EP0189119B1

EP0189119B1 - Druckkopf für einen Matrixdrucker, insbesondere für einen seriellen Matrixdrucker

Info

Publication number: EP0189119B1
Application number: EP86100495A
Authority: EP
Inventors: Edward D. Bringhurst
Original assignee: Mannesmann Tally Corp
Current assignee: Mannesmann Tally Corp
Priority date: 1985-01-22
Filing date: 1986-01-16
Publication date: 1989-03-15
Also published as: JPS61205148A; US4591280A; CA1243543A; DE3662353D1; EP0189119A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Druckkopf für einen Matrixdrucker, insbesondere für einen seriellen Matrixdrucker, mit einer Tragplatte, einer von der Tragplatte gehaltenen Grundplatte, auf der elektromagnetische Elemente befestigt sind, deren Anzahl der Zahl der die Druckelemente tragenden Druckhämmer entspricht, welch letztere an ihren den Druckelementen abgewandten, äußeren Enden mittels eines in bezug auf die elektromagnetischen Elemente außen liegenden Abstandskörpers im Abstand zur Tragplatte über den elektromagnetischen Elementen gehalten sind, und mit einem einzigen, von der Tragplatte gehaltenen Dauermagneten, durch den jeder Druckhammer aufgrund des vom Dauermagneten erzeugten Magnetfeldes in Richtung auf den Dauermagneten und das jeweils zugehörige elektromagnetische Element in eine zurückgezogene Lage vorspannbar ist und das Abschießen einzelner Druckelemente durch selektives Bestromen der elektromagnetischen Elemente auslösbar ist.
Allgemein können Punktmatrixdrucker in zwei Arten unterteilt werden - Zeilendrucker und Seriendrucker. Zeilendrucker besitzen Druckköpfe, die im wesentlichen gleichzeitig mit der Bewegung des Papiers senkrecht durch den Drucker auf einer Waagerechten Reihen von Punkten herstellen. Eine Reihe von Punktlinien erzeugt eine Zeile von Zeichen (oder eines Musters). Seriendrucker enthalten einen Druckkopf, der zurück und vorwärts horizontal über das Papier, entweder kontinuierlich oder schrittweise, bewegt wird. Der Druckkopf von Punktmatrix-Seriendruckern enthält eine vertikale Spalte von Punktdruckelementen.
Während jede Spaltenposition einer Zeichenpo- . sition angesteuert wird, wird die erforderliche Anzahl von Punktdruckelementen betätigt. Eine Reihe von Punktspalten erzeugt ein Zeichen (oder einen Teil eines Musters). Zwar wurde die nachstehend beschriebene Erfindung für die Verwendung in Druckköpfen für Punktmatrix-Seriendruckern entwickelt, doch kann sie unter bestimmten Gesichtspunkten auch in Punktmatrix-Zeilendruckern angewendet werden.
Die Druckelemente der Druckköpfe sowohl von Serien- als auch von Zeilenpunktmatrixdruckern werden elektromagnetisch betätigt. Die elektromagnetischen Betätigungsmechanismen weisen Hämmer auf, welche das Punktdruckelement gegen das Aufzeichnungsmedium drücken. Es ist bereits bekannt, in Druckköpfen die Hämmer durch die von einem Dauermagneten erzeugte magnetische Kraft in einer zurückgezogenen Stellung zu halten. In zurückgezogenem Zustand sind die Hämmer vorgespannt und speichern damit Energie. Wenn eine Elektromagnetspule, welche auf einem Stehbolzen befestigt ist, der sich im Magnetflußweg eines Hammers befindet, in geeigneter Weise erregt wird, wirkt das von der Elektromagnetspule erzeugte Magnetfeld dem vom Dauermagneten erzeugten Magnetfeld entgegen, so daß der Hammer ausgelöst wird. Die im vorgespannten Hammer gespeicherte Energie bewirkt, daß ein Punkt gedruckt wird. Eine Beispiel für einen Druckkopf für einen Punktmatrix-Seriendrucker, der auf diese Weise funktioniert, ist im US-Patent 4,225,250 unter dem Titel « Segmentierter Ringmagnet-Druckkopf beschrieben. Weitere Beispiele sind in den US-Patenten 3,592,311 ; 3.659.238; 3.672.482 und 4,037,704 beschrieben.
Zwar verleihen geringe Größe und Komplexität dem im US-Patent 4,225,250 beschriebenen Druckkopf einen wesentlichen Vorteil gegenüber Druckköpfen von der Art, wie sie in den anderen, im vorangegangenen Absatz genannten Patenten beschrieben sind, doch können an ihm noch immer Verbesserungen vorgenommen werden. Zum Beispiel läßt die Wärmeableitungsfähigkeit zu wünschen übrig. Außerdem ist der bekannte Druckkopf schwerer als man wünschen könnte. Diese beiden Faktoren schränken die Betriebsgeschwindigkeit von Punktmatrix-Seriendruckern, die mit solchen Druckköpfen ausgestattet sind, ein. Genauer gesagt, stellt der im US-Patent 4,225,250 beschriebene Druckkopf einen Ringmagneten dar, der auf einer Grundplatte montiert ist. Die Grundplatte trägt außerdem eine Anzahl von Kombinationen aus Elektromagnetspule/Stehbolzen, die innerhalb des Ringmagneten montiert sind. Eine Druckhammerscheibe, die eine Anzahl von nach innen hervorstehenden Hammerarmen umfaßt, ist in der Weise auf dem Dauermagneten montiert, daß ein Hammerarm über jeder der Kombinationen aus Elektromagnetspule/Stehbolzen liegt. Die Druckhammerscheibe wird von einer Schirmplatte bedeckt. Daraus ergibt sich, daß die Wärme erzeugenden Elemente des Druckkopfs, die Elektromagnetspulen, vollständig eingeschlossen sind. Weil die Elektromagnetspulen vollständig von dem relativ schweren, ringförmigen Dauermagneten eingeschlossen sind, wird die von den Elektromagnetspulen erzeugte Wärme nicht ohne weiteres abgeleitet. Da die Wärmeerzeugung im direkten Zusammenhang mit der bei der Auslösung der Druckhämmer abgeleiteten Spulenenergie steht, besteht eine Beziehung zwischen der Wärmeerzeugung und der Geschwindigkeit der Hammerbetätigung. Da zu große Wärme die Auslösespulen beschädigen und/oder zerstören kann, steht die Druckergeschwindigkeit in Beziehung zur Wärmeerzeugung und damit zur Wärmeableitung.
