Elektromagnetische Betätigungsvorrichtung, insbesondere für Druckhammerantriebe

Abstract

 Ein Schwenkanker (1) wird bei Erregung des Elektro­magneten (3, 4) in einen Arbeitsspalt (9) gezogen, wo­bei er in zunehmendem Maße zusätzlich von dem Pol (7A) eines Elektromagnetjochschenkels (7) angezogen wird.
Die Bewegungsebene (1A) des Schwenkankers (1) verläuft senkrecht zur Ebene (4A) des Magnetflusses (4B) der Jochstruktur (4) des Elektromagneten.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine elektromagnetische Betäti­gungsvorrichtung mit einem Schwenkanker und einem Elektromagneten, der im Oberbegriff des Anspruches 1 gekennzeichneten Art.

[0002] Vorzugsweise eignet sich diese Betätigungsvorrichtung zum Einsatz für Anschlagdrucker. Sie vereinigt in sich die Vorteile zweier verschiedener Prinzipien von be­kannten elektromagnetischen Betätigungsvorrichtungen: dem Prinzip herkömmlicher Schwenkanker-Elektromagneten und dem Prinzip eines in der europäischen Patentanmel­dung 80 103 387.9 (GE 980 014E) beschriebenen Antriebs. Dieser Antrieb bezieht sich auf einen schnellen, elek­tromagnetisch betätigbaren Stößelantrieb, der insbeson­dere für Anschlagdrucker eingesetzt werden kann. Der Elektromagnet besteht grundsätzlich aus im wesentlichen symmetrisch aufgebauten magnetisierbaren Jochhälften mit entsprechender(n) Erregerspule(n). Die einander zugewandten Polenden der Jochhälften bilden einander fluchtende magnetische Arbeitsspalte. Zwischen den magnetischen Arbeitsspalten ist ein in Richtung der Fluchtlinie der Arbeitsspalte verschiebbarer Stößel angeordnet. Der Querschnitt des Stößels ist an die Fläche der Arbeitsspalte angepaßt. Er kann zylinder­förmig oder quaderförmig ausgebildet sein. Er enthält z. B. scheiben- bzw. quaderförmig ausgebildete Anker­elemente aus magnetisierbarem Material und zwischen diesen angeordnete Abstandselemente aus vorwiegend nichtmagnetisierbarem Material. Die Ankerelemente weisen eine derartige geometrische Ausbildung auf, daß ihr Volumen in der Größenordnung des Arbeits­spaltvolumens liegt. In der Ausgangslage des Stößels befinden sich die Ankerelemente im nichterregten Zustand der Elektromagneten im wesentlichen vor dessen Arbeitsspalten. Sie werden bei Erregung des Elektromagneten in diese Arbeitsspalte hineingezogen und erfahren dabei eine Beschleunigung.

[0003] Stößelantriebe dieser Art weisen jedoch den Nachteil auf, daß sie sehr empfindlich gegenüber Seitenkraft­unsymmetrien sind.

[0004] Herkömmliche Schwenkanker-(Klappanker)Elektromagnet­Druckerantriebe wie sie z. B. in den weitverbreiteten Druckern der Typen IBM 1403 verwendet werden (siehe auch IBM Technical Disclosure Bulletin, Vol. 16, No. 11, April 1974, S. 3529, Fig. 1), weisen den Nachteil auf, daß sie einen großen Platzbedarf haben und dennoch nur einen geringen elektromechanischen Wirkungsgrad von wenigen Prozent aufweisen.

[0005] Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Betätigungs­vorrichtung der eingangs genannten Art vorzusehen, die eine hohe Kraftwirkung bei kurzer Operationszeit und geringem Raumbedarf entfaltet.

[0006] Diese Aufgabe der Erfindung wird in vorteilhafter Wei­se durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 angegebenen Maßnahmen gelöst, also durch eine Kombina­tion der beiden vorgenannten Prinzipien.

[0007] Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

[0008] Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben.

