[0001] Die Erfindung betrifft einen Betätigungsmechanismus, insbesondere für Matrix-Zeilendrucker,
zum Schreiben von aus Punktmustern gebildeten Zeichen bzw. Zeichnungen auf einem senkrecht
zur Zeilenrichtung bewegbaren Aufzeichnungsträger mittels einer zu einer Druckzeile
parallel hin- und herbewegbaren Pendeleinrichtung, die einen länglichen Wagen, Schlitten
oder dgl. aufweist, auf denen in Zeilenrichtung jeweils nebeneinanderliegend federnde
Druckhämmer angeordnet sind, wobei jeder Druckhammer einen Magnetflußkreis aufweist,
bestehend aus einem querpolarisierten Dauermagneten, einer Magnetflußplatte mit Spulenständer
und Elektromagnetspule, sowie aus einer Feldlinienrückleitplatte und einem Hammerann,
wobei der Hammerarm einendig auf der Feldlinienrückleitplatte befestigt ist und mit
seinem freien Ende in zurückgezogener Position zumindest auf dem Spulenständer mit
seinem Kopf aufliegt.
[0002] Allgemein können Matrix-Drucker in zwei Kategorien unterteilt werden - Matrix-Zeilendrucker
und Matrix-Seriendrucker. Beide Kategorien von Druckern stellen Bilder her (Zeichen
oder Zeichnungen), indem sie selektiv eine Reihe von Punkten in einer X-Y-Matrix drucken.
Matrix-Seriendrucker besitzen einen Druckkopf, der horizontal zurück und vor über
einen Aufzeichnungsträger bewegt wird, entweder kontinuierlich oder schrittweise.
Der Druckkopf enthält eine senkrechte Kolonne von Punktdruckelementen (Drucknadeln).
Da jede Kolonnenposition einer Zeichenposition während des Druckens erreicht wird,
wird die erforderliche Anzahl von Punktdruckelementen betätigt, um Zeichen herzustellen.
Eine Reihe so hergestellter vertikaler Punktkolonnen bildet das gewünschte Zeichen.
Im Gegensatz dazu enthalten Matrix-Zeilendrucker einen Punktmechanismus zur im wesentlichen
gleichzeitigen Herstellung von horizontalen Punktlinien, während der Aufzeichnungsträger
schrittweise durch den Drucker bewegt wird. Durch eine Reihe von horizontalen Punktlinien
entsteht ein Bild, z.B. eine Reihe von Zeichen oder ein Abschnitt einer Zeichnung.
[0003] Während die vorliegende Erfindung auch in anderen Bereichen Anwendung finden kann,
obwohl sie für den Einsatz in einem Matrix" Zeilendrucker ausgelegt ist, wird sie
dennoch in Verbindung mit einem solchen Drucker beschrieben.
[0004] In der Vergangenheit sind verschiedene Arten von Betätigungsmechanismen für den Einsatz
in Matrix-Zeilendruckern vorgeschlagen und ausgeführt worden. Die US-PS 4,351,235
(entsprechend der europäischen Patentanmeldung 0 047 883) beschreibt eine derartige
Punktdruckvorrichtung, insbesondere für Matrix-Zeilendrucker. Der Betätigungsmechanismus
ist in Hammermodulen enthalten, die über eine Vielzahl von einseitig eingespannten
Druckhammerarmen aus elastischem ferromagnetischem Werkstoff verfügen. Am freien Ende
ist ein Vorsprung (z.B. eine Kugel) montiert, der einen Punkt druckt, wenn der zugehörige
Druckhammerarm betätigt wird. Jeder Druckhammer-Betätigungsmechanismus enthält einen
Dauermagneten, einen Spulenständer und Platten, die einen Feldlinienweg zwischen dem
Dauermagneten und dem Spulenständer erzeugen, sowie eine auf dem Spulenständer angeordnete
Elektromagnetspule. Für den Fall, daß kein elektrischer Strom durch die Elektromagnetspule
fließt, wird der Druckhammerarm durch das vom Dauermagneten erzeugte Magnetfeld zum
Spulenständer gezogen. Diese Anziehung biegt den Druckhammerarm. Der so gespannte
Druckhammerann wird ausgelöst, indem die Elektromagnetspule durch elektrischen Strom
so beaufschlagt wird, daß die Spule ein Magnetfeld erzeugt, das dem vom Dauermagneten
erzeugten Anziehungsfeld des Spulenständers entgegenwirkt. Bei Auslösung veranlaßt
die aufgrund der Biegung des elastischen Druckhammerarmes gespeicherte Energie den
Druckhammer, den Vorsprung gegen ein Farbband zu schlagen und dadurch einen Punkt
auf einem Aufzeichnungsträger zu erzeugen. Zwar weisen Punktdruckmechanismen der vorstehend
beschriebenen Art eine Reihe von Vorteilen gegenüber früher entwickelten Punktdruckmechanismen
zum Einsatz in Matrix-Zeilendruckern auf (DE-A-21 54 568/US-PS 3,941,051) und stellen
somit einen Schritt vorwärts in dieser Technik dar, jedoch hat sich herausgestellt,
daß die bekannten Punktdruckmechanismen in verschiedener Hinsicht verbessert werden
können.