Da die Wärmeableitungsfähigkeit von Druckköpfen der im US-Patent 4,225,250 beschriebenen Bauart begrenzt ist, ist auch die Druckgeschwindigkeit begrenzt. Ferner ist der in solchen Druckköpfen verwendete Ringmagnet verhältnismäßig groß, da er die Kombination aus Eiektromagnetspule/Stehbolzen umgibt. Groß und damit schwer ist nicht nur der Ringmagnet, sondern sind auch die übrigen ferromagnetischen Elemente, aus denen sich der magnetische Kreis des Druckkopfes zusammensetzt - die Grundplatte und die Schirmplatte. Wer mit den Mechanismen zur Bewegung von Druckköpfen vertraut ist, wird verstehen, daß schw re Druckköpfe eine größere Bewe-gungsenergie benötigen als leichtere Druckköpfe, um dieselbe Betriebsgeschwindigkeit zu erreichen. Zusätzlich zu einem erhöhten Betriebsaufwand verlangt ein höherer Energiebedarf eine größere Kühlung, um Ausfälle infolge von Überhitzung zu vermeiden. Eine solche Überhitzung tritt aber auch deswegen ein, weil ein außenliegender ringförmiger Dauermagnet die elektromagnetischen Elemente nach außen abdeckt, so daß eine schlechte Wärmeableitung gegeben ist (US-A-4,225,250 ; US-A-4,493,567 und FR-A-25 47 538).
Der Erfindung ist die Aufgabe zugrundegelegt, einen Druckkopf zu schaffen, der die beschriebenen Nachteile nicht aufweist. Genauer gesagt zielt die Erfindung darauf, einen Druckkopf für einen Punktmatrix-Seriendrucker zu schaffen, der ein geringeres Gewicht aufweist und weniger Wärme erzeugt, die, wenn die Hämmer des Druckkopfes betätigt werden, zusätzlich besser ableitbar ist.
Die gestellte Aufgabe wird bei einem Druckkopf der eingangs beschriebenen Gattung erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der einzige Dauermagnet auf der Innenseite der elektromagnetischen Elemente angeordnet ist, welche vom Abstandskörper abgewandt ist, und daß an dem Dauermagneten Polstufen ausgebildet sind, die in der zurückgezogenen Lage der Druckhämmer mit den Stirnkanten und den den Druckelementen abgewandten Randflächen der inneren Druckhammer-Enden zwei Luftspalte bilden. Gemäß dieser Erfindung wird ein Druckkopf geschaffen, der in idealer Weise für den Einsatz in Punktmatrix-Seriendruckern bzw. Punktmatrix-Zeilendruckern geeignet ist. Der Druckkopf umfaßt einen Hochenergie-Dauermagneten, der von einer Anzahl Kombinationen, bestehend aus Elektromagnetspule/Stehbolzen umgeben wird, die jeweils mit einem Druckhammer eine gerade Linie bilden. Der Dauermagnet ist zentral auf einer ferromagnetischen Grundplatte befestigt, die eine Anzahl von nach außen ragender Arme besitzt. Eine solche Kombination aus Elektromagnetspule/Stehbolzen ist auf jedem Arm befestigt. Die Kombination Elektromagnetspule/Stehbolzen ist von einem mit Öffnungen versehenen Abstandskörper umgeben, der aus einem nichtmagnetischen Werkstoff hergestellt ist. Die Hämmer werden durch die sich nach innen erstreckenden Arme einer Druckhammerscheibe gebildet, die so auf dem Abstandskörper befestigt ist, daß die Hämmer mit jeder der Kombinationen aus Elektromagnetspule/Stehbolzen eine Linie bilden. Fließt kein elektrischer Strom in den Elektromagnetspulen, spannt die durch den Dauermagneten erzeugte magnetische Kraft die Hämmer vor, indem sie sie von einer normalen planaren (oder geneigten) Position fortzieht. Wird ein geeigneter elektrischer Impuls auf eine Elektromagnetspule ausgeübt, wird der vom Dauermagneten erzeugten magnetischen Kraft entgegengewirkt, wodurch der zugehörige Hammer ausgelöst wird. Durch die Auslösung eines Hammers wird ein Punktdruckelement bewegt. Das Punktdruckelement erzzugt einen Punkt beispielsweise durchDrücken eines Farbbandes gegen den Aufzeichnungsträger, z. B. ein Blatt Papier.
