EP0176618B1

EP0176618B1 - Elektromagnetischer Stösselantrieb, insbesondere für Anschlagdrucker

Info

Publication number: EP0176618B1
Application number: EP19840111869
Authority: EP
Inventors: Horst Dipl.-Ing. Matthaei
Original assignee: IBM Deutschland GmbH; International Business Machines Corp
Current assignee: IBM Deutschland GmbH; International Business Machines Corp
Priority date: 1984-10-04
Filing date: 1984-10-04
Publication date: 1987-09-09
Also published as: EP0176618A1; DE3465931D1

Description

Die Erfindung betrifft einen elektromagnetischen Stößelantrieb, der sich insbesondere bei Anschlagdruckern einsetzen läßt.
Dieser neuartige Antrieb basiert in seiner grundlegenden physikalischen Wirkungsweise auf einem Prinzip, wie es in der europäischen Anmeldung 80103387.9 (EP-A-21 335) beschrieben ist. Sie bezieht sich auf einen schnellen, elektromagnetisch betätigbaren Stößelantrieb, der insbesondere für Anschlagdrucker eingesetzt werden kann. Der Elektromagnet besteht grundsätzlich aus im wesentlichen symmetrisch aufgebauten magnetisierbaren Jochhälften mit entsprechender (n) Erregerspule(n). Die einander zugewandten Polenden der Jochhälften bilden zueinander fluchtende magnetische Arbeitsspalte. Zwischen den magnetischen Arbeitsspalten ist ein in Richtung der Fluchtlinie der Arbeitsspalte verschiebbarer Stößel angeordnet. Der Querschnitt des Stößels ist an die Fläche der Arbeitsspalte angepaßt. Er kann zylinderförmig oder quaderförmig ausgebildet sein. Er enthält z. B. scheiben- bzw. quaderförmig ausgebildete Ankerelemente aus magnetisierbarem Material und zwischen diesen angeordnete Abstandselemente aus vorwiegend nichtmagnetisierbarem Material. Die Ankerelemente weisen eine derartige geometrische Ausbildung auf, daß ihr Volumen in der Größenordnung des Arbeitsspaltvolumens liegt. In der Ausgangslage des Stößels befinden sich die Ankerelemente im nichterregten Zustand der Elektromagnete im wesentlichen vor dessen Arbeitsspalten. Sie werden bei Erregung des Elektromagneten in diese Arbeitsspalte hineingezogen und erfahren dabei eine Beschleunigung.
Bei Anordnungen dieser Art führt der Stößel eine geradlinige Bewegung aus.
Bei einem Jochhälftenpaar kann nur eine der Jochhälften mit einer Spule versehen sein ; ebenso ist es aber auch möglich, beide Jochhälften mit je einer Spule zu versehen. Sind einem Stößel mehrere Jochhälftenpaare zugeordnet, so vergrößert sich entsprechend die Anzahl der erforderlichen Spulen.
Derartig wirkende Stößelanordnungen weisen jedoch folgende Nachteile auf :

Für einen von Seitenkräften freien Antrieb sind für jedes Jochhälftenpaar immer zwei Spulen (für jede Jochhälfte eine Spule) erforderlich.

