Die Erfindung betrifft einen Matrixdrucker mit einer entlang einer Papierführung hin und her bewegbaren Kombination eines Wagens und eines darauf befindlichen Druckkopfs, der eine erste Druckstellung zum Drucken von Zeichenelementen bei einer Bewegung von links nach rechts und eine zweite Druckstellung zum Drucken von Zeichenelementen bei einer Bewegung von rechts nach links aufweist, wobei die Zeichenelemente eines bestimmten Druckelements im Druckkopf, die bei der Bewegung des Druckkopfs nach rechts auf dem Papier abgedruckt sind, in bezug auf die Zeichenelemente dieses gleichen Druckelements, die bei der Bewegung nach links auf dem Papier abgedruckt sind, in vertikaler Richtung über eine Strecke verschoben sind, die ein Teil des vertikalen Abstands zwischen zwei aufeinanderfolgenden Druckelementen im Druckkopf ist.
Bei einem aus der US-PS 4 086 997 bekannten Matrixdrucker der eingangs angegebenen Art wird die Höhe des Druckkopfs in bezug auf die Papierführung durch das Erregen eines Elektromagneten eingestellt, dessen Anker über einen Hebel mit einem Exzenter verbunden ist, der mit einem Teil der Längsführung des Wagens zusammenarbeitet. Die Höheneinstellung des Druckkopfs erfolgt durch die Drehung des Druckkopfs um eine Achse parallel zur Zeilenrichtung. Da die Höheneinstellung des Druckkopfs wahlweise erfolgen kann, ist die Wahl zwischen Zeichen gegeben, deren zusammengesetzte Elemente (Punktabdrucke) verhältnismäßig weit auseinander liegen, und Zeichen, deren zusammengesetzte Elemente verhältnismäßig nahe beieinander liegen oder einander .sogar überlappen.
Für viele Anwendungen ist es jedoch notwendig, daß die zusammengesetzten Elemente des gedruckten Zeichens immer verhältnismäßig nahe beieinander liegen oder einander überlappen. Dies ist beispielsweise der Fall in sog. textverarbeitenden Geräten. Obgleich bei derartigen Anwendungen eine elektromagnetische Höheneinstellung des Druckkopfs verwendbar sein könnte, ist eine derartige Höheneinstellung verhältnismäßig teuer, weil sie mehr bietet als erforderlich ist, d. h. die wahlweise Einstellung.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Matrixdrucker der eingangs erwähnten Art zu schaffen, mit dem auf einfache Weise völlig automatisch Zeichen gedruckt werden können, deren zusammengesetzten Elemente verhältnismäßig nahe beieinander liegen, wofür außerdem eine verhältnismäßig geringe Anzahl von Druckelementen benutzt wird.
Diese Aufgabe wird mit einem Matrixdrucker erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Kombination des Wagens und des Druckkopfs mit einer Kammer versehen ist, in der sich ein Stellungswechselorgan befindet, das in bezug auf diese Kombination durch eine Änderung im Bewegungsimpuls des Druckkopfs relativ verschiebbar ist und damit den Druckkopf durch die Impulsänderung von der einen in die andere Druckstellung bringt.
Da eine Änderung des Bewegungsimpulses (Produkt aus Masse und Geschwindigkeitsvektor) des Druckkopfs immer im Bereich am Anfang oder am Ende einer Zeile auftritt, ist eine automatische Höheneinstellung des Druckkopfs erhalten, ohne daß dabei verhältnismäßig teure Mittel wie Elektromagneten verwendet werden müssen. In diesem Bereich kann auch die Bewegungsumkehr des Druckkopfs benutzt werden, um eine relative Verschiebung des Stellungswechselorgans zu erreichen. Im allgemeinen kann gesagt werden, daß die Strecke, in der die Höheneinstellung erfolgt, sowohl vor oder nach dem Umkehrpunkt als auch zu beiden Seiten des Umkehrpunkts (zeitlich gesehen) liegen kann. Besonders einfach und vorteilhaft ist es, im wesentlichen oder weitgehend die Bewegungsumkehr selbst für die Höheneinstellung zu benutzen, ohne daß bestimmte Massenträgheitskräfte auf das Stellungswechselorgan auszunutzen sind. Die Änderung im Bewegungsimpuls ist in diesem Fall durch den Richtungswechsel des Geschwindigkeitsvektors gegeben.