[0009] Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische perspektivische Dar­stellung der erfindungsgemäßen elektro­magnetischen Betätigungsvorrichtung mit Schwenkanker und einer besonderen Joch­struktur des Elektromagneten,

Fig. 2 eine perspektivische Explosionszeich­nung der erfindungsgemäßen elektro­magnetischen Betätigungsvorrichtung zur Anwendung in Anschlagdruckern,

Fig. 3 eine Schnittdarstellung gemäß der Schnittebene A-A in Fig. 2 zur Darstel­lung des Magnetflußverlaufes in der Magnetjochstruktur und dem Schwenkanker,

Fign. 4A bis 4E ausschnittweise Schnittdarstellungen in Analogie zu Fig. 3 mit verschiedenen Querschnittsformen für den Schwenkanker und die Magnetjochstruktur.

[0010] Der Schwenkanker 1 bewegt sich bei Erregung des Elek­tromagnetes in Pfeilrichtung D. Er führt dabei eine Schwenkbewegung um seine Schwenkachse 10 aus. Die Bewegungsebene 1A des Schwenkankers 1 liegt senkrecht zur Magnetflußebene 4A der Jochstruktur 4 des Elektro­magneten 2. Die Jochstruktur in der Magnetflußebene 4A gesehen, weist einen E-förmig ähnlichen Querschnitt mit zwei äußeren 5 und 6, einem mittleren Schenkel 7 und einer allen Schenkeln gemeinsamen Basis 8 auf. Die Polfläche 7A des von der Erregerspule 3 umfaßten mitt­leren Schenkels 7 ist dem Schwenkanker 1 zugewandt. Die freien Enden der äußeren Schenkel 5 und 6 sind in Richtung zueinander derart abgewinkelt, daß zwischen ihren Polflächen 5A und 6A ein magnetischer Arbeits­spalt 9 gebildet wird. Die Polfläche 7A des mittleren Schenkels 7 kann außerhalb oder innerhalb des Arbeits­spaltes 9 liegen.

[0011] Bei Erregung des Elektromagneten 2 wird der Schwenk­anker 1 in den Arbeitsspalt 9 hineingezogen und dabei in zunehmendem Maße auch von der Polfläche 7A des Mit­telschenkels 7 angezogen. Dabei verläuft der Magnetfluß des Mittelschenkels im wesentlichen hälftig über den Schwenkanker 1 zu jeweils einer Polfläche 5A, 6A der äußeren Schenkel 5 und 6. Die Breite B des Schwenk­ankers 1 ist wesentlich (mindestens zweimal) kleiner als seine Länge zwischen der Schwenkachse 10 und dem Arbeitsspalt 9. Der durch die Betätigungsvorrichtung verlaufende Magnetfluß ist durch eine Vielzahl von Magnetflußlinien 4B dargestellt. Je dichter diese Linien verlaufen, umso stärker ist die örtliche Magnet­flußdichte.

[0012] Jochstruktur und Schwenkanker sind im wesentlichen symmetrisch zur durch die Mitte des Mittelschenkels 7 verlaufenden Bewegungsebene 1A des Schwenkankers ange­ordnet. Das Bewegungsende des Schwenkankers kann für Schalthub- oder Stoßvorgänge entsprechend ausgebildet sein.

[0013] Fig. 2 zeigt eine perspektivische Explosionszeichnung der erfindungsgemäßen elektromagnetischen Betätigungs­vorrichtung zur Anwendung in Anschlagdruckern.