Durch die zentrale Anordnung eines einzigen Dauermagneten wird eine bessere Wärmeableitung von den Kombinationen Elektromagnetspule/Stehbolzen nach außen geschaffen. Außerdem wird durch die Polstufen am Dauermagneten eine größere Polfläche geschaffen, die eine bessere Magnetlinienverteilung ergibt und die Ansteuerleistung der elektromagnetischen Elemente somit reduziert.
Dies erzeugt weniger Wärme und bringt für den Dauermagneten ein geringeres Gewicht, insbesondere bei einem seriellen Drucker, da hier beim Stand der Technik der Dauermagnet als Magnetring mit relativ großem Durchmesser vorgesehen sein muß, während er erfindungsgemäß lediglich als Zylinderstab ausgebildet sein kann.
In Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Grundplatte einen Mittelbereich und eine der Anzahl der Druckhämmer entsprechende Anzahl von sich nach außen erstreckenden Armen aufweist, wobei im Mittelbereich der kreiszylindrisch geformte Dauermagnet und auf dem äußeren Ende der Arme jeweils die elektromagnetischen Elemente befestigt sind. Der Dauermagnet wird dadurch noch erheblich leichter gegenüber bekannten Bauweisen.
Eine andere Verbesserung der Erfindung sieht vor, daß der Abstandskörper aus leichtgewichtigen Werkstoffen hergestellt und mit gewichtsparenden Öffnungen für durchströmende Kühlluft versehen ist.
Die Montage des Druckkopfes wird dadurch vereinfacht, daß der Abstandskörper als separates Teil auf der Tragplatte montiert ist.
Eine andere Verbesserung der Erfindung hinsichtlich Gewichts- und Leistungsersparnis besteht darin, daß ein Teil des Druckhammers, der über den ihm zugeordneten elektromagnetischen Elementen und dem benachbarten Dauermagneten liegt, eine größere Dicke aufweist als jener Teil, der zwischen dem Abstandskörper und den elektromagnetischen Elementen verläuft.
Die erwähnten Polstufen brauchen notwendigerweise nicht einheitlich mit dem Dauermagneten zu sein. So ist in Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, daß die Polstufen an einer vom Dauermagneten getrennten, magnetisch leitfähigen Stufenscheibe ausgebildet sind.
Vorteilhaft ist ferner, daß die die Spulenkerne der elektromagnetischen Elemente bildenden Stehbolzen in Längsrichtung einstellbar und feststellbar sind.
Wie sich aus der vorangegangenen Beschreibung unschwer erkennen läßt werden mit der Erfindung die Nachteile herkömmlicher Ringmagnetdruckköpfe jener Art vermieden, wie sie im zuvor ausführlich beschriebenen US-Patent 4,225,250 enthalten sind. Genauer gesagt sorgt der mit Öffnungen versehene Abstandskörper für einen Luftpfad zu den Elektromagnetspulen. Damit wird die durch die Spulenbetä ung erzeugte Wärme schnelier abgeleiter. Wenn ein natürlicher Luftstrom nicht ausreicht, kann die Wärmeableitung durch einen Zwangsluftstrom durch die Öffnungen im Abstandskörper erhöht werden. Ferner wird dadurch, daß der Dauermagnet, der die Hammerrückzugskraft erzeugt, sich innerhalb der Kombination aus Elektromagnetspule/Stehbolzen befindet und diese nicht umgibt (wie im US-Patent 4,225,250 beschrieben), die Größe und damit das Gewicht des Dauermagneten verringert. Ebenso wird dadurch, daß die Grundplatte, welche die Kombination aus Elektromagnetspule/Stehbolzen und den Dauermagneten trägt, sich nur zwischen einem zentralen Dauermagneten und den Kombinationen aus Elektromagnetspule/Stehbolzen und nicht bis zu einem äußeren Ringmagneten zu erstrecken braucht, die Größe und damit das Gewicht der Grundplatte verringert. Da das Gewicht verringert wird, kann die Bewegungsenergie des Druckkopfes verringert oder die Geschwindigkeit des Druckkopfes für denselben Betrag an Energie erhöht werden, wie es im Falle von Druckköpfen von der Bauart, wie diese im US-Patent 4,225,250 beschrieben ist, erforderlich ist. Außerdem verringert die Aufteilung des Magnetflusses, die am Stufenpol auftritt, die Kraft zwischen den Spitzen der Hämmer und dem Stufenpol auf einen Wert, welcher niedriger ist als die Kraft zwischen den Hämmern und dem Stehbolzen. Durch diese Kraftverringerung können die Hämmer leichter ausgelöst werden.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.
Es zeigen

Fig. 1 eine Explosionsdarstellung eines Dauermagnetdruckkopfes mit gespeicherter Energie gemäß der Erfindung,
Fig. 2 eine radiale Querschnittsansicht des in Fig. 1 dargestellten Druckkopfs durch eine der Hammerbaugruppen, und
Fig.3 eine Querschnittsansicht eines Hammers mit Darstellung der auf den Hammer ausgeübten magnetischen Anziehungskräfte.

Die Hauptbaugruppen des Ausführungsbeispiels eines Dauermagnetdruckkopfes mit gespeicherter Energie sind : eine Grundplatte 11, ein Hochenergie-Dauermagnet 13, eine Anzahl von Spulen 15 auf Stehbolzen 17, ein mit Öffnungen 71 versehener Abstandskörper 19, eine Druckhammerscheibe 21 mit einer Anzahl sich nach innen erstreckender Arme, von denen jeder einen Hammer 23 bildet, eine Stufenscheibe 25 und eine Anzahl Druckelemente 27.