Bei einer besonderen Ausführungsform eines Matrixdruckers nach der Erfindung bildet das Stellungswechselorgan die Kopplung zwischen einer über eine die Kammer begrenzende Führungswand verschiebbaren Reibungsplatte und dem Druckkopf. Die Verwendung einer gesonderten Reibungsplatte als Kopplung bietet den Vorteil, daß verschiedene Formen der Stellungswechselorgane bei gleichbleibenden Reibungsumständen zwischen Reibungsplatte und Führungswand benutzt werden können, weil das Reibungselement gleichsam normalisiert ist. Weiter ist es möglich, einen genau bestimmten Reibungskoeffizienten für verhältnismäßig lange Zeit durch die Materialwahl der Reibungsplatte zu erhalten. Die Reibungsplatte kann außerdem noch zur Bestimmung der Größe der relativen Bewegung ausgenutzt werden, die das Stellungswechselorgan in bezug auf den Druckkopf ausführt.
Eine weitere besondere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Matrixdruckers ist dadurch gekennzeichnet, daß sich die Kammer im Wagen befindet und die die Kammer begrenzende Führungswand ein Teil eines sich parallel zur Zeilenrichtung erstreckenden, fest angeordneten Führungsprofils ist und der Druckkopf mit dem Wagen in bezug auf das Führungsprofil vom ersten und zweiten Druckzustand und umgekehrt um eine Drehungsachse drehbar ist, die senkrecht zur Zeilenrichtung verläuft. Da der Wagen mit dem Druckkopf drehbar ist, kann für die Führung der Drehbewegung das bereits vorhandene Führungsprofil des Wagens ausgenutzt werden.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung näher erläutert.
Es zeigen
Der in Fig. 1, 2 und 3 dargestellte Matrixdrucker enthält einen auf einen Wagen 1 montierten Druckkopf 3 eines an sich bekannten Typs mit sechs elektromagnetisch verschiebbaren Druckstiften, deren zum Schreiben bestimmte Druckenden 5 auf einer vertikalen Linie liegen. Nahe ihrer Druckenden 5 sind die Druckstifte in einem Lager 7 geführt. Der Druckkopf 3 ist mit Hilfe eines an sich bekannten Drahtbügels 9 am Wagen 1 befestigt. Mittels eines von einem Motor getriebenen Zugkabels 11 ist der Wagen 1 entlang einer Papierführung 13 über ein fest angeordnetes, sich parallel zur Zeilenrichtung erstreckendes Führungsprofil 15 hin und der bewegbar. Das Führungsprofi) 15 ist im Querschnitt U-förmig (siehe Fig. 2) und dient als Führung für den Wagen 1, der aus zwei einrastenden Teilen besteht, d. h. einem vorderen Teil 17 und einem rückwärtigen Teil 19. Die Einrastverbindungen befinden sich an der Stelle der Bezugsziffern 21 und 23 (Fig. 1 und 2). Weitere gleichartige Einrastverbindungen zwischen den Teilen 17 und 19 des Wagens 1 sind der Einfachheit halber nicht angegeben.
Der Wagen 1 ist entlang des Führungsprofils 15 mittels einer Anzahl von Gleitplatten 25, 27, 29, 31, 33, 35, 37, 38 und einer Reibungsplatte 39 geführt. Wie nachstehend näher erläutert, gelten hinsichtlich der Gleitplatten 25, ..., 38 andere Erwägungen hinsichtlich der Reibung als hinsichtlich der Reibungsplatte 39. Sowohl die Gleitplatten 25, ..., 38 als auch die Reibungsplatte 39 befinden sich in Kammern des Wagens 1. Die Kammern der Gleitplatten 25, ..., 37 sind der Einfachheit halber nicht näher mit Bezugsziffern bezeichnet. Die Reibungsplatte 39 befindet sich in einer insbesondere gekennzeichneten Kammer 41, die nachstehend näher erläutert wird. Sämtliche Gleitplatten 25, ..., 38 sind mit einigem Spiel in den betreffenden Kammern angeordnet, um eine geringe relative Bewegung zwischen den Platten und dem Wagen 1 zu ermöglichen. Zum Erreichen der relativen Bewegung sind außerdem die Gleitplatten 25, 29, 31, 33, 35 und 37 um halbkugelförmige Nocken 43, 45, 47, 48, 49 bzw. 51 kippbar, die in den Wänden der betreffenden Kammern gebildet sind. Die Gleitplatte 27 wird mit einer Schraubenfeder 53 (Fig. 2) an das Führungsprofil 15 gedrückt gehalten. Hierdurch wird eine statische Überbestimmtheit in einer Richtung senkrecht zur Zeilenrichtung verhindert. Aus weiteren, näher zu erläuternden Gründen wird auch die Gleitplatte 38 mit einer Schraubenfeder 55 an das Führungsprofil 15 gedrückt gehalten. Die Gleitplatten 25, ..., 38 und die Reibungsplatte 39 sorgen für die Führung des Wagens 1 an dem Führungsprofil 15. Der Wagen 1 ist derart bemessen, daß um das Führungsprofil 15 herum Spielraum zwischen dem Wagen und dem Führungsprofil vorhanden ist.