Bei Druckhammerbänken mit mehreren nebeneinanderliegenden Stößelanordnungen ist deren Baubreite durch den seitlichen Abstand benachbarter Stößeleinheiten begrenzt.
In der europäischen Patentanmeldung 82 101 865.2 (EP-A-63 233) ist ein elektromagnetischer Stößelantrieb beschrieben, der eine Weiterbildung des Antriebs nach der europäischen Patentanmeldung 80 103 387.9 (EP-A-21 335) für einen quaderförmigen Stößel darstellt.
In Fig. 3 der vorliegenden Anmeldung ist eine Explosionszeichnung einer Druckstößeleinheit mit zugehörigen elektromagnetischen Antriebseinheiten gezeigt. Diese Fig. 3 entspricht der Fig. 4 der erwähnten europäischen Patentanmeldung 82101 865.2.
Der Elektromagnet besteht aus zwei im wesentlichen symmetrisch aufgebauten, von einer Spule 45, 55 umfaßten magnetisierbaren, E-förmigen Jochhälften 41, 51. Die einander zugewandten Polenden der Jochhälften 41,51 bilden drei einander fluchtende Arbeitsspalte 44/54, 43/53, 42/52. Zwischen den Arbeitsspalten ist ein in Richtung der Fluchtlinie der Arbeitsspalte verschiebbarer, zungenförmiger Stößel 5 angeordnet. Der Querschnitt des Stößels 5 ist an die Fläche der Arbeitsspalte angepaßt. Der Stößel enthält quaderförmig ausgebildete Ankerstege 60, 61, 62 aus magnetisierbarem Material. Die Ankerstege 60, 61, 62 weisen eine derartige geometrische Ausbildung auf, daß ihr Volumen in der Größenordnung des Arbeitsspaltvolumens liegt. In der Ausgangslage des Stößels 5 befinden sich die Ankerstege im nichterregten Zustand des Elektromagneten im wesentlichen vor dessen Arbeitsspalten. Sie werden bei Erregung des Elektromagneten in dessen Arbeitsspalte hineingezogen und erfahren dabei eine Beschleunigung.
Die Windungen der die Jochhälften 41, 51 erregenden Spulen 45, 55 verlaufen im wesentlichen zwischen den E-Schenkeln 44/43 ; 43/41 ; 54/53 ; 53/52 der Jochhälften.
Bei einer solchen Ausbildung eines Stößelantriebs tritt jedoch der Nachteil auf, wonach der zungenförmige Stößel nicht genügend biegesteif ist.
Zur Vermeidung der vorgenannten Nachteile ist es Aufgabe der Erfindung, einen elektromagnetischen Antrieb mit einem zungenförmigen Stößel größerer Biegesteifigkeit vorzusehen, der bei symmetrischem Aufbau der Elektromagneteinheiten beidseits des Stößels mit nur einer Erregerspule auskommt.
Diese Aufgabe der Erfindung wird in vorteilhafter Weise durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 angegebenen Maßnahmen gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.
Es zeigen :

Figur 1 eine schematische Explosionszeichnung der erfindungsgemäßen elektromagnetischen Stößeleinheit,
Figur 2 eine Schnittdarstellung der elektromagnetischen Stößeleinheit im zusammengebauten Zustand gemäß der Schnittebene A-A in Fig. 1,
Figur 3 eine schematische Explosionszeichnung einer elektromagnetischen Stößeleinheit nach dem Stand der Technik.