In Fig. 1 sind außerdem abgebildet: eine Tragplatte 29, eine Magnetbefestigungsschraube 31, ein Klemmring 33, eine Anzahl Klemmringkopfschrauben 35, ein Drucknadelführungsgehäuse 37 und eine Anzahl Frontführungskopfschrauben 39.
Die Grundplatte 11 wird gebildet aus einem überwiegend flachen Blech aus ferromagnetischem Material, wie ferromagnetischem Stahl. Die Grundplatte 11 umfaßt eine Anzahl von sich nach außen erstreckenden Armen 41 Die Anzah der Arme ist gleich der Anzahl der Punktdruckelemente 27, die z. B. aus Druckdrähten bestehen. Da das dargestellte Ausführungsbeispiel der Erfindung neun Druckdrähte umfaßt, beinhaltet die Grundplatte 11 neun Arme 41. Vorzugsweise ist der Winkel zwischen den Armmittelachsen gleich, d. h. 40 Grad im abgebildeten Ausführungsbeispiel. Auf einer Fläche-der Grundplatte 11, in der Nähe des äußeren Endes eines jeden Armes 41 ist einer der Stehbolzen 17 montiert. Die Stehbolzen 17 bestehen ebenfalls aus einem ferromagnetischen Werkstoff. Vorzugsweise werden die Stehbolzen 17 in die Arme 41 genietet. Alternativ können die Stehbolzen 17 in die Arme 41 eingeschraubt werden. Jeden der Stehbolzen 17 umgibt eine der Elektromagnetspulen 15. In der Mitte derselben Fläche der Grundplatte 11, wie die Elektromagnetspulen 15 und Stehbolzen 17, befindet sich eine kreisförmige Vertiefung 43. In der Mitte der kreisförmigen Vertiefung 43 ist ein Loch 45 vorgesehen.
Der Hochenergie-Dauermagnet 13 ist zylindrisch und hat einen Durchmesser, der im wesentlichen gleich dem Durchmesser der Vertiefung 43 in der Grundplatte 11 ist. Der Dauermagnet 13 enthält ein Mittelloch 47, das so angeordnet ist, daß es mit dem Loch 45 in der Mitte der kreisförmigen Vertiefung 43 in der Grundplatte 11 in Flucht gebracht werden kann, wenn der Dauermagnet 13 in der Vertiefung 43 montiert wird. Falls eine automatische Montageeinrichtung verwendet wird, um ein oder mehrere Stücke der Erfindung zu bauen, kann auf die Vertiefung 43, wenn sie nicht nötig ist, verzichtet werden. Der Dauermagnet 13 ist axial polarisiert, d. h. die Magnetflußlinien liegen parallel zur Achse des Loches 45, wie durch die Magnetflußlinien 49a und 49b (Fig. 2) verdeutlicht wird. Zwar kann der Dauermagnet 13 aus seltenen Erden bestehen, doch ist er vorzugsweise aus Bor/Neodym/Eisen mit einem Mega-Gauß-Oersted-Wert im Bereich 30 bis 35 oder höher zusammengesetzt.
Die Stufenscheibe 25 ist einstückig und besteht aus einem ferromagnetischen Werkstoff und weist einen zylindrischen Kragen 49 und einen Stufenflansch 51 auf. Der Stufenflansch 51 hat einen größeren Durchmesser als der zylindrische Kragen 49. In der Mitte der Stufenscheibe 25 befindet sich eine Gewindebohrung 53.
Die Tragplatte 29 ist eine verhältnismäßig dünne. kreisförmige Scheibe aus einem geeigneten, nicht magnetischen Werkstoff, wie z. B. Aluminium. In der Mitte einer Fläche der Tragplatte 29 ist eine Vertiefung 55 angeordnet. Der Durchmesser der Vertiefung 55 ist im wesentlichen derselbe wie derjenige des Kreises, der von den äußeren Enden der Arme 41 der Grundplatte 11 beschrieben wird. Wie im Fall der Vertiefung 43 in der Grundplatte 11 kann auch die Vertiefung 55 als unnötig entfallen, wenn Zusammenbauwerkzeuge verwendet werden, um größere Stückzahlen der Erfindung herzustellen.
In der Mitte der Vertiefung 55 der Tragplatte 29 befindet sich ein Loch 57. Um den äußeren Rand der Vertiefung 55 herum befindet sich eine Anzahl von Löchern 59. Die Anzahl der Löcher 59 ist gleich derjenigen der Arme 41 der Grundplatte 11, d. h. neun im Ausführungsbeispiel der Erfindung, wie in Fig. dargestellt ist. Die Löcher 59 sind so bemessen und angeordnet, daß sie mit den Stehbolzen 17, die auf den Armen 41 der Grundplatte 11 befestigt sind, in eine Flucht gebracht werden können, wenn die Grundplatte 11 in der in der Tragplatte 29 befindlichen Vertiefung positioniert ist, wie nachstehend noch beschrieben wird. Wenn, wie oben angemerkt, die Stehbolzen 17 in die Gewindebohrungen in den Armen 41 eingeschraubt sind und die Gewindebohrungen durch die Arme 41 verlaufen, ermöglichen die Löcher 59 in der Tragplatte 29 den Zugang zum Grundplattenende der Stehbolzen 17, so daß die Stehbolzen 17 längsverstellt werden können. Vorzugsweise werden die Stehbolzen 17, nachdem sie justiert worden sind, durch Verwendung eines geeigneten Gewindesicherungsmaterials, wie z. B. ein Epoxidharz, gesichert. Alternativ dazu schaffen die Löcher 59, wenn die Stehbolzen 17 auf die Grundplatte 11 aufgenietet werden, Raum für die Köpfe der Nieten.