[0005] Hierbei ist zu beachten, daß die Druckhämmer der bekannten Punktdruckmechanismen
dann ausgelöst werden, wenn ein ausreichend hoher Strom durch die Elektromagnetspule
fließt. Während ein Druckhammer ausgelöst wird, wenn dieser Strom in der richtigen
Größe und Richtung durch die Elektromagnetspule fließt, wirkt das vom Stromfluß erzeugte
Magnetfeld nicht in vollem Umfang dem vom Dauermag» neten erzeugten Magnetfeld entgegen.
Vielmehr wird dem Magnetfeld des Dauermagneten nur bis zu dem Grad entgegengewirkt,
der notwendig ist, damit die im Druckhammer gespeicherte Biegekraft die Anziehungskraft
des Dauermagneten überwindet. Dieser Zustand führt dazu, daß nach der Auslösung der
Dauermagnet ein Magnetfeld erzeugt, das eine "Bremskraft" auf den ausgelösten Druckhammer
ausübt. Diese Bremskraft verringert die Aufschlagkraft, die vom Druckhammer auf das
Druckwiderlager ausgeübt wird. Ein naheliegender Weg, den Betrag der Bremskraft des
Dauemagneten zu verringern, wäre die Erhöhung der Stromstärke, mit der die Elektromagnetspule
beaufschlagt wird. In vielen Druckern ist dieses Verfahren nicht anwendbar, weil eine
Erhöhung des elektrischen Stromes in der Elektromagnetspule die von der Elektromagnetspule
erzeugte Wärmemenge erhöht, was zur vorzeitigen Zerstörung der Elektromagnetspule
führen kann. Zwar wurde dem Wärmeproblem bis zu einem gewissen Grad durch einen zusätzlichen
Kühlmechanismus oder durch die Erhöhung der Leistung eines vorhandenen Kühlmechanismus'
begegnet, doch erhöht diese Gestaltungsweise die Kosten und die Komplexität des gesamten
Druckers.
[0006] Die Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, die Druckhammerkraft bei einer gegebenen
Stromgröße ohne Erhöhung des elektrischen Stromes an der Elektromagnetspule zu verstärken.
[0007] Umgekehrt ausgedrückt ist diese Aufgabe darauf gerichtet, bei einer gegebenen Größe
an Druckhammerkraft die Stärke des an der Elektromagnetspule anliegenden Stromes zumindest
gleichzuhalten oder besser zu verringern.
[0008] Die gestellte Aufgabe wird bei dem eingangs bezeichneten Betätigungsmechanismus erfindungsgemäß
dadurch gelöst, daß die Elektromagnetspule in ihrer Länge bis in den Bereich nahe
dem Hammerarm reicht und daß die Feldlinienrückleitplatte, den Dauermagneten überragend,
vor dem Umfang der Elektromagnetspule endet, wobei der Druckhammerann in vorgespannter
Position eine für den Feldlinienfluß noch ausreichende Auflagefläche auf der Feldlinienrückleitplatte
bildet. Eine derartige Elektromagnetspule wird hier als eine lange Elektromagnetspule
bezeichnet, im Gegensatz zu den Elektromagnetspulen bekannter Bauart, die sehr weit
vor der Spitze des Spulenständers enden. Der Spulenständer, die Magnetflußplatte und
die Feldlinienrückleitplatte sind so bemessen angeordnet, daß die Spitze des Spulenständers
in einer Ebene mit der Spitze der Außenfläche der Feldlinienrückleitplatte liegt und
die Feldlinienrückleitplatte endet, kurz bevor sie die benachbarte Umfangsfläche der
auf dem Stab montierten Elektromagnetspule erreicht. Das fest eingespannte Ende des
Druckhammers ist an der Außenfläche der Feldlinienrückleitplatte in einer Linie mit
dem Dauermagneten angebracht. Der Kopf des Druckhammers ist so angeordnet, daß er
zur Spitze des Spulenständers und der benachbarten Fläche der Feldlinienrückleitplatte
durch den vom Dauermagneten erzeugten Magnetfluß angezogen wird, wenn die Elektromagnetspule
nicht erregt wird. Die Anziehungskraft zieht den Kopf des Druckhammers durch einen
schmalen Spalt, biegt und spannt dadurch den Druckhammer. Sobald die Elektromagnetspule
erregt wird, erzeugt sie ein Magnetfeld, das dem Anziehungsfeld des Dauermagneten
entgegenwirkt und löst damit den gespannten Druckhammer aus. Dadurch, daß der gespannte
Druckhammer ausgelöst worden ist, wird ein Vorsprung (z.B. eine Kugel), der auf dem
von der Polspitze entfernten Ende des Druckhammers angeschweißt ist, gegen ein Farbband
geschlagen, wodurch ein Punkt auf einem Aufzeichnungsträger erzeugt wird.
[0009] In Ausgestaltung der Erfindung Ist vorgesehen, daß die Länge der Elektromagnetspule
knapp der Länge des Spulenständers entspricht. Dadurch ist die Intensität des Magnetflusses,
der von der Elektro~ magnetspule im Zwischenraum zwischen der Spitze des Spulenständers
und dem Druckhammerkopf für ein gegebenes Maß an Auslösestrom erzeugt wird, sehr hoch.
