EP0188672B1

EP0188672B1 - Matrixdruckkopf

Info

Publication number: EP0188672B1
Application number: EP85113395A
Authority: EP
Inventors: Bernd Dipl.-Ing. Gugel; Horst Heisele; Herbert Kitzberger; Karl Mayer
Original assignee: Mannesmann AG
Current assignee: Vodafone GmbH
Priority date: 1985-01-25
Filing date: 1985-10-22
Publication date: 1989-10-11
Also published as: ATE47091T1; DE3502471A1; JPS61172752A; DE3573561D1; EP0188672A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Matrixdruckkopf mit mehreren, jeweils mittels eines separaten Magnetantriebs in Druckstellung nach vorwärts und zurückbewegbaren Drucknadeln, die an einem die Bewegungen übertragenden Element des Magnetantriebs befestigt sind, wobei das Magnetantriebselement innerhalb des Befestigungsbereiches jeweils eine Breite aufweist, die die Anordnung einer mittig im Befestigungsbereich des Magnetantriebs-Elementes befindlichen Durchtrittsöffnung zuläßt, deren Querschnittsgrundform zumindest mit einem Teil des Umfangs der eingesetzten und weich- oder hartgelöteten Drucknadeln unter Berücksichtigung einer entsprechenden Herstelltoleranz übereinstimmt.
Derartige Matrixdruckköpfe werden in serieller Bauart und in Zeilendruckerbauart hergestellt. Die Betätigung zielt hierbei auf eine möglichst hohe Anzahl von Abdrucken einzelner Punktdruckelemente ab. Serielle Matrixdrucker erreichen heute schon eine Schreibleistung von ca. 400 Zeichen/sec und Zeilendrucker von bis zu 900 Zeichen/sec. Entsprechend diesen Schreibleistungen sind Matrixzeichendrucker thermisch und verschleißtechnisch beansprucht. Die Standzeit sowie etwaige Ausfallzeiten der Matrixdrucker sind jedoch für den Benutzer ausschlaggebende Merkmale, einen Matrixdrucker auszuwählen.
Neben den Problemen des elektrischen bzw. elektronischen Teils eines Matrixdruckers sind auch mechanische Probleme zu beachten. So ist z. B. die Befestigung des Druckelements, d. h. einer Drucknadel immer noch nicht zufriedenstellend gelöst.
Man unterscheidet bei der Befestigung der Drucknadeln zwei grundverschiedene bekannte Bauarten.
Eine erste Bauart benutzt zwar ebenfalls das Prinzip des Bewegungen übertragenden Magnetantriebselements, bevorzugt jedoch lediglich eine kinematische Kopplung durch Kraftschluß zwischen dem Magnetantriebselement (z. B. einem Klappanker) und einer getrennten Drucknadel, an der ein Kopf befestigt ist. Während der Kraftübertragung liegt der Kopf der Drucknadel an einer ebenen Fläche des Magnetantriebselementes an. Diese erste Bauart folgt jedoch wegen der Massenungleichheit von Drucknadel mit Drucknadelkopf einerseits und der Masse des Klappankers andererseits nur schwer der Frequenz des Magnetantriebs. Mit der ersten Bauart sind daher Schwingungsprobleme und Steuerungsprobleme verbunden (ein solches Beispiel bildet der Gegenstand der US-PS 4 478 528).
Eine zweite Bauart vermeidet die Probleme der ersten Bauart, indem die Drucknadeln jeweils unmittelbar und starr am vorderen Ende des Magnetantriebselementes befestigt sind. Damit folgt die Drucknadel zwangsweise der Steuerung der Matrixdrucker-Elektronik. Diese zweite Bauart (ein Beispiel ist aus der DE-OS 26 30 931 ersichtlich) ist jedoch fertigungstechnisch schwierig zu beherrschen. Die Befestigung der Drucknadel bedarf besonderer Hilfsvorrichtungen, wobei immer noch die Gefahr besteht, daß durch eine zu große Toleranzvorgabe der Hilfsmittel die Ausrichtung und Anordnung der Drucknadeln unzureichend ist. Ein weiterer Nachteil der bekannten Befestigung stellt das extrem wichtige Verbinden der Drucknadeln mit dem Magnetantriebselement dar, das unter Wärmeeinwirkung beim Weich-oder Hartlöten entsteht. Die Erwärmung der Drucknadeln beim induktiven Löten kann in Extremfällen zum Bruch der Drucknadel nach einer relativ kurzen Betriebszeit des Matrixdruckers führen. Die Ursache hierfür ist eine Gefügeänderung im Werkstoff der Drucknadeln entweder während des Erwärmens oder während des nachfolgenden Abkühlens.