Der Wagen 1 ist um eine horizontale Achse 57 (siehe Fig. 3) senkrecht zur Zeilenrichtung drehbar. Diese Drehachse 57 verläuft durch den Berührungspunkt des Nockens 48 mit der Gleitplatte 35 und damit senkrecht zur Ebene des Papiers in Fig. 1. Zusammen mit dem Wagen 1 ist daher auch der Druckkopf 3 um die Drehachse 57 drehbar. Die Drehung der Kombination des Wagens 1 und des Druckkopfes 3 erfolgt durch ein Stellungswechselorgan, das bei den in Fig. 1, 2, 3 und 4 dargestellten Ausführungsform als eine kreiszylindrische Walze 59 ausgeführt ist, die über die Reibungsplatte 39 rollen und/oder gleiten kann, die selbst wieder über das Führungsprofil 15 gleiten kann. Die Walze 59 befindet sich wie die Reibungsplatte 39 in der Kammer 41, deren Oberseite 60 des Führungsprofils 15 eine Begrenzung bildet. In der Kammer 41 befindet sich weiter eine unter einem Winkel a mit der Zeilenrichtung 61 angeordnete Platte 63, die um eine Rippe 64 in der Wand der Kammer 41 (Fig. 2) kippbar ist. Die Walze 59 kann über die der Reibungsplatte 39 zugewandte Fläche der Platte 63 rollen und/oder gleiten. Die Achse der Walze 59 verläuft senkrecht zur Zeilenrichtung. Bei der in Fig. 4 dargestellten Stellung liegt die Walze 59 an einer ersten Begrenzungswand 65 der Kammer 41 an, während der Wagen 1 in der Richtung des Pfeiles 67 über das Führungsprofil 15 verschoben wird. Der ersten Begrenzungswand 65 gegenüber liegt eine parallele zweite Begrenzungswand 69. Die Reibungsplatte 39 liegt unter den beschriebenen Umständen an einer dritten Begrenzungswand 71 an, der gegenüber eine vierte Begrenzungswand 73 liegt.
Kurz bevor der Wagen 1 den Umkehrpunkt von einer Rechtsbewegung in eine Linksbewegung am Ende einer gedruckten Zeile erreicht, erfolgt kurze Zeit eine starke Bremsung des Wagens 1. Die Massen der Reibungsplatte 39 und der Walze 59 sowie die Reibungskräfte auf die Reibungsplatte 39 und auf die Walze 59 und die Druckkraft, . die der Wagen 1 auf die Walze 59 ausübt, sind derart, daß die Walze 59 sich an die zweite Begrenzungswand 69 anlegt, bevor die Reibungsplatte 39 sich an die vierte Begrenzungswand 73 anlegt. Da der Abstand zwischen der Walze 59 und der zweiten Begrenzungswand 69 größer als der Abstand zwischen der Reibungsplatte 39 und der vierten Begrenzungswand 73 ist, bedeutet dies, daß die Walze 59 bereits einige Zeit über die Reibungsplatte 39 rollen und/oder gleiten muß, bevor ein Gleitvorgang zwischen der Reibungsplatte 39 und dem Führungsprofil 15 auftritt. Dies wird durch die Wahl eines verhältnismäßig großen Reibungskoeffizienten zwischen der Reibungsplatte 39 und dem Führungsprofil 15 in bezug sowohl auf den Reibungskoeffizienten zwischen der Walze 59 und der Reibungsplatte 39 als auch auf den Reibungskoeffizienten zwischen der Walze 59 und der Platte 63 bzw. der ersten Begrenzungswand 65 und der zweiten Begrenzungswand 69 erreicht. Der Zeitpunkt des Anlegens der Walze 59 und Reibungsplatte 39 kann sowohl vor als auch nach dem Zeitpunkt der Bewegungsumkehr in Abhängigkeit von der Größe der betreffenden Massenträgheitskräfte liegen.