Diese Gestaltung bedeutet die Maximierung der Magnetflußintensität in diesem Zwischenraum,
wodurch gleichzeitig die vom Dauermagneten erzeugte Bremskraft verringert wird, nachdem
der Druckhammer bei einer bestimmten Stromstärke ausgelöst worden ist oder es ermöglicht,
den Auslösestrom bei der gegebenen Stromstärke und einer verbesserten Schlagkraft
des Druckhammers zu vermindern.
[0010] Hierbei ist noch vorteilhaft, daß das Verhältnis Durchmesser : Länge der Elektromagnetspule
kleiner als 1,0 ist.
[0011] Zusammenfassend ist zu sagen, daß die Erfindung eine auf einem Spulenständer eines
Druckhammerbetätigungsmechanismus' montierte Elektromagnetspule in der Art vorsieht,
daß das Ende der Elektromagnetspule sich viel mehr bei der Spitze des Spulenständers
befindet als bei bekannten Hammerbetätigungsmechanismen dieser Art, wie sie vorstehend
beschrieben worden sind. Die erfindungsgemäße Gestaltung führt im Ergebnis dazu, daß
die Intensität des von der Elektromagnetspule an der Spitze des Spulenständers bei
einer gegebenen Stromstärke erzeugten Magnetflusses erhöht wird gegenüber bekannten
Druckhammerbetätigungsmechanismen, in denen sich die Elektromagnetspule in einem bedeutenden
Abstand von der Spitze des Spulenständers befindet. Da die Magnetflußintensität im
Zwischenraum zwischen der Spitze des Spulenständers und dem Druckhammerkopf erhöht
wird, wird die Bremskraft des Dauermagneten, die auf den Druckhammerkopf nach der
Auslösung wirkt, bei einer gegebenen Stromstärke wesentlich verringert. Demzufolge
wird die vom Druckhammer erzeugte Druckkraft erhöht. Umgekehrt kann bei einer gegebenen
Druckkraft auch die Stromstärke der Elektromagnetspule verringert werden. Die Verringerung
der Stromstärke führt nunmehr entscheidend zu einem geringeren Wärmemengenanfall pro
Zeiteinheit, so daß die Lebensdauer der Elektromagnetspule und damit des gesamten
Druckhammerbetätigungsmechanismus' bzw. des Druckers erhöht werden.
[0012] Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im
folgenden näher beschrieben.
[0013] Es zeigen:
Fig. 1 einen Querschnitt eines Druckhammerbetätigungsmechanismus' bekannter Bauart,
Fig. 2 einen Querschnitt eines Druckhammerbetätigungsmechanismus' gemäß der Erfindung,
Fig. 3 eine perspektivische Darstellung der auseinander gezogen dargestellten Einzelteile
des Druckhammermechanismus' gemäß der Erfindung.
[0014] Der Druckhammerbetätigungsmechanismus 11 bekannter Bauart gemäß Fig. 1 umfaßt: einen
Dauermagneten 13, eine Magnetflußplatte 15, eine Feldlinienrückleitplatte 17, einen
Spulenständer 19, eine Elektromagnetspule 21 und einen Druckhammer 23. Die Magnetflußplatte
15, die Feldlinienrückleitplatte 17, der Spulenständer 19 und der Druckhammer 23 sind
sämtlich aus ferromagnetischen Werkstoffen hergestellt.
[0015] Der Dauermagnet 13 weist einen rechteckigen Querschnitt auf. Auf einer der Polflächen
des Dauermagneten 13 ist die Magnetflußplatte 15 montiert und auf der anderen Polfläche
die Feldlinienrückleitplatte 17. Die Magnetflußplatte 15 bzw. die Feldlinienrückleitplatte
17 ragen nach außen in dieselbe Richtung über eine Kante des Dauermagneten 13 hinaus:
Die Magnetflußplatte 15 ragt weiter als die Feldlinienrückleitplatte 17 hinaus. Am
äußeren Ende der Magnetflußplatte 15 befindet sich der Spulenständer 19. Am Spulenständer
19 ist die Elektromagnetspule 21 montiert. Der Spulenständer 19 liegt jenseits des
äußeren Endes der Feldlinienrückleitplatte 17 und endet in einer Ebene, die mit der
von der äußeren Fläche der Feldlinienrückleitplatte 17 definierten Ebene zusammenfällt.
Länge und Größe der Elektromagnetspule 21 sind so bemessen, daß die Elektromagnetspule
sich zwischen den einander gegenüberliegenden Flächen der Magnetfluß- und Feldlinienrück
~ leitplatten 15 und 17 befindet und daß das äußere Ende der Feldlinienrückleitplatte
die Elektromagnetspule 21 überragt. Diese Anordnung führt dazu, daß das Ende der Elektromagnetspule
21, das der Spitze des Spulenständers 19 am nächsten liegt, sich in etwa dem gleichen
Abstand von der Spitze befindet, der der Dicke der Feldlinienrückleitplatte 17 entspricht.
Diese Distanz ist in Fig.l mit "A" bezeichnet. In einem praktischen Ausführungsbeispiel
eines Betätigungsmechanismus' der in Fig. 1 dargestellten bekannten Bauart beträgt
der Abstand A etwa 2,794 mm.