In dem Teil der Tragplatte 29, die die Vertiefung 55 umgibt, befindet sich eine Anzahl radialer Schlitze 61. Die Zahl der radialen Schlitze 61 entspricht derjenigen der Elektromagnetspulen 15 und der Stehbolzen 17. Die Verbindungsdrähte für jede Elektromagnetspule 15 verlaufen durch einen der Schlitze 61, wie in Fig. gezeigt ist. Schließlich befindet sich um den äußeren Rand der Grundplatte 29 herum eine Anzahl von Befestigungslöchern 63. Die Befestigungslöcher 63 weisen den gleichen Abstand auf und sind in ihrer Anzahl gleich derjenigen der Elektromagnetspulen 15 bzw. Stehbolzen 17.
Wie zuvor beschrieben, ist die Vertiefung _'55 in der Tragplatte 29 so bemessen, daß sie die Grundplatte 11 aufnehmen kann. Wenn die Grundplatte 11 in der Vertiefung 55 positioniert ist, befindet sich das Loch 45 in der Mitte der Grundplatte 11 in einer Flucht mit dem Loch 57 in der Mitte der Vertiefung 55 in der Tragplatte 29. Wie ebenfalls beschrieben, ist die Vertiefung 43 in der Grundplatte 11 so bemessen, daß sie ein Ende des Dauermagneten 13 aufnehmen kann, und wenn der Dauermagnet 13 in der Vertiefung 43 positioniert ist, befindet sich das Loch 47 im Dauermagneten 13 in einer Flucht mit dem Loch 45 in der Mitte der Grundplatte 11. Schließlich befindet sich, wenn die Stufenscheibe 25 gegen das Ende des Dauermagneten 13 beabstandet von der Endstellung in der Vertiefung 43 der Grundplatte 11 positioniert ist, die Gewindebohrung 53 in der Stufenscheibe 25 in einer Flucht mit dem Loch 47 im Dauermagneten 13. Nachdem die Tragplatte 29, die Grundplatte 11, der Dauermagnet 13 und die Stufenscheibe 25 in der beschriebenen Weise positioniert worden sind, wird die Magnetbefestigungsschraube 31 durch die in einer Flucht befindlichen Mittenlöcher in der Grundplatte 29, der Grundplatte 11 und des Dauermagneten 13 hindurchgeführt und in die Gewindebohrung 53 in der Stufenscheibe 25 eingeschraubt.
Der mit Öffnungen 71 versehene Abstandskörper 19 besteht aus einem geeigneten, nicht magnetischen Werkstoff, wie beispielsweise Aluminium. Zwar ist der mit Öffnungen 71 versehene Abstandskörper im allgemeinen zylindrisch, doch enthält er eine Anzahl von Öffnungen 71, die von Schenkeln 73 definiert werden, die sich von einem durchgehenden Bereich, der sich an einem Ende des (ringförmigen) Abstandskörpers 19 befindet, nach außen erstrecken. Die Schenkel 73 weisen dieselben Abstände auf und entsprechen in ihrer Zahl den Elektromagnetspulen 15 bzw. den Stehbolzen 17. In einer Flucht mit jedem der Schenkel 73 ist jeweils ein Loch 77, dessen Achse parallel zur Mittelachse des mit Öffnungen 71 versehenen Abstandskörpers 19 liegt. Die Löcher 77 sind so angeordnet, daß sie mit den Befestigungslöchern 63 in der Grundplatte 29 in eine Flucht gebracht werden können, wenn der mit den Öffnungen 71 versehene Abstandskörper 19 so positioniert ist, daß die Spitzen der Schenkel 73 an die Tragplatte 29 anstoßen und die Grundplatte 11, den Dauermagneten 13, die Elektromagnetspulen 15, die Stehbolzen 17 und die Stufenscheibe 25, wie in Fig. gezeigt ist, umgeben.
Die Druckhammerscheibe 21 besteht aus einer flachen Scheibe aus ferromagnetischem Werkstoff mit entsprechender Elastizität. Der Durchmesser der Druckhammerscheibe 21 ist derselbe wie derjenige des mit Öffnungen versehenen Abstandskörpers 19, und die Druckhammerscheibe 21 ist auf der Seite des Abstandskörpers 19, der von der Tragplatte 29 abgewendet ist, positioniert. Wie zuvor beschrieben, beinhaltet die Druckhammerscheibe 21 eine Anzahl nach innen hervorstehender Arme, von denen jeder einen Hammer 23 bildet. Die Anzahl der Hämmer 23 ist gleich derjenigen der Elektromagnetspulen 15 und Stehbolzen 17, und die Hämmer 23 weisen die gleichen Abstände zueinander auf. Wie besonders deutlich in den Fig. 2 und 3 dargestellt ist, ist der Bereich 81 jedes Hammers 23, der von einem Außenring 83, der die Hämmer 23 verbindet und unmittelbar nach innen ragt, dünner als die Köpfe 85 der Hämmer oder dünner als der Außenring 83. Der dünnere Bereich 81 wird durch Werkstoffabnahme von den Hämmern 23 auf der von den Elektromagnetspulen 15 bzw. Stehbolzen 17 abgewandten Seite geschaffen. Alternativ dazu könnte Werkstoff von beiden Seiten der Hämmer 23 abgenommen werden, um die dünneren Bereiche zu schaffen. Der Hammerwerkstoff kann beispielsweise durch chemisches Ätzen abgenommen werden. Im Außenring 83 befindet sich eine Anzahl von Löchern 87, und zwar eines in einer Flucht mit jedem der Hämmer 23. Die Löcher 87 sind so bemessen und angeordnet, daß sie mit den Umfangslöchern 77 in dem mit Öffnungen 71 versehenen Abstandskörper 19 in eine Flucht gebracht werden können.