[0014] Diese Einheit besteht im wesentlichen aus 5 Teilen:
dem Basisteil 21 aus weichmagnetischem Material, der in das Basisteil 21 einzusetzenden Elektromagnet­ spule 25, zwei auf dem Basisteil zu befestigenden Joch­leisten 23 und 24 und dem ebenfalls mit dem Basisteil zu verbindenden Schwenkanker 22. Das Basisteil hat ei­ne Aussparung 21-1 und einen in der Aussparung befind­lichen Mittelschenkel 21-2 mit der Polfläche 21-3. Die Aussparung dient der Aufnahme der Elektromagnetspule 25. Die Jochleisten 23 und 24 werden wie in Fig. 2 an­gedeutet, z. B. durch Schraub-, Schweiß- oder ähnliche Verbindungen, randwärts mit dem Basisteil verbunden. Zwischen ihren Polflächen 23-1, 24-1 liegt der Arbeits­spalt. Der Schwenkanker 22 selbst ist an einem Ende auf einer Schrägen eines Klotzes 26 fixiert. Der Klotz 26 ist im vorderen Bereich des Basisteiles 21 in einer Aussparung 21-4 angeordnet. Beide Aussparungen 21-1 und 21-4 gehen ineinander über. Dadurch können die Spulen­anschlüsse 40 auf einfache Weise herausgeführt werden. Der dem Fixierungsende nahe Teil des Schwenkankers wird von einer Blattfeder 22-2 gebildet. Sie ermöglicht eine entsprechende Schwenkbewegung, wenn der Schwenkanker in den Arbeitsspalt bei Erregung des Elektromagneten hineingezogen wird. An seinem freien Ende weist der Schwenkanker eine Aussparung 22-4 auf, um mit einem lediglich durch Striche angedeuteten Druckstößel 29 zusammenwirken zu können (zur Erzeugung einer Stößel­bewegung in Richtung P). Die inneren Kanten der Joch­leisten 23 und 24 können aus Gründen einer besonderen Ausbildung des Arbeitsspaltes abgeschrägt 23-2, 24-2 sein.

[0015] Fig. 3 zeigt eine Schnittdarstellung gemäß der Schnitt­ebene A-A in Fig. 2 zur Darstellung des Magnetflußver­laufes in der Magnetjochstruktur und dem Schwenkanker.

[0016] In dieser Fig. 3 sind die Magnetflußlinien 30 durch dünnere ausgezogene Linien dargestellt. Je dichter diese Linien verlaufen, umso dichter ist der Magnet­fluß. Die Schnittdarstellung zeigt einen Moment, in dem der Anker 22-3 bereits zum Teil in den Arbeits­spalt 27 hineingezogen wurde. Die in einer ersten Phase des Hineinziehens in den Arbeitsspalt auftreten­den Kräfte sind in erster Linie durch die anziehenden Kräfte zwischen den Seitenflächen 22-4 und 22-5 des Schwenkankers 22-3 und den Polflächen 23-1 und 24-1 (zwischen denen sich der Arbeitsspalt ausbildet) bestimmt. Dieses Prinzip eines elektromagnetischen Antriebes ist aus der eingangs bereits erwähnten europäischen Patentanmeldung 80 103 387.9 bekannt.

[0017] Wird der Schwenkanker 22-3 weiter in den Arbeitsspalt hineingezogen, so wird er in zunehmendem Maße von der Polfläche 21-3 des Mittelschenkels 21-2 angezogen. Diese Art der Anziehung zwischen einem Schwenkanker und dem Joch eines Elektromagneten ist allgemein be­kannt (z. B. Druckhammerantriebe der bekannten Systeme IBM 1403). Bei diesen bekannten Systemen verlaufen jedoch die Ebenen des Magnetflusses anders (z. B. in der Schwenkebene) als in der erfindungsgemäßen Anordnung.

[0018] Im übrigen entsprechen die Bezugszeichen der Fig. 3 denen der in Fig. 2 verwendeten.

[0019] Die erfindungsgemäße Anordnung vereinigt die Vorteile einer elektromagnetischen Betätigungsvorrichtung nach der europäischen Patentanmeldung 80 103 387.9 und üblichen bekannten Schwenkankersystemen.

[0020] Die Fign. 4A bis 4E zeigen ausschnittsweise Schnitt­darstellungen in Analogie zu Fig. 3 mit verschiedenen Querschnittsformen für den Schwenkanker und die Magnetjochstruktur.