[0016] Der Druckhammer 23 ist am einen Ende montiert. Ferner weist der Druckhammer 23 eine
längliche Form auf und ist an der äußeren Fläche der Feldlinienrückleitplatte 17 angebracht,
wo die Feldlinienrückleitplatte 17 den Dauermagneten 13 überragt. Die Darstellung
zeigt, daß der Druckhammer 23 mit einer Kopfschraube 25 an der Feldlinienrückleitplatte
17 befestigt ist. Der Druckhammer 23 besteht aus einer dünnen Mittelzone 27 und einem
Kopf 29. Der Kopf 29 überragt das äußere Ende der Feldlinienrückleitplatte 17 und
die Spitze des Spulenständers 19. Das äußere Ende des Kopfes 29 ist nach außen gebogen.
Auf der äußeren Spitze des Kopfes 29 ist eine Druckkugel 31 befestigt. Die Druckkugel
31 wird vorzugsweise durch Schweißung am Kopf 29 des Druckhammers 23 befestigt.
[0017] Gemäß der Anordnung des Betättgungsmechanismus
. 11 gemäß Fig. 1 erzeugt der Dauermagnet 13 ein Magnetfeld (durch die Pfeile bezeichnet),
das den Kopf 29 fest an die Spitze des Spulenständers 19 und die Außenfläche der Feldlinienrückleitplatte
17 zieht. Für den Fall, daß das vom Dauermagneten 13 erzeugte Magnetfeld nicht vorliegt,
würde sich der Kopf 29 um einen sehr kleinen Betrag, vorzugsweise im Bereich von 0,4064
bis 0,508 mm von der Spitze des Spulenständers 19 und dem Ende der Feldlinienrückleitplatte
17 abheben. Sobald der Dauermagnet 13 den Kopf 29 durch den Spalt an die Spitze des
Spulenständers 19 und das Ende der Feldlinienrückleitplatte 17 zieht, wird die dünne
Mittelzone 27 des Druckhammers 23 gebogen. In diesem Biegezustand befindet sich der
Druckhammer 23 in vorgespanntem Zustand und speichert die Druckenergie.
[0018] Die am Spulenständer 19 befestigte Elektromagnetspule 21 wird in der Weise erregt,
daß dem vom Dauermagneten 13 erzeugten Magnetfeld entgegengewirkt wird. Das bedeutet,
daß der elektrische Strom an der Elektromagnetspule in einer Richtung anliegt, die
ein Magnetfeld erzeugt, welches dem Magnetfeld entgegenwirkt, das vom Dauermagneten
13 im Zwischenraum zwischen einesteils dem Kopf 29 des Druckhammmers 23 und andernteils
der Spitze des Spulenständers 19 und dem Ende der Feldlinienrückleitplatte 17 erzeugt
wird. Sobald ein Strom ausreichender Stärke durch die Elektromagnetspule 21 fließt,
wird der Druckhammer 23 ausgelöst. Das Abschießen des Druckhammers 23 führt dazu,
daß die in der dünnen Mittelzone 27 gespeicherte Energie den Kopf 29 des Druckhammers
23 und damit die Druckkugel 31 von der Spitze des Spulenständers 19 wegbewegt. Aufgrund
dieses Vorgangs schlägt die Druckkugel 31 auf ein Farbband gegen ein von einem Druckwiderlager
gestützten Aufzeichnungsträger (z.B. Papier), welche beide nicht auf den Zeichnungen
dargestellt sind. Als Ergebnis dieses Vorgangs wird ein Druckpunkt auf dem Aufzeichnungsträger
gedruckt. Der Stromfluß durch die Elektromagnetspule 21 endet, wenn der Druckhammer
23 vom Druckschlag zurückprallt und der zurückprallende Druckhammer 23 erneut gespannt
wird, weil der Kopf 29 durch das vom Dauermagneten 13 erzeugte Magnetfeld an die Spitze
des Spulenständers 19 und das benachbarte Ende der Feldlinienrückleitplatte 17 zurückgezogen
wird.
[0019] Der mit Elektromagnetkreisen befaßte Fachmann erkennt, daß der größte Teil des vom
Dauermagneten 13 erzeugten Magnetflusses dem Feldlinienweg eines ferromagnetischen
Kreises folgt, der durch die Magnetflußplatte 15, den Spulenständer 19, den Kopf 29,
den Druckhammer 23 und die Feldlinienrückleitplatte 17 gebildet wird. Ein geringer
Betrag des Magnetflusses kann dem Feldlinienweg eines magnetischen Kreises, der durch
die dünne Mittelzone 27 des Druckhammers 23 verläuft, folgen. Derjenige Betrag des
Magnetflusses, der durch den Kopf 29 des Druckhammers 23 verläuft, bestimmt die Größe
der Anziehungskraft, die den Kopf 29 fest an der Spitze des Spulenständers 19 und
das Ende der Feldlinienrückleitplatte 17 hält. Ein anderer Magnetfluß, der z.B. durch
die Luft zwischen der Magnetflußplatte 15 und der Feldlinienrückleitplatte 17 verläuft
und ein weiterer Magnetfluß, der durch die Luft zwischen dem Spulenständer 19 und
der Feldlinienrückleitplatte 17 verläuft, d.h. Streuflüsse, haben keine Auswirkung
auf die Anziehungskraft und stellen sich daher als Verlust-Magnetflüsse dar. Da nur
der durch den Zwischenraum zwischen Kopf 29 und der Spitze des Spulenständers 19 verlaufende
Fluß die Anziehungskraft erzeugt, muß dem Magnetfluß in diesem Bereich durch das vom
Stromfluß der Elektromagnetspule 21 erzeugte Magnetfeld entgegengewirkt werden.