In Fig. 1 ist eine Explosionszeichnung der für die erfindungsgemäße elektromagnetische Antriebseinheit wesentlichen Teile gezeigt. Diese Antriebseinheit besteht aus dem Stößel 1, dem Elektromagneten und einem Abstandsscheibenring 4. Der Elektromagnet wiederum besteht aus einem Paar symmetrischer Jochhälften 2 und 3 einer Spule 6. Die Jochhälften, deren Schnittdarstellung gemäß der Schnittebene A-A auch aus Fig. 2 zu entnehmen ist, weisen auf der dem Stößel 1 zugewandten Seite ringsegmentartige, hervorstehende Pole 2-1, 2-2 bzw. 3-1, 3-2 mit glatten Polflächen 2-10, 2-20, 3-10, 3-20 auf. Beim Zusammenbau der Teile der elektromagnetischen Antriebseinheit liegen sich die flachen Polflächen 2-10 und 3-10 bzw. 2-20 und 3-20 unter Bildung zweier Arbeitsspalte 7 und 8 gegenüber, die in einer Ebene liegen. Die Jochhälften kann man sich aus rotationssymmetrischen, entsprechend modifizierten, deckelförmigen Gebilden entstanden denken, bei denen ein oberer und unterer Abschnitt weggeschnitten wurde. Die obere Gleitfläche der Jochhälfte 2 ist mit 2-30, die untere mit 2-40 bezeichnet. Die oberen Schnittflächen 2-30 und 2-40 verlaufen parallel. Diese Gleitflächen dienen als Führungsfläche für den Rahmen des Stößels 1. Die Gleitflächen der Jochhälfte 3 sind mit 3-30 und 3-40 bezeichnet.
Die Jochhälften weisen mittig eine Bohrung 50 auf, durch die sie durch eine entsprechende Verbindung, z. B. eine Schraubverbindung, zusammengehalten werden können. Jede Jochhälfte hat auf ihrer dem Stößel zugewandten Innenseite um diese Bohrung herum einen scheibenringförmig-ähnlichen Vorsprung 2-3 bzw. 3-3. Dieser Vorsprung dient dazu, die ringförmige Erregerspule 6 in ihrer Lage zu fixieren. Dabei ist die Erregerspule quasi auf die beiden Vorsprünge 2-3 bzw. 3-3 der Jochhälften aufgesteckt; zwischen den beiden Vorsprüngen liegt der Abstandsscheibenring 4, durch dessen Höhe (in Richtung beider Jochhälften) die Abmessung der magnetischen Arbeitsspalte 7 und 8 festgelegt ist.
Wie aus Fig. 2 zu ersehen ist, weist der äußere Umfang der Erregerspule 6 einen Abstand zur Innenseite der Pole 2-1, 2-2, 3-1, 3-2 auf. Dieser Abstand ist ausreichend groß, um eine entsprechende Bewegung der Ankerstege 9-1, 9-2 des Stößels 1 (in Pfeilrichtung und zurück) zuzulassen.
Der Stößel 1 ist rahmenförmig ausgeführt. Die für die Stößelführung wichtige obere 1-1 und untere 1-2 Rahmenteile haben auf ihrer Innenseite glatte, einander parallele Führungsflächen 1-10 und 1-20. Zwischen dem oberen und unteren Rahmenteil sind kreisbogenförmige Ankerstege 9-2 und 9-1 angeordnet, die aus Gründen einer einfachen Herstellung Teile des Ankerringes 9 aus magnetisierbarem Material sind. Der Ankerring 9 ist mit dem Rahmen 1 vergossen. Die Breite B des Rahmens 1 ist größer als die Breite C des Ankerringes 9. Dieser Umstand ist wesentlich, denn erst dadurch ist es möglich, daß der Stößel 1 mit den Innenflächen 1-10 und 1-20 der oberen und unteren Rahmenteile im Bereich D, beidseits des Ankerringes durch Gleiten auf den Flächen 2-30 und 2-40 der Jochhälfte 2 und den Flächen 3-30 und 3-40 der Jochhälfte 3 geführt werden kann.
Zur Erzielung einer Stößelbewegung in Pfeilrichtung, z. B. zur Erzeugung eines Abdruckes bei Anschlagdruckern, wird die Elektromagneteinheit erregt. Dabei bildet sich in den beiden Arbeitsspalten 7 und 8 ein magnetisches Feld aus. Zum Zeitpunkt der Erregung sollen sich vor diesen Arbeitsspalten 9-1 bzw. 9-2 die Ankerstege des Stößels 1 befinden. Sie werden bei Erregung der Elektromagnete in diese Arbeitsspalte hineingezogen und dabei beschleunigt und dienen so einer Antriebsbewegung des Stößels in Pfeilrichtung. In diesem Zusammenhang ist es wesentlich, daß die den Arbeitspalten zugeordneten Ankerstege eine Ausbildung und Abmessungen aufweisen, die in etwa der Ausbildung und den Abmessungen des Arbeitsspaltes entsprechen.