Diesem Stand der Technik gegenüber ist es außerdem bekannt (DE-A 24 49 235), eine besondere Buchse für die Drucknadeln vorzusehen, die in dem Magnetantriebselement verschweißt wird. Diese Buchse kann auch noch mit elastomerem Material in dem Magnetantriebselement gelagert sein. Eine solche Buchse gewährleistet jedoch wegen der Toleranzungenauigkeit weder eine größere Lagegenauigkeit noch eine Verstärkung der Drucknadelbefestigung.
Ein weiterer bekannter Vorschlag (DE-A 25 58 380) sieht eine eingangs bezeichnete Befestigung einer Drucknadel vor. Die Achse der Durchtrittsöffnung ist jedoch jeweils senkrecht durch das entweder gerade oder abgewinkelte Magnetantriebselement geführt, so daß die Drucknadel einer nachteiligen Krümmung unterworfen wird, die in nicht näher dargestellten Führungen, sog. Stützebenen fixiert werden muß. Ferner ist die bekannte Drucknadelbefestigung nachteilig aufgrund einer äußeren Verschweißung an einem nach außen ragenden Ende der Drucknadel. Eine solche Befestigung ist daher bruchgefährdet.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Befestigung einer Drucknadel, zu verbessern, und zwar zu verstärken.
Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die gerade Achse der Durchtrittsöffnung schräg zur Oberflächenebene des Magnetantriebselementes verläuft, daß ferner die Herstelltoleranz der Durchtrittsöffnung ein leichtes Einführen der Drucknadeln und ihre Festlegung in der Richtung ermöglicht und daß die Drucknadein innerhalb des entstehenden Spalts der Durchtrittsöffnung gelötet sind.
Die Mindestbreite des Magnetantriebs-Elements sichert die Anordnung einer Durchtrittsöffnung. Die Durchtrittsöffnung selbst gewährleistet den geringstmöglichen Aufwand, um die Drucknadel bei der Montage zu positionieren. Hierbei ist die Genauigkeit der Position von besonderem Vorteil. Die Drucknadel wird außerdem bei einer notwendigen Erwärmung nicht übermäßig in ihrer Werkstoffestigkeit geschwächt, da der umliegende Werkstoff des Magnetantriebselementes für eine langsame Wärmeableitung sorgt. Dadurch entsteht eine wesentliche Verstärkung der Befestigung.
In Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Durchtrittsöffnung aus einer mittels Laser-Strahlen hergestellten kreisrunden Bohrung von minimal 0,2 mm bis maximal 0,4 mm Durchmesser besteht. Alleine durch diese Bohrung wird die Lage der einzelnen Drucknadel mit hoher Genauigkeit fixiert.
Eine andere Verbesserung besteht darin, daß die Durchtrittsöffnung in Form eines von vorne oder seitlich verlaufenden Schlitzes mit einer Breite gebildet ist, die der Dicke der von vorne oder seitlich einführbaren Drucknadeln entspricht unter Berücksichtigung einer entsprechenden Herstelltoleranz für den Schlitz und/oder der Drucknadelabmessung. Die Drucknadel kann hier leicht seitlich eingeführt werden im Gegensatz zum axialen Einführen bei einer geschlossenen kreisrunden Bohrung. Ein Fixieren der Drucknadein erfolgt bei dieser Ausführungsform durch Auffüllen des Schlitzes mittels Weich- oder Hartlot.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen :

Fig. 1 einen Matrixdruckkopf der vorgespannten Bauart halb Schnitt, halb Ansicht,
Fig. 2 den Matrixdruckkopf gemäß Fig. 1 in Ansicht auf die Druckelemente mit mehreren Teilschnitten in aufeinanderfolgenden Ebenen des Querschnittes gemäß Fig. 1 :
- Schnitt in der Schnittebene gemäß Fig. 1,
- Schnitt II in der Schnittebene gemäß Fig. 1,
- Schnitt 111 in der Schnittebene gemäß Fig. 1,
- Schnitt IV in der Schnittebene gemäß Fig. 1.
Fig. 3 eine Vorderansicht einer Drucknadel-Befestigung nach dem Stand der Technik,
Fig. 4 ein Mittenschnitt gemäß dem Schnittverlauf V-V in Fig. 3,
Fig. 5 eine Vorderansicht der erfindungsgemäßen Befestigung einer Drucknadel an einem Magnetantriebs-Element und
Fig. 6 einen Schnitt VI-VI gemäß Fig. 5.

Die Figuren 1 und 2 dienen zu Erläuterungen der Funktionen eines (seriellen) Matrixdruckkopfes als Beispiel, um das Zusammenwirken einer Ankerbaugruppe mit anderen Funktionsgruppen innerhalb des Gesamt-Matrixdruckkopfes der Beschreibung des Herstellverfahrens der Ankerbauteile voranzustellen.
Der in der Zeichnung dargestellte serielle Matrixdruckkopf weist eine Elektromagnetspulen-Baugruppe 1 auf, die aus einer Magnetflußleitplatte 2, an dieser befestigten Magnetpolkernen 3 mit Elektromagnetspulen 4 und aus einer Dauermagnetplatte 5 besteht. Der Elektromagnetspulen-Baugruppe 1 liegt jeweils eine Ankerbaugruppe 6 gegenüber, die aus einem Ankerring 7, aus (auf der Zeichnung) nach links und nach rechts gemäß Fig. 1 auslenkbaren Ankerarmen 8 besteht, wobei die Ankerarme 8 jeweils mittels relativ kurzer Federarme 9 mit dem Ankerring 7 verbunden sind. Die Anzahl der Magnetpolkerne 3 der Elektromagnetspulen 4, der Ankerarme 8 und der Federarme 9 entspricht, wie üblich, der Anzahl der Druckelemente 10, die im Ausführungsbeispiel als relativ lange Drucknadeln ausgeführt und in einem Mundstück 11 gelagert sind. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel befinden sich 2 x 12 = ₂₄ Druckelemente innerhalb des elektrisch bzw. magnetisch nicht leitfähigen Gehäuses 12, welches aus den beiden Gehäuseteilen 12a und 12b zusammengesetzt ist und mittels über den Gehäuseumfang verteilter Schrauben 13 zusammengehalten wird.
Die Druckelemente 10 sind um den Druckweg (ca. 0,3 bis 0,6 mm) im wesentlichen axial beweglich in einem Führungsgehäuse 14 in Lagern 15 geführt. Zwischen dem Gehäuse 12 und dem Führungsgehäuse 14 befinden sich Beilagen 17, um die Austrittslänge der Druckelemente 10 aus dem Führungsgehäuse 14 bestimmen und auch nachträglich noch ändern zu können. Das Führungsgehäuse 14 dient gleichzeitig zur Befestigung des Matrixdruckkopfes auf einem (nicht dargestellten) Schlitten o. ä., der vor einem Druckwiderlager hin- und herbewegt wird. Für die Befestigung sind ein Flansch 14a und zumindest zwei Paßstifte 14b vorgesehen.
Die Strombeaufschlagung der Elektromagnetspulen 4 erfolgt durch Anschluß an einen (weiter nicht dargestellten) Zeichengenerator, der sich auf einer Leiterplattenschaltung befindet, mittels Steckanschlüssen 18 und 19.
Ein unkritischer, parasitärer Luftspalt 20 ist vorgesehen, dessen Größe bei geringsten Abweichungen die Magnetflußdichte und damit die Energieübertragung sowie den Auf- und Abbau der Elektromagnetfelder bzw. der Dauermagnetfelder negativ beeinflussen kann. Der Luftspalt 20 ist dann unkritisch, wenn eine optimale Magnetisierung der Luft im Spalt 20 stattfindet. Eine solche optimale Magnetisierung des Luftspaltes 20 liegt dann vor, wenn der Luftspalt so groß bemessen ist, daß einerseits keine engen Toleranzen für die Herstellung des Ankerrings 7 bzw. der Ankerarme 8 gefordert werden müssen und andererseits die Feldliniendichte zwar groß genug ist, um der Vorspannkraft der Federarme 9 das Gleichgewicht