[0020] Der mit Elektromagnetspulen befaßte Fachmann versteht, daß je weiter entfernt sich
ein ferromagnetischer Gegenstand von einer Elektromagnetspule befindet, um so geringere
magnetische Kraft von der Elektromagnetspule auf den Gegenstand ausgeübt wird. Die
Abnahme der Kraft bei größerwerdendem Abstand besteht in einem direkten Verhältnis
zur magnetischen Intensität, wonach die magnetische Kraft bei sich vergrößerndem Abstand
von einer Spule schnell abnimmt. Im Falle des bekannten Betätigungsmechanismus' 11
gemäß Fig. 1 bedeutet dieser Sachverhalt, daß der erwünschte Nutzen des von der Elektromagnetspule
21 erzeugten Magnetfeldes nicht maximiert wird. Genauer gesagt ist, wie in Fig. 1
dargestellt und vorher beschrieben, der Abstand zwischen dem Ende der Elektromagnetspule
und der Spitze des Spulenständers 19, d.h. der Abstand A, im wesentlichen gleich der
Dicke der Feldlinienrück-Teitplatte 17. Aus dieser Feststellung ergibt sich, wie durch
die gebogenen Teile oberhalb der Elektromagnetspule 21 gezeigt, daß ein Teil des Magnetflusses
erzeugt wird, der dem Ende der Elektromagnetspule 21, das in dem Zwischenraum zwischen
Kopf 29 und der Spitze des Spulenständers 19 am nächsten liegt, nicht durch den Zwischenraum
verläuft. Damit hat dieser Magnetfluß keine aufhebende Wirkung auf den Fluß des Dauermagneten,
der durch den Zwischenraum verläuft. Weil die Wirkung der Elektromagnetspule 21 durch
den Abstand A verlorengeht, ist die Höhe des Magnetflusses, den die Elektromagnetspule
21 erzeugen muß, um den Kopf 29 abzuheben, größer als erforderlich. Da die Höhe des
Magnetflusses größer als erforderlich ist, ist auch der elektrische Strom durch die
Elektromagnetspule-21 größer als notwendig. Oder anders ausgedrückt ist die Größe
der Bremskraft, die der Dauermagnet 21 erzeugt, nachdem der Druckhammer 23 abgeschossen
worden ist, größer als wenn der Magnetfluß durch den Abstand A wirksam genutzt werden
könnte, um dem von dem Dauermagneten 13 erzeugten Magnetfeld entgegenzuwirken. Da
also der elektrische Strom in der Elektromagnetspule 21 höher als notwendig ist, um
eine Auslösung des Kopfes 29 bei einer vorgeschriebenen Aufschlagkraft zu erzielen,
ist auch die vom Stromfluß durch die Elektromagnetspule 21 erzeugte Wärme höher als
erwünscht. Je nach der Geschwindigkeit der Hammerbetätigung und sonstiger relevanter
Faktoren kann die von der Elektromagnetspule 21 erzeugte Wärme eine Elektromagnetspule
vorzeitig zerstören oder eine zusätzliche Spulenkühlung oder deren Leistungserhöhung
erfordern. Die vorliegende Erfindung ist daher darauf gerichtet, diese Nachteile zu
vermeiden.
[0021] Die Nachteile des Standes der Technik werden gemäß der in Fig. 2 dargestellten Anordnung
eines Druckhammerbetätigungsmechanismus' 41 vermieden. Wie in Fig. 1 enthält der Druckhammerbetätigungsmechanismus
41, was auch in Fig. 3 gezeigt ist, folgende Bauelemente: einen Dauermagneten 43,
eine Magnetflußplatte 45, eine Feldlinienrückleitplatte 47, einen Spulenständer 49,
eine Elektromagnetspule 51 und einen Druckhammer 53. Wie bei der voranstehend beschriebenen,
in Fig. 1 dargestellten Konstruktion sind die Magnetflußplatte 45 und die Feldlinienrückleitplatte
47 auf den gegensätzlich gepolten Flächen des Dauermagneten 43 montiert und ragen
von diesem nach außen in dieselbe Richtung. Die Magnetflußplatte 45 ragt wesentlich
weiter nach außen als die Feldlinienrückleitplatte 47. Der Spulenständer 49 ist am
äußeren Ende der Oberfläche der Magnetflußplatte 45, der Feldlinienrückleitplatte
47 gegenüberliegend, montiert. Die Spitze des Spulenständers 49 endet in einer Ebene,
die im wesentlichen in einer Ebene mit der äußeren Oberfläche der Feldlinienrückleitplatte
47 liegt. Die Elektromagnetspule 51 ist am Spulenständer 49 montiert. Jedoch endet
die Elektromagnetspule 51 nicht kurz vor der gegenüberliegenden Oberfläche der Feldlinienrückleitplatte
47 sondern ragt nach außen und endet knapp vor der Spitze des Spulenständers 49. Die
Distanz zwischen der Spitze des Spulenständers 49 und dem Ende der Elektromagnetspule
51 ist in Fig. 2 mit "B" bezeichnet. Somit entspricht die Distanz B in Fig. 2 der
Distanz A in Fig. 1. Zwar wäre es äußerst wünschenswert, daß die Distanz B = Null
ist, jedoch ist eine geringe Verlängerung des Spulenständers 49 notwendig aus Toleranzgründen
und weil der Schlag beim Rückzug des Druckhammers 53 zum Verschleiß der Spitze des
Spulenständers 49 führt. In einem praktischen Ausführungsbeispiel der Erfindung beträgt
die Distanz B etwa 0,508 mm.