In Fig. 1 sind die Ankerstege 9-1 und 9-2 als ringförmige Segmente ausgebildet. Sie sind entsprechend den ringsegmentförmigen Arbeitsspalte auch ringsegmentförmig ausgebildet. Ihre Breite C ist geringfügig geringer als der Abstand der Polflächen 2-10/3-10 ; 2-20/3-20, zwischen denen die Arbeitsspalte 7 und 8 gebildet werden. Da die Jochhälften aus rotationssymmetrischen Teilen hergestellt werden, ist es verständlich, daß die Ankerstege 9-1 und 9-2 Teile einer gemeinsamen Ringstruktur sind können. Aus fertigungstechnischen Gründen ist es zweckmäßig, die Ankerstege nicht separat vorzusehen, sondern als Teil eines gemeinsamen ganzen Ankerringes 9. Dabei sind die oberen und unteren Segmente 9-3 und 9-4 des Ankerringes 9 für die elektromagnetische Wirkungsweise des Antriebes ohne Belang. Ein Ankerring als Ganzes läßt sich leichter im Rahmen des Stößels in Kunststoff vergießen als es bei zwei getrennten Ankerstegen 9-1, 9-2 der Fall ist. Außerdem verleiht der Ankerring der Stößelanordnung eine größere Festigkeit.
Aus Fig. 2 geht hervor, daß im nichterregten Zustand des Elektromagneten der Ankersteg 9-2 sich vor dem Arbeitsspalt 7 außerhalb des Jochhälftenpaares 2/3 befindet, während sich der Ankersteg 9-2 innerhalb dieser Anordnung befindet. Bei Erregung des Elektromagneten wird der Ankersteg 9-1 in den Arbeitsspalt 7 und der Ankersteg 9-2 in den Arbeitsspalt 8 in Pfeilrichtung hineingezogen und dabei beschleunigt. Sobald sich die Ankerstege bei dieser Bewegung in einer Position befinden, in der sie in etwa den Raum des Arbeitsspaltes einnehmen, wird die Erregung abgeschaltet ; die Bewegung des Stößels wird sich dabei fortsetzen.
Für die Wirkungsweise der Antriebsanordnung ist es selbstverständlich Voraussetzung, daß zur Leitung des Magnetflusses die Jochhälften 2, 3 und der Abstandsscheibenring 4 aus weichmagnetischem Material hergestellt sein müssen. Außerdem sei darauf hingewiesen, daß der innere Radius der Ankerstege auch dem äußeren Radius der ringsegmentartigen Pole (2-1, 2-2 etc) und umgekehrt entsprechen kann um ein optimales Beschleunigungsverhalten beim Hineinziehen der Ankerstege in die Arbeitsspalte zu erreichen.
Die Anwendung solcher Stößeibewegungen ist vielfältig und im Stand der Technik bereits eingehend gewürdigt. Besonders vorteilhaft läßt sich dieser Stößel für Anschlagdrucker verwenden. Aus diesem Grunde ist der in Fig. 1 gezeigte Stößel mit einem « Hammerkopf 10 versehen. Die Aufhängung des Stößels sowie Maßnahmen zur Zurückführung des Stößels nach erfolgtem Druckanschlag sind bereits eingehend im Stand der Technik beschrieben (siehe auch europäische Patentanmeldung 80103387.9). Aus diesem Grunde wird auf diese Einzelheiten hierwiederholend nicht eingegangen. Bei dem erfindungsgemäßen elektromagnetischen Stößelantrieb wird im Vergleich zum Stand der Technik eine höhere Biegesteifigkeit des Stößels erreicht.
Es ist verständlich, daß in sogenannten Druckhammerbänken von Anschlagdruckern die Stößeleinheiten eine bestimmte Breite nicht überschreiten dürfen, um einer vorgegebene Teilung für die Buchstabenpositionen zu entsprechen. Solche Stößeleinheiten sind gemäß der europäischen Patentanmeldung 80103387.9 durch beidseits des Stößels angeordnete Magnetjochhälften mit jeweils einer Erregerspule gekennzeichnet. Da auf jeder Seite des Stößels eine solche Erregerspule vorgesehen ist - zur Aufrechterhaltung der Symmetrie der Elektromagneteinheit - erfordert eine solche Stößeleinheit eine größere Baubreite, als es bei Verwendung nur einer Spule möglich wäre. Wenn man jedoch die Symmetrie der Elektromagneteinheit unter Verwendung nur einer einzigen Spule aufrechterhält, ist eine Verringerung der Baubreite der Antriebseinheit möglich. Dies ist nach der vorstehend beschriebenen Erfindung möglich, wonach eine symmetrische Elektromagneteinheit mit nur einer einzigen Spule ausgestattet ist. Dabei läßt sich eine verringerte Baubreite der Antriebseinheit erzielen. Wenn man diesen letztgenannten Vorteil nicht ausnutzt, gewinnt man mehr Raum für eine Verbreiterung des Stößels, um diesem eine noch höhere Biegesteifigkeit zu verleihen. Diese höhere Biegesteifigkeit des Stößels wird dadurch erreicht, daß er erfindungsgemäß rahmenförmig ausbildet wird, wobei der Rahmen eine größere Breite aufweist, als es bei einer Stößelanordnung nach dem Stand der Technik (aufgrund der Baubreitenbeschränkung für Druckhammereinheiten) möglich ist.