zu halten, jedoch andererseits auch nicht zu hoch ist, um einen schnellen Abbau des Dauermagnetfeldes beim Einschalten der Elektromagnetspulen 4 zu behindern. Dieser praktisch ideale Fall kann durch die erfindungsgemäße Befestigung wie nachfolgend beschrieben ist, verwirklicht werden. Eine zwischen der Magnetflußleitplatte 2 und dem Ankerring 7 angeordnete Zwischenplatte 24 bildet mit ihrer Stirnseite 24a eine einheitliche Ebene 25 (Fig. 2), wobei der Ankerring 7 bei verbundenen Gehäuseteilen 12a und 12b in dieser Ebene 25 gegen die Zwischenplatte 24 anliegt.
Die Ankerarme 8 liegen in zurückgezogener Position (wie in Fig. 1 dargestellt ist) leicht schräg zur Ebene 25 und liegen auf den zugehörigen Magnetpolkernen 3 auf. Hierbei entspricht die Dicke des Ankerrings 7 etwa der Dicke der Ankerarme 8 einschließlich der relativ geringen Dicke der Federarme 9, die mit den Ankerarmen 8 und dem Ankerring 7 verbunden sind. Der sehr kurze Federarm 9 erhält eine verkürzte Einspannlänge durch eine Abstufung 7a, so daß die verbleibende Ankerringfläche 7b für die Verbindung zur Verfügung steht. Die Abstufung 7a bewirk zusätzlich eine Biegefreiheit für den Ankerarm 8. Die Abstufung 7a stellt u. U. eine Fortsetzung des Luftspaltes 20 dar.
Es ist jedoch möglich, die kurzen Federarme 9 aus antimagnetischem Werkstoff, z. B. Chromnickelstahl, herzustellen, so daß keine magnetischen Feldlinien über die Federarme 9 oder über den Raum der Abstufung 7a verlaufen können.
Eine weitere Begrenzung von Streuflüssen bzw. eine Konzentration der magnetischen Feldlinien erfolgt durch die Magnetflußleitplatte 2, die gegenüberliegend zur Seite der Druckelemente 10 etwa in Höhe der Magnetpolkerne 3 endet.
Nach dem Stand der Technik sind die Drucknadeln 10 (Fig. 3 und 4) an dem Magnetantriebs- Element 26 (diese entsprechen den Ankerarmen 8) unmittelbar und starr mit ihrem Umfang 10a durch eine Weich- oder Hartlötung 27 befestigt. Diese Befestigung hat sich wie beschrieben als nachteilig erwiesen.
Gemäß der Erfindung (Fig. 5 und 6) wird ein Magnetantriebs-Element 26 angewendet, das einen Befestigungsbereich 27 mit einer Breite 28 aufweist, die zumindest dem Einfachen der Dicke 29 (Durchmesser) der Drucknadel 10 entspricht. In der Mitte des Befestigungsbereiches 27 ist eine Durchtrittsöffnung 30 vorgesehen mit einer der jeweiligen Querschnittsgrundform 31 (Kreis, Rechteck, Quadrat) der Drucknadel 10 angepaßten Querschnittsform unter Einhaltung einer entsprechenden Herstelltoleranz. Die Querschnittsform 31 ist zumindest auf einem Teil des Umfanges 32 vorhanden, so daß die Drucknadel 10 festgelegt wird. Das Ausführungsbeispiel zeigt eine Durchtrittsöffnung 30 aus einer kreisrunden Bohrung von minimal 0,2 mm bis maximal 0,4 mm, wobei z. B. eine mit Kreisquerschnitt ausgeführte Drucknadel 10 von 0,36 mm Durchmesser leicht eingeführt werden kann und wobei ein entstehender Spalt durch Hart- oder Weichlot ausgefüllt werden kann.
Die Achse 33 der Drucknadel 10 bzw. der Drucktrittsöffnung 30 verläuft unter einem Winkel 34 zur Oberflächenebene 35 des Magnetantriebs- Elementes 26.
Eine alternative Ausführungsform der Befestigung kann nunmehr darin bestehen (Fig. 5), daß die Durchtrittsöffnung 30 in Form eines seitlich (oder von vorne) eingearbeiteten Schlitzes 36 mit einer Breite gebildet ist, die der Dicke (Durchmesser) 29 der Drucknadel 10 entspricht, so daß die Drucknadel 10 seitlich (oder von vorne) eingeführt kann. Der Schlitz 36 wird nach dem Einführen der Drucknadel 10 mit Weich- oder Hartlot verschlossen. Die alternative Befestigung sichert ebenfalls - eine genaue Position durch die Anlage der Drucknadel 10 mit ihrem Teil des Umfangs 32 an der Wandung der Durchtrittsöffnung 30.