[0022] Ähnlich wie auch in Fig. 1 gezeigt, ist der Druckhammer 53 in Fig.2 einendig eingespannt
angeordnet. Das bedeutet, daß der Druckhammer 53 mit einer Kopfschraube 55 an der
Außenfläche der Feldlinienrückleitplatte 47 in dem Bereich befestigt ist, in welchem
die Feldlinienrückleitplatte 47 den Dauermagneten 43 bedeckt. Der Druckhammer 53 enthält
eine dünne Mittelzone 57, die vom Befestigungsbereich auswärts in Richtung des Spulenständers
49 ragt. Am Ende des Druckhammers 53 befindet sich ein Kopf 59. Der Kopf 59 überragt
den Spalt zwischen der Spitze des Spulenständers 49 und dem benachbarten Ende der
Feldlinienrückleitplatte 47. Weiterhin ist der Kopf 59 nach außen gebogen und endet
in einem flachen Bereich, auf welchen eine Druckkugel 61 aufgeschweißt ist.
[0023] Wie bei dem in Fig. 1 gezeigten Druckhammerbetätigungsmechanismus 11 zieht auch hier
der Dauermagnet 43 des in Fig. 2 gezeigten Druckhammerbetätigungsmechanismus 41 den
Kopf 59 fest an die Spitze des Spulenständers 49 und an das Ende der Feldlinienrückleitplatte
47, wodurch der Kopf 59 eine Brücke zwischen diesen Teilen bildet. Für den Fall, daß
das vom Dauermagneten 43 erzeugte Magnetfeld nicht aufgebaut wäre, würde sich der
Kopf 59 von der Spitze des'Spulenständers 49 und dem äußeren Ende der Feldlinienrückleitplatte
47 um einen sehr geringen Betrag, vorzugsweise im Bereich von 0,4064 bis 0,508 mm
abheben. Sobald der Dauermagnet 43 den Kopf 59 durch diesen Spalt an die Spitze des
Spulenständers 49 und das äußere Ende der Feldlinienrückleitplatte 47 zieht, wird
die dünne Mittelzone 57 des Druckhammers 53 gebogen, wodurch der Druckhammer 53 vorgespannt
wird.
[0024] Sobald die Elektromagnetspule 51 erregt wird und ein Magnetfeld erzeugt, das dem
vom Dauermagneten 43 erzeugten Magnetfeld entgegenwirkt, wird der Druckhammer 53 abgeschossen.
Das Abschießen des Druckhammers 53 führt dazu, daß die in der dünnen Mittelzone 57
gespeicherte Energie den Kopf 59 des Druckhammers 53 und damit die Druckkugel 61 von
der Spitze des Spulenständers 49 fortbewegt und in derselben Weise wie der Druckhammerbetätigungsmechanismus
11 in Fig. 1 auf einem Aufzeichnungsträger einen Druckpunkt erzeugt.
[0025] Wie aus der vorstehenden Beschreibung zu den Fig. 1 und 2 leicht zu erkennen ist,
besteht der Hauptunterschied zwischen dem bekannten Druckhammerbetätigungsmechanismus
11 und dem erfindungsgemäßen Betätigungsmechanismus 43 darin, daß die Distanz zwischen
der Spitze des Spulenständers und dem benachbarten Ende der Elektromagnetspule wesentlich
geringer ist. Diese Distanzen sind in den Fig. 1 und 2 mit A bzw. mit B bezeichnet.
Wie gesagt, beträgt in-einem praktischen Ausführungsbeispiel des in Fig 1 dargestellten
Druckhammerbetätigungsmechanismus' 11 die Distanz A etwa 2,794 mm. Im Gegensatz dazu
beträgt in einem praktischen Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Druckhammerbetätigungsmechanismus
41 (Fig. 2) die Distanz B ca. 0,508 mm. Die Verringerung dieser Distanz führt zu einer
Erhöhung der Intensität des Magnetflusses, der von der Elektromagnetspule 51 im Zwischenraum
zwischen der Spitze des Spulenständers 49 und dem Kopf 59 des Druckhammers 53 bei
ähnlichem Stromniveau, ähnlichen Spulenwicklungen und anderen ähnlichen Parametern
erzeugt wird. In praktischen Ausführungsbeispielen, in denen Elektromagnetspulen 51
mit derselben Wicklungszahl und derselben Stromstärke verwendet wurden, wurde ein
verstärktes Abfallen der Druckhammeraufschlagkraft im Bereich von 15 bis 20 X gemessen.