Außerdem ist es möglich, in einer alternativen Ausführungsform die Bremsung der Bewegung nach rechts über eine verhältnismäßig lange Zeit zu bewirken. Die Walze 59 und die Reibungsplatte 39 liegen dabei bis zum Zeitpunkt der Bewegungsumkehr an den Begrenzungswänden 65 bzw. 71. Erst die Linksbewegung sofort nach der Bewegungsumkehr des Wagens sorgt dabei für den Wechsel der Begrenzungswand. Ein derartiger Wechsel ist beispielsweise möglich, wenn der Abstand zwischen der Reibungsplatte 39 und der vierten Begrenzungswand 73 größer als etwa das Zweifache des Abstands zwischen der Walze 59 und der zweiten Begrenzungswand 69 ist.
Durch den Wechsel der Anlage der Walze 59 von der Begrenzungswand 65 zur Begrenzungswand 69 dreht sich der Wagen 1 zusammen mit dem Druckkopf 3 über einen bestimmten Winkel um die Drehachse 57 (siehe Fig. 1 und 3). Durch diese Drehung sinkt der Druckkopf 3 im vorliegenden Fall um eine Strecke von 0,09 mm ab. Die Horizontalverschiebung des Druckkopfs durch die Drehung um die Achse 57 ist vernachlässigbar klein und damit auch die dadurch entstandene Schrägheit der gedruckten Zeichen, weil der Abstand zwischen der Achse 57 und der Walze 59 verhältnismäßig groß ist. Nachdem der Druckkopf 3 um eine vertikale Strecke von 0,09 mm abgesunken ist, wird anschließend von rechts nach links zwischen den Zeichenelementen gedruckt, die bei der Bewegung von links nach rechts in der gleichen Zeile bereits gedruckt waren. Der vertikale Abstand zwischen diesen Zeichenelementen war 0,18 mm.
Es sei bemerkt, daß der Druckkopf 3 auch mit mehren Druckstiftenspalten ausgerüstet sein kann. Häufig benutzt werden beispielsweise Druckköpfe mit zwei Druckstiftenspalten. Diese zwei Druckstiftenspalten können möglicherweise gegeneinander versetzt angeordnet sein. Bei versetzten Druckstiftenspalten ist der vertikale Abstand zwischen dem ersten Druckstift aus der ersten Spalte und dem ersten Druckstift aus der zweiten Spalte oft 0,18 mm, während der vertikale Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Druckstiften in der gleichen Spalte von Druckstiften dabei 0,36 mm beträgt.
Bei der Bewegungsumkehr am Ende des Wagenbewegungs von rechts nach links wird der Wagen 1 mit dem Druckkopf 3 um die gleiche Strecke angehoben, um die die erwähnte Kombination bei der zuletzt erfolgten Bewegungsumkehr abgesunken ist. Bereits beim Bremsen des Wagens 1 verschiebt sich die Walze 59 von der zweiten Begrenzungswand 69 zur ersten Begrenzungswand 65. Die Anlage der Walze 59 an der Begrenzungswand 65 erfolgt, bevor die Reibungsplatte 39 sich an die dritte Begrenzungswand 71 anlegt. Der Zeitpunkt des Anlegens kann sowohl vor als auch nach dem Zeitpunkt der Bewegungsumkehr abhängig von der Größe der Massenträgheitskräfte auf die Walze 59 bzw. die Reibungsplatte 39 liegen. Bei der Ausnutzung der Bewegungsumkehr zum Überbrücken des restlichen Abstands der Walze 59 zur Begrenzungswand 65 darf der Massenträgheitseffekt also nie so groß sein, daß sich die Walze 59 bereits vor der Bewegungsumkehr anlegt.