In einer Linie mit einem Kopf 85 jedes Hammers 23 ist eines der Druckelemente 27 angeordnet. Genauer gesagt erstrecken sich die Druckelemente 27 rechtwinklig nach außen von den Hämmern 23 auf der Seite, die von der Seite, die den Elektromagnetspulen 15 und Stehbolzen 17 zugewandt ist, entfernt ist.
Der Klemmring 33 ist zylindrisch und aus einem geeigneten, nicht magnetischen Werkstoff, wie z. B. aus Aluminium, hergestellt. Der Außendurchmesser des Klemmrings 33 entspricht dem Durchmesser der Druckhammerscheibe 21. Der Klemmring 33 ist auf derjenigen Seite der'Druckhammerscheibe 21 angeordnet, die von dem mit Öffnungen 71 versehenen Abstandskörper 19 abgewandt ist. Der Klemmring 33 enthält eine Anzahl von Vertiefungen 91, die sich vom Rand des Klemmrings 33, der von der Druckhammerscheibe 21 abgewandt ist, nach innen erstrecken. Die Abstände der Vertiefungen 91 sind gleich und ihre Anzahl entspricht derjenigen der Hämmer 23. Am Grund jeder Vertiefung 91 ist eine Gewindebohrung 93 so angeordnet, daß sie mit den Löchern 87, die sich auf dem Außenring 83 der Druckhammerscheibe 21 befinden, in eine Flucht gebracht werden können. Schließlich befinden sich Gewindebohrungen 95 in ausgewählten Bereichen des Klemmrings 33 zwischen den Vertiefungen 91. Zwar weist der in der Zeichnung dargestellte Klemmring 33 Vertiefungen 91 auf, doch können, wenn gewünscht, die Vertiefungen auch entfallen.
Die Tragplatte 29, der mit Öffnungen 71 versehene Abstandskörper 19, die Druckhammerscheibe 21 und der Klemmring 33 werden zusammengebaut, indem zuerst der mit Öffnungen 71 versehene Abstandskörper 19 in der Weise auf die Tragplatte 29 aufgesetzt wird, daß die Löcher 77 in den Schenkeln 73 des mit Öffnungen 71 versehenen Abstandskörpers 19 in einer Flucht mit den Befestigungsgewindelöchern 63 im äußeren Rand der Tragplatte 29 zu liegen kommen. Anschließend wird die Druckhammerscheibe 21 so auf die Außenfläche des mit den Öffnungen 71 versehenen Abstandskörpers 19 gesetzt, daß die Löcher 87 auf dem Außenring 83 in einer Flucht mit den Löchern 77 im mit den Öffnungen 71 versehenen Abstandskörper 19 zu liegen kommen. Als nächstes wird der Klemmring 33 in der Weise gegen die Außenfläche der Druckhammerscheibe 21 positioniert, daß die Gewindebohrungen 93 im Grund der Vertiefungen 91 im Klemmring 33 in einer Flucht mit den Löchern 87 in der Druckhammerscheibe 21 zu liegen kommen. Danach werden die Kopfschrauben 35 durch die Löcher 63 in der Tragplatte 29, den mit den Öffnungen 71 versehenen Abstandskörper 19 und die Druckhammerscheibe 21 gesteckt und in die Gewindebohrungen 93, die sich in den Vertiefungen 91 im Klemmring 33 befinden, eingeschraubt.
Das Drucknadelführungsgehäuse 37 ist kegelförmig und weist einen Flansch 101 auf, der sich von der Basis des Kegels nach außen erstreckt. Der Außendurchmesser des Flansches 101 ist im wesentlichen gleich dem Außendurchmesser des Klemmrings 33. Im Flansch 101 befindet sich eine Anzahl von Löchern 103 gleicher Zahl (drei im dargestellten Ausführungsbeispiel), die so positioniert sind, daß sie mit den Gewindebohrungen 95, die sich zwischen den Klemmringvertiefungen 91 befinden, in eine Flucht gebracht werden können. Kopfschrauben 39 werden durch die Löcher 103 in den Flansch des Drucknadelführungsgehäuses 37 gesteckt und in die Gewindebohrungen 95 im Klemmring 33 eingeschraubt. Das schmale Ende des Drucknadelführungsgehäuses 37 ist abgestumpft und umfaßt eine nach außen ragende Nase 105, die eine mit Edelsteinen versehene Druckelementführung 107 enthält. Wer mit Druckköpfen, die in Punktmatrix-Seriendruckern eingesetzt werden, vertraut ist, wird sogleich verstehen, daß die mit Edelsteinen versehene Druckelementführung 107 die Druckelemente 27, wie z. B. Druckdrähte, aufnimmt und sie in einer Spalte ausgerichtet hält. Die Spalte liegt entlang einer vertikalen Achse, wenn der Druckkopf für einen Punktmatrix-Seriendrucker vorgesehen ist.