In dieser Hinsicht hebt, wie vorstehend erörtert, das entgegenwirkende Magnetfeld,
das von der Elektromagnetspule 51 in den einzelnen Druckhammerbetätigungsmechanismen
sowohl der Fig. 1 als auch der Fig. 2 erzeugt wird, das vom Dauermagneten im Zwischenraum
erzeugte Magnetfeld nicht vollständig auf, wenn der Druckhammer ausgelöst wird. Das
Feld des Dauermagneten bleibt sogar größer als das Feld der Elektromagnetspule. Dieses
Restfeld erzeugt eine "Bremskraft", welche die Bewegung des Druckhammers verlangsamt.
Da die Intensität des Magnetflusses, der im Zwischenraum von der Elektromagnetspule
51 des Druckhammerbetätigungsmechanismus' 41 von der in Fig. 2 gezeigten Art unter
ähnlichen Bedingungen größer als die Intensität des Magnetflusses ist, der im Zwischenraum
von einer Elektromagnetspule 21 eines Druckhammerbetätigungsmechanismus' 11 von der
in Fig. 1 gezeigten Art erzeugt wird, ist die Aufschlagkraft des Druckhammers 53 gemäß
Fig. 2 größer als die Aufschlagkraft des Druckhammers 23 gemäß Fig. 1. Dagegen gestattet
es der Druckhammerbetätigungsmechanismus 41 gemäß Fig. 2, falls eine entsprechende
Aufschlagkraft vorhanden ist, daß der Spulenstrom verringert wird, während die Aufschlagkraft
gleich bleibt. In diesem Fall wird wegen des verringerten Spulenstroms auch die Wärmeerzeugung
der Spule gesenkt. Da die Spulenwärme verringert wird, kann auch der erforderliche
Kühlungsaufwand reduziert und/oder die Druckgeschwindigkeit erhöht werden. Damit ergeben
sich Kompromißmöglichkeiten, die es gestatten, die Vorteile der Erfindung auf verschiedene
Arten in verschiedenen Druckern je nach dem zu erzielenden Ergebnis zu nutzen.
[0026] Fig. 3 zeigt ein Hammerbankmodul 71, ähnlich demjenigen, das in dem US-Patent 4,351,235
(entsprechend der europäischen Patentanmeldung 0 047 883) gezeigt und beschrieben
wird und das angepaßt wurde und nunmehr die Konfiguration der vorliegenden Erfindung
aufweist. Genauer gesagt, zeigt Fig. 3 ein Hammerbankmodul mit folgenden Bauteilen:
einem Dauermagneten 73, einer Magnetflußplatte 75, einer Feldlinienrückleitplatte
77, mehreren zylindrischen Spulenständern 79, mehreren Elektromagnetspulen 81 und
einem Mehrarmhammer 83. Der Mehrarmhammer 83 umfaßt gemäß dem gezeigten Ausführungsbeispiel
drei Druckhammerarme 85, die in einer gemeinsamen Ebene von einer Basis 87 auswärts
ragen. Entsprechend umfaßt die gezeigte Magnetflußplatte 75 drei Arme 89, die in einer
gemeinsamen Ebene von einer Basis 91 auswärts ragen, und die gezeigte Feldlinienrückleitplatte
77 umfaßt drei Arme 93, die in einer gemeinsamen Ebene von einer Basis 95 auswärts
ragen. Außerdem beträgt die Anzahl der Spulenständer 79 und Elektromagnetspulen 81,
die in Fig. 3 dargestellt sind, jeweils drei. Zwar beruht das Hammermodul 71 auf dem
Prinzip des Vielfachen von drei, doch sollte die Anzahl nicht als Begrenzung verstanden
werden, wenngleich eine solche in dem gezeigten Ausführungsbeispiel bevorzugt wird.
Das Prinzip der Anzahl drei wird deswegen bevorzugt, weil es hinsichtlich der Herstellbarkeit
eine günstige Modulgröße ergibt. Zudem geht die Anzahl 3 ohne Rest in 66 und 132 Druckhämmer
auf, die die bevorzugten Zahlen von Punktdruckelementen in Matrix-Zeilendruckern zum
Drucken einer Standardzeile mit 132 Zeichen bildet.
[0027] Der Dauermagnet 73 ist länglich und hat die Form eines Quaders. Die Polarisierung
des Dauermagneten 73 verläuft in der Weise, daß ein Pol (z.B. der Nordpol N) des Dauermagneten
73 entlang einer Längsfläche und der andere Pol (z.B. der Südpol S) entlang der gegenüberliegenden
Längsseite liegen. Auf einer der Polfläche des länglichen Dauermagneten 73 ist die
Basis 95 der Feldlinienrückleitplatte 77 montiert und auf der anderen Polfläche ist
die Basis 91 der Magnetflußplatte 75 befestigt. Damit liegen die planaren Magnetfluß-
und Feldlinienrückleitplatten 75 und 77 in parallelen Ebenen. Außerdem sind die Arme
89 und 93 der Magnetflußplatte 75 bzw. der Feldlinienrückleitplatte 77 so ausgebildet
und angeordnet, daß sie je zueinander ausgerichtet sind.