Wie bei der Bewegungsumkehr an der rechten Seite kann auch bei der Bewegungsumkehr an der linken Seite die Bremsung des Wagens über eine verhältnismäßig lange Zeit durchgeführt werden. Der Wechsel der Begrenzungswand wird in dieser bereits erwähnten alternativen Ausführungsform voll und ganz direkt nach der Bewegungsumkehr an der linken Seite bewirkt.
Das in Fig. 5 dargestellte alternative Stellungswechselorgan besteht aus einem Stab 75 mit gerundeten Enden 77 und 79. Der Stab 75 bildet die Kopplung zwischen dem Wagen 1 und der Reibungsplatte 39. Dazu sind der Wagen 1 bzw. die Reibungsplatte 39 mit Lagerungsausnehmungen 81 und 83 ausgerüstet. In der in Fig. 5 dargestellten Situation ist der Abstand a zwischen dem Ende 85 der Reibungsplatte 39 und der vierten Begrenzungswand 73 der Kammer 41 so groß, daß nach der Bewegungsumkehr von der Bewegungsrichtung des Wagens 1, die mit dem Pfeil 67 angegeben ist, die Lagerausnehmung 83 in vertikaler Richtung gesehen unter der Lagerungsausnehmung 81 liegt, wobei der Stab 75 in der vertikalen Stellung steht. Die Reibungsplatte 39 erfüllt in der Ausführungsform nach Fig. 5 also nicht nur die Funktion eines Gleitelements mit einem genau bestimmten Reibungsverhalten, sondern dient weiter als Begrenzer des Kippwinkels β des Kippstabs 75. Der Wechsel der Begrenzungswand durch die Reibungsplatte 39 kann wieder ausschließlich durch die Bewegungsumkehr oder durch eine Kombination des Effekts der Massenträgheitskraft, die beim Bremsen des Wagens 1 auf die Reibungsplatte 39 und den Stab 75 ausgeübt wird, und der Bewegungsumkehr erfolgen. Der Wechsel der Begrenzungswand kann sogar vollständig vor dem Zeitpunkt der Bewegungsumkehr erfolgen, wenn die Bremsung des Wagens 1 in genügend kurzer Zeit bewirkt wird. Beim Kippen des Stabes 75 über den Winkel β aus der in Fig. 5 dargestellten Stellung wird die Kombination des Wagens 1 und des Druckkopfs 3 über einen derartigen Winkel im Gegenuhrzeigersinn um die Drehachse 57 gedreht, daß die erwähnte Kombination wieder um 0,09 mm in vertikaler Richtung hochgedrückt wird. Die Verschiebung der Kombination in horizontaler Richtung ist durch den verhältnismäßig großen Abstand zwischen der Drehachse 57 und der Lagerungsausnehmung 81 vernachlässigbar klein.
Es sei bemerkt, daß die Möglichkeit gegeben ist, den Kippwinkel β des Stabes 75 nicht auf indirekte Weise durch den Hub bestimmen zu lassen, den die Reibungsplatte 39 in bezug auf den Wagen 1 ausführen kann, sondern auf direkte Weise. In diesem Fall sind die erste Begrenzungswand 65 und die zweite Begrenzungswand 69 mit einander gegenüberliegenden Ansätzen versehen, an die sich der Stab 75 anlegen kann.
Obgleich die Kammer 41 sich bei der beschriebenen Ausführungsform des Matrixdruckers vollständig im Wagen 1 befindet, ist es möglich, eine Kammer zu verwenden, die teilweise im Wagen 1 und zum Teil im Druckkopf 3 liegt. Die Reibungsplatte 39 befindet sich dabei im Wagen 1, während die schräg gestellte Platte 63 sich im Druckkopf 3 befindet. Die Höheneinstellung erfolgt dabei durch eine relative Bewegung des Druckkopfs 3 in bezug auf den Wagen 1. Weiter sei erwähnt, daß der Druckkopf 3 Druckelemente von verschiedenen Typen enthalten kann, die sich für Matrixdruck eignen. So ist beispielsweise die Möglichkeit gegeben, daß die Druckelemente aus Elektroden für elektrostatischen Druck oder aus Tintenröhrchen bestehen, die Tintentropfen zum Datenträger senden.
Schließlich sei bemerkt, daß auch Stellungswechselorgane an beiden Seiten des Druckkopfs benutzt werden können. Die Drehachse 57 existiert dabei nicht. Eine derartige Ausführungsform bietet den Vorteil, daß der Wagen 1 schmaler ausgeführt werden kann.