Claims

1. Matrixdruckkopf mit mehreren, jeweils mittels eines separaten Magnetantriebs in Druckstellung nach vorwärts und zurück bewegbaren Drucknadeln (10), die an einem die Bewegungen übertragenden Element (26) des Magnetantriebs befestigt sind, wobei das Magnetantriebs-Element (26) innerhalb des Befestigungsbereiches (27) jeweils eine Breite (28) aufweist, die die Anordnung einer mittig im Befestigungsbereich (27) des Magnetantriebs-Elementes (26) befindlichen Durchtrittsöffnung (30) zuläßt, deren Querschnittsgrundform (31) zumindest mit einem Teil des Umfangs (32) der eingesetzten und weich-oder hartgelöteten Drucknadeln (10) unter Berücksichtigung einer entsprechenden Herstelltoleranz übereinstimmt, dadurch gekennzeichnet, daß die gerade Achse (33) der Durchtrittsöffnung (30) schräg zur Oberflächenebene (35) des Magnetantriebselementes (26) verläuft, daß ferner die Herstelltoleranz der Durchtrittsöffnung (30) ein leichtes Einführen der Drucknadeln (10) und ihre Festlegung in der Richtung ermöglicht und daß die Drucknadeln (10) innerhalb des entstehenden Spalts in der Durchtrittsöffnung (30) gelötet sind.

2. Matrixdruckkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchtrittsöffnung (30) aus einer mittels Laser-Strahlen hergestellten kreisrunden Bohrung von minimal 0,2 mm bis maximal 0,4 mm Durchmesser besteht.

3. Matrixdruckkopf nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchtrittsöffnung (30) in Form eines von vorne oder seitlich verlaufenden Schlitzes (36) mit einer Breite gebildet ist, die der Dicke (29) der von vorne oder seitlich einführbaren Drucknadeln (10) entspricht unter Berücksichtigung einer entsprechenden Herstelltoleranz für den Schlitz (36) und/oder der Drucknadelabmessung.