[0028] Die Basis 91 der Magnetflußplatte 75 umfaßt zwei Gewindebohrungen 97 zwischen den
Armen 89 der Magnetflußplatte 75. Am äußeren Ende eines jeden Armes 89 der Magnetflußplatte
75 ist ein der Spulenständer 79 montiert. Die Spulenständer 79 ragen rechtwinklig
von der Ebene der Magnetflußplatte 75 auswärts in Richtung der Feldlinienrückleitplatte
77. Die Spulenständer 79 sind an den Armen angebracht, und zwar durch radiale Einnietung
der Spulenständer 79 in Löcher in den Armen 89. An jeder der Spulenständer 79 ist
eine der Elektromagnetspulen 81 montiert. Die Elektromagnetspulen 81 sind etwas kürzer
als die Spulenständer 79, die von der Magnetflußplatte 75 nach außen ragen. Sofern
die Elektromagnetspulen 81 an den Spulenständern 79 montiert sind, wie beschrieben,
so enden diese knapp vor den Spitzen der Spulenständer 79. Da die Elektromagnetspulen
81 praktisch die gesamte Länge der Spulenständer 79 bedecken, werden sie hier gelegentlich
als lange Spulen bezeichnet, um sie von den kürzeren Elektromagnetspulen 21 zu unterscheiden,
die in den Druckhammerbetätigungsmechanismus 11, gemäß Fig. 1 eingesetzt werden. Für
die Befestigung der Magnetflußplatte 75 am Dauermagneten 73 und des Dauermagneten
73 selbst an der Magnetflußplatte 75 werden keine Schrauben oder sonstige Klemmeinrichtungen
verwendet; diese Elemente werden vorzugsweise mit Klebemitteln zusammengefügt.
[0029] Wie zuvor in bezug auf Fig. 2 erörtert, sind die Spulenständer 79 so lang, daß die
äußere Fläche der Spitzen der Spulenständer 79 mit der äußeren Fläche der Arme 93
der Magnetflußplatte 75 koplanar liegen. Diese Gestaltung wird vorzugsweise dadurch
erreicht, daß die Teile nach ihrem Zusammenbau überschliffen werden. Wie sich am besten
aus Fig. 3 ergibt, weisen die Spitzen der Arme 93 der Feldlinienrückleitplatte 77
nächst den Elektromagnetspulen 81, wenngleich im Hinblick auf das magnetische Verhalten
nicht immer erforderlich, einen Bogen auf, so daß ein konstanter Spalt zwischen den
gebogenen Spitzen der Arme und der benachbarten Umfangsoberfläche der Elektromagnetspulen
81 entsteht. Die Basis 87 der Mehrarmhämmer 83 umfaßt drei Bohrungen 105, die jeweils
in einer Linie mit einem der Druckhämmer 83 liegen. Der Mehrarmhammer 83 ist so angeordnet,
daß seine Basis 87 die Basis 95 der Feldlinienrückleitplatte 77 überragt. In dieser
Lage befinden sich die Bohrungen 105 in der Basis 87 des Mehrarmhammers 83 in einer
Linie mit drei Gewindebohrungen 107 in der Basis 95 der Feldlinienrückleitplatte 77.
Schrauben 109 verlaufen durch die Bohrungen 105 in der Basis 87 des Mehrarmhammers
83 in die Gewindebohrungen 107 in der Basis 95 der Feldlinienrückleitplatte 77. Damit
ist die Basis des Mehrarmhammers 83 an der Basis 95 der Feldlinienrückleitplatte 77
befestigt. Druckkugeln 111 sind an die nach außen gebogene Spitze der Köpfe 86 an
den Druckarmen 85 angeschweißt.
[0030] Wie aus der vorangehenden Beschreibung leicht zu erkennen ist, sieht die Erfindung
einen verbesserten Druckhammerbetätigungsmechanismus 41 vor, ob er nun als Druckhammermodul,
wie gemäß Fig. 3, oder in einer anderen Form ausgeführt wird. Anders ausgedrückt liegt
gemäß der Erfindung die Elektromagnetspule 51 bzw. 81 so nahe wie es zweckmäßig ist,
in den Zwischenraum zwischen einem zurückgezogenen Druckhammer 53 bzw. 83 und dem
Anschlag (z.B. den Spulenständer 49 bzw. 79), gegen den er von einer Rückzugskraft
(z.B. dem von einem Dauermagneten 43 bzw. 73 erzeugten Magnetfeld) gezogen wird. Wegen
der engen Beziehung wird die Kraft des Druckaufschlages bei einer vorgeschriebenen
Anzahl von Spulenwicklungen und einem vorgeschriebenen Stromanschluß in einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung gegenüber den Größen bei einer ähnlichen Elektromagnetspule mit vergleichbarem
Stromeingang in größerer Entfernung von dem Zwischenraum erhöht. Umgekehrt ausgedrückt
kann, wenn vorher eine bestimmte Aufschlagskraft vorgegeben war, der Strombetrag um
dieselbe Aufschlagskraft zu erzielen, verringert werden. Da der Strom verringert werden
kann, wird die Erzeugung von Wärme durch Elektromagnetspulen 51 bzw. 81 entsprechend
verringert. Falls vorher nur eine geringe Wärmemenge erzeugt wurde, kann nunmehr die
Geschwindigkeit des Druckers erhöht werden, weil in die Elektromagnetspulen 51 bzw.
81 schnellere Impulse induziert werden können, ohne die gesamte Wärmeerzeugung unangemessen
zu verstärken. Die Ausführung der Erfindung kann demnach in der Weise erfolgen, daß
eines von mehreren Ergebnissen erzielt wird, je nach den Anforderungen des Betätigungsmechanismus',
in welchem die Erfindung verwendet werden soll.