Wie in Fig. 2 dargestellt ist, liegt, wenn die Elemente des in Fig. 1 gezeigten Druckkopfes in der zuvor beschriebenen Weise zusammengebaut werden, jeder der Hämmer 23 über einem Stehbolzen 17. Genauer gesagt umfaßt, wie vorher bemerkt, jeder Hammer 23 einen Kopf 85, der dicker ist als ein dünner Bereich 81 zwischen dem Kopf 85 und dem Außenring 83, von dem aus sich die Hämmer 23 nach innen erstrecken. Der Kopf 85 ist so lang, daß der Äußere Bereich über der Spitze des zugehörigen Stehbolzens 17 liegt. Das innere Ende oder die Spitze des Kopfes 85 liegt über dem Stufenbereich 109, der durch den Stufenflansch 51 der Stufenscheibe 25 definiert wird. Der Stufenbereich 109 wird von einer Polstufe 111 und einer Polstufenhöhe 113 definiert. Der Stufenbereich 109 liegt in einer Ebene parallel zur Außenfläche des Dauermagneten 13, und die Polstufenhöhe 113 definiert einen Zylinder, der rechtwinklig zur Ebene der Polstufe 111 liegt.
Vor dem Zusammenbau sind der Außenring 83 und die Hämmer 23, welche die Druckhammerscheibe 21 bilden, eben. Nach dem Zusammenbau werden die Hämmer 23 von der Anziehungskraft, erzeugt durch den Magnefluß, der vom Dauermagneten 13 bewirkt wird, in eine Vorspannstellung gebracht. Genauer gesagt, zieht die Anziehungskraft, wie in Fig. 2 gezeigt, die Köpfe 85 zu den zu ihnen gehörenden Stehbolzen 17 und die Stufenseheibe 25. Die Stehbolzen 17, der Dauermagnet 13 und die Stufenscheibe 25 sind so lang, daß die Köpfe 85 der Hämmer 23 auf die Spitze des zu ihnen gehörenden Stehbolzens 17 auftreffen, aber nicht auf die Stufenscheibe 25. Die Spitzen der Köpfe 85 treffen nicht auf die Stufenscheibe 25 auf, sondern liegen vielmehr im Stufenbereich 109, von der Stufenscheibe 25 durch jeweils einen Luftspalt getrennt. Es existieren somit im wesentlichen zwei Luftspalte, einer zwischen den unteren Seiten der Köpfe 85 und der Polstufe 111 der Stufenscheibe 25 und der andere zwischen den Spitzen der Köpfe 85 und der Polstufenhöhe 113 der Stufenscheibe 25. Daraus ergibt sich, wie in Fig. 2 gezeigt ist, daß der Magnetfluß zwischen den Spitzen der Köpfe 85 und der Stufenscheibe 25 in zwei Wege aufgeteilt wird. Ein Weg überquert den Spalt zwischen der gegenüberliegenden Seite der Köpfe 85 und der Polstufe 111 der Stufenscheibe 25 und der andere überquert den Spalt zwischen den Spitzen der Köpfe 85 und der Polstufenhöhe 113 der Stufenscheibe 25. Der Vorteil dieser Flußaufteilung wird nachfolgend beschrieben.
Wie in Fig. 3 dargestellt, gibt es zwei Anziehungskräfte, welche die Hämmer 23 aus ihrer ebenen Position in die Vorspannungsposition, gezeigt in Fig. 2, ziehen. Eine Anziehungskraft F1 wird durch den Magnetfluß erzeugt, der zwischen der Spitze der Stehbolzen 17 und den Köpfen 85 verläuft. Die andere Anziehungskraft F2 wird von dem Magnetfluß erzeugt, der zwischen der Polstufe 111 der Stufenscheibe 25 und der gegenüberliegenden Seite der Köpfe 85 verläuft. Da die Größe des Magnetflusses zwischen den Stehbolzen 17 und den Köpfen 85 und zwischen den Köpfen 85 und der Stufenscheibe 25 dieselbe ist, würden, wenn am Stufenflansch 51 keine Flußaufteilung stattfände. F1 und F2 gleich sein. Die Flußaufteilung ändert dieses Ergebnis. Genauer gesagt, weil der Magnetfluß am Stufenflansch 51 aufgeteilt wird, ist F2 niedriger als F1. Durch die reduzierte Magnetkraft F2 ist es möglich, daß ein Hammer 23 schneller ausgelöst wird, d. h. es wird ein geringerer Stromfluß durch die Elektromagnetspulen 15 benötigt, um die Hämmer 23 auszulösen. Da weniger Strom nötig ist, wird weniger Wärme erzeugt, wenn die Elektromagnetspulen 15 zur Auslösung ihrer jeweiligen Hämmer 23 erregt werden.