[0021] Der Magnetlinienverlauf im Joch, im Arbeitsspalt und in der Jochumgebung ist durch ausgezogene Linien ge­kennzeichnet. Je dichter diese Linien verlaufen, um so größer ist die Magnetflußdichte. Durch besondere Gestaltung des Schwenkankerquerschnittes und auch durch Abschrägung von freien Jochschenkelenden können besondere Magnetflußverläufe erzielt werden, welche spezifische Vorteile aufweisen;

Fig. 4A Schwenkanker und Jochschenkelenden mit innen abgeschrägten Kanten
Vorteil: geringe Seitenkräfte bei asymme­trischer Lage des Schwenkankers im Arbeitsspalt (besonders am Ende des Beschleunigungshubs);

Fig. 4B T-förmiger Schwenkanker und äußere Joch­schenkelenden mit innen abgeschrägten Kanten
Vorteil: hohe Energie bei kurzem Hub;

Fig. 4C Schwenkanker mit rechteckförmigem Querschnitt
Vorteil: einfache Herstellung, geringe Anker­masse;

Fig. 4D Schwenkanker mit -förmigem Querschnitt
Vorteil: hohe Startbeschleunigung;

Fig. 4E Schwenkanker mit (umgekehrt) U-förmigem Querschnitt
Vorteil: hohe Startbeschleunigung bei geringeren Seitenkräften als bei der Auführung gemäß Fig. 4D.

Ansprüche

1. Elektromagnetische Betätigungsvorrichtung für Schalt-, Hub- oder Stoßvorgänge mit einem Schwenkanker (1) und einem Elektromagneten (2), bestehend aus einer Erregerspule (3) und einer magnetisierbaren Jochstruktur (4), wobei der Schwenkanker bei Erregung des Elektromagneten von den Jochstruktur angezogen wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Bewegungsebene (1A) des Schwenkankers (1) senkrecht zur Ebene (4A) des Magnetflusses (4B) der Jochstruktur (4) des Elektromagneten verläuft,
daß die Jochstruktur in der Magnetflußebene (4A) gesehen einen E-förmig ähnlichen Querschnitt mit zwei äußeren (5, 6), einem mittleren Schenkel (7) und einer allen Schenkeln gemeinsamen Basis (8) aufweist, wobei die Polfläche (7A) des von der Erregerspule (3) umfaßten mittleren Schenkels (7) dem Schwenkanker (1) zugewandt ist, und die freien Enden der äußeren Schenkel in Richtung zueinander derart abgewinkelt sind,
daß zwischen ihren Polflächen (5A, 6A) ein magne­tischer Arbeitsspalt (9) gebildet wird, außerhalb oder innerhalb dessen die Polfläche (7A) des mitt­leren Schenkels (7) liegt,
daß bei Erregung des Elektromagneten (2) der Schwenkanker (1) in den Arbeitsspalt (9) in an sich bekannter Weise durch die zwischen seinen Polflächen (5A, 6A) und dem Schwenkanker auf­tretenden Kräfte hineingezogen
und daß dabei der Schwenkanker (1) in zunehmendem Maße von der Polfläche (7A) des Mittelschenkels (7) angezogen wird, wobei der Magnetfluß des Mittelschenkels im wesentlichen hälftig über den Schwenkanker (1) zu jeweils einer Polfläche (5A, 6A) des Arbeitsspaltes (9) verläuft,
und daß die Länge des Schwenkankers (1) zwischen seiner Schwenkachse (10) und dem Arbeitsspalt (9) mehr als das Doppelte der Breite des Schwenkankers (1) zwischen den Polflächen (5A, 6A) des Arbeits­spaltes (9) beträgt.

2. Anordnung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Jochstruktur (4) symmetrisch zur mittig durch den Mittelschenkel (7), verlaufenden Bewe­gungsebene (1A) des Schwenkankers (1) angeordnet ist.

3. Anordnung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Breite (B) der Polfläche (7A) des Mittel­schenkels (7) im wesentlichen der Hälfte des Abstandes (C) der den Arbeitsspalt (9) bildenden Polflächen (5A, 6A) der Außenschenkel (5, 6) beträgt.

4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet,
daß der Schwenkung des Schwenkankers (22) eine Blattfederlagerung (22-2) dient.

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 - 4, dadurch gekennzeichnet,
daß der Schwenkanker (22-3, 22-5, 22-6, 22-9, 22-8) in der Ebene (4A) des Magnetflusses (30) einen rechteckigen Querschnitt, einen gedachten rechteckigen Querschnitt mit abgeschrägten Kanten, einen T-förmigen, einen U-förmigen oder einen -förmigen Querschnitt aufweist.

6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 - 5, gekennzeichnet durch ihre Anwendung für Anschlag­drucker.

Zeichnung