Claims

1. Elektromagnetische Antriebsanordnung zur Ausführung einer einzelnen Schritt-, Schalt- oder Stoßbewegung, bestehend aus einer Elektromagneteinheit und einem Bewegungsglied (1) mit zungenförmiger Kontur, wobei die Elektromagneteinheit von einer Elektromagnetspule (6) erregbare Joche (2, 3) einschließt, deren einander gegenüberstehende Polenden magnetische, in einer Ebene liegende Arbeitsspalte (7, 8) definieren, daß die Elektromagneteinheit beidseits der Ebene der Arbeitsspalte (7, 8) joch- und spulensymmetrisch auf gebaut ist, daß die Längsmittelebene des Bewegungsgliedes (1) durch die magnetischen Arbeitsspalte verläuft und eine Anzahl weichmagnetischer Elemente enthält, deren geometrische Ausbildung in der Größenordnung der geometrischen Ausbildung der magnetischen Arbeitsspalte (7, 8) liegt und von denen sich ein jedes im nichterregten Zustand der Elektromagneteinheit in einer Ausgangslage im wesentlichen vor einem ihm zugeordneten magnetischen Arbeitsspalt (7, 8) befindet und bei Erregung der Elektromagneteinheit in diesen Arbeitsspalt hineingezogen und dabei beschleunigt wird, wodurch der Antrieb des Bewegungsgliedes (1) bedingt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Bewegungsglied (1) rahmenartig ausgebildet ist, daß der Rahmen senkrecht zur Bewegungsrichtung des Bewegungsgliedes (1) in der Magnetflußrichtung im Arbeitsspalt zur Erlangung einer höheren Biegesteifigkeit breiter ausgebildet ist als die als Ankerstege (9-1,9-2) ausgebildeten, weichmagnetischen Elemente, die innerhalb des Rahmens verlaufen, daß die Elektromagneteinheit ein senkrecht durch die Bewegungsgliedebene verlaufendes, von einer Erregerspule umgebenes Basis-Joch (6, 2-3, 3-3) umfaßt, welches sich auf jeder Seite der Bewegungsgliedebene in weiteren Jochen fortsetzt, zwischen deren der Bewegungsgliedebene zugewandeten Polenden (2-10, 3-10 ; 2-20, 3-20) sich jeweils die Arbeitsspalte (7, 8) ausbilden, und daß zwischen den Arbeitsspalten (7, 8) und dem äußeren Umfang der Erregerspule (6) ein für die Bewegung der Ankerstege (9-1, 9-2) ausreichender Abstand vorgesehen ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die die Arbeitsspalte (7, 8) bildenden, sich gegenüberliegenden Polenden der Jochschenkel eine kreisringsegmentartige Polfläche (2-10, 2-20, 3-10, 3-20) aufweisen und die Ankerstege (9-2; 9-1) entsprechend kreisringsegmentartig ausgebildet sind.