsteiles des Ankers (4) einen zylinderförmigen Hauptteil (HT) und mindestens einen darauf vorsprungartig angeordneten zylinderförmigen Zapfenteil (ZT) mit verringertem Durchmesser besitzt, die jeweils magnetische Verdichtungsbereiche bildende kantenförmige Übergänge (UG) aufweisen, und daß der Anker ein den Zapfenteil (ZT) umschließendes Führungsteil (5) aus unmagnetischem Material besitzt.
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