Die Erfindung schafft einen Druckkopf, der eine Reihe von Vorteilen gegenüber früher entwickelten Druckköpfen für Punktmatrix-Seriendrucker aufweist, insbesondere Druckköpfe von der Art, die im oben angesprochenen US-Patent 4,225,250 beschrieben sind. Die Positionierung des Dauermagneten 13 innerhalb der Kombination aus der Elektromagnetspule 15/Stehbolzen 17 und nicht außerhalb der Kombinationen mit einem mit Öffnungen 71 versehenen Abstandskörper 19 ergibt einen Druckkopf mit der Fähigkeit, die Wärme abzuleiten, die entsteht, wenn die Elektromagnetspulen 15 zur Auslösung der Druckhämmer 23 erregt werden. Wenn ein normaler Lufststrom durch die Öffnungen 71 in dem Abstandskörper 19 nicht ausreicht, kann die Wärmeableitung mit Hilfe eines Gebläses erhöht werden, um den Luftstrom durch die Öffnungen 71 in den Abstandskörper 19 zu verstärken. Die Verwendung eines kleinen Dauermagneten 13 und einer kleinen Grundplatte 11 ergibt einen Druckkopf mit niedrigem Gewicht, insbesondere dann, wenn die Elemente, die den gesamten Hammerbetätigungsmechanismus enthalten, aus leichten, nichtmagnetischen Werkstoffen, wie z. B. Aluminium, bestehen. Schließlich führt, wie erwähnt, die Magnetflußaufteilung an einem der Köpfe 85 zu einem Druckkopf, dessen Hämmer 23 Leichter ausgelöst werden.
Zwar ist ein bevorzugtes Ausführungsbespiel der Erfindung dargestellt und beschrieben worden, doch wird festgestellt, daß an ihm verschiedene Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Gedanken und Umfang der Erfindung abzuweichen. Während z. B. der bevorzugte Werkstoff zur Herstellung der Tragplatte 29 des mit den Öffnungen 71 versehenen Abstandskörpers 19 und des Klemmrings 33 Aluminium ist, können natürlich andere Werkstoffe verwendet werden. Falls gewünscht, können nichtmagnetische Werkstoffe, wie ausreichend fester Kunststoff, verwendet werden, um diese Teile herzustellen. Ferner können das Drucknadelführungsgehäuse 37 und der Klemmring 33, wenngleich als separate Elemente dargestellt, auch kombiniert werden, falls dies erwünscht ist. Sie können auch andere Formen annehmen. Außerdem braucht, falls gewünscht, die Druckelementführung nicht aus Edelsteinen zu bestehen, d. h. andere Werkstoffe können verwendet werden. Es lassen sich auch verschiedene andere konstruktive Änderungen vornehmen, zu denen nicht allein die Erhöhung (oder Verminderung) der Anzahl der Arme 41 und dementsprechend der Anzahl der Kombinationen aus Elektromagnetspule 15/Stehbolzen 17, Hämmer 23 und Druckelemente 27 gehört. Die Erfindung kann demnach in leicht abweichender Form, wie hier spezifisch beschrieben ist, in die Praxis umgesetzt werden.

Claims

1. Druckkopf für einen Matrixdrucker, insbesondere für einen seriellen Matrixdrucker, mit einer Tragplatte (29), einer von der Tragplatte (29) gehaltenen Grundplatte (11), auf der elektromagnetische Elemente (15, 17) befestigt sind, deren Anzahl der Zahl der die Druckelemente (27) tragenden Druckhämmer (23) entspricht, welch letztere an ihren den Druckelementen (27) abgewandten, äußeren Enden mittels eines in bezug auf die elektromagnetischen Elemente (15, 17) außen liegenden Abstandskörpers (19) im Abstand zur Tragplatte (29) über den elektromagnetischen Elementen (15, 17) gehalten sind, und mit einem einzigen, von der Tragplatte (29) gehaltenen Dauermagneten (13), durch den jeder Druckhammer (23) aufgrund des vom Dauermagneten (13) erzeugten Magnetfeldes in Richtung auf den Dauermagneten (13) und das jeweils zugehörige elektromagnetische Element (15.17) in eine zurückgezogene Lage vorspannbar ist und das Abschießen einzelner Druckelemente (27) durch selektives Bestromen der elektromagnetischen Elemente (15, 17) auslösbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der einzige Dauermagnet (13) auf der Innenseite der elektromagnetischen Elemente (15. 17) angeordnet ist, welche vom Abstandskörper (19) abgewandt ist, und daß an dem Dauermagneten (13) Polstufen (111, 113) ausgebildet sind, die in der zurückgezogenen Lage der Druckhämmer (23) mit den Stirnkanten und den den Druckelementen (27) abgewandten Randflächen der inneren Druckhammer-Enden zwei Luftspalte bilden.

2. Druckkopf für einen seriellen Matrixdrucker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundplatte (11) einen Mittelbereich (43) und eine der Anzahl der Druckhämmer (23) entsprechende Anzahl von sich nach außen erstreckenden Armen (41) aufweist, wobei im Mittelbereich (43) der kreiszylindrisch geformte Dauermagnet (13) und auf dem äußeren Ende der Arme (41) jeweils die elektromagnetischen Elemente (15, 17) befestigt sind.

3. Druckkopf nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstandskörper (19) aus leichtgewichtigen Werkstoffen hergestellt und mit gewichtsparenden Öffnungen (71) für durchströmende Kühlluft versehen ist.

4. Druckkopf nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstandskörper (19) als separates Teil auf der Tragplatte (29) montiert ist.

5. Druckkopf nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des Druckhammers (23), der über den ihm zugeordneten elektromagnetischen Elementen (15, 17) und dem benachbarten Dauermagneten (13) liegt, eine größere Dicke aufweist als jener Teil, der zwischen dem Abstandskörper (19) und den elektromagnetischen Elementen (15, 17) verläuft.

6. Druckkopf nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Polstufen (111, 113) an einer vom Dauermagneten (13) getrennten, magnetisch leitfähigen Stufenscheibe (25) ausgebildet sind.

7. Druckkopf nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die die Spulenkerne der elektromagnetischen Elemente bildenden Stehbolzen (17) in Längsrichtung einstellbar und feststellbar sind.