DE2630931A1

DE2630931A1 - Elektromagnetischer schnellschreibkopf

Info

Publication number: DE2630931A1
Application number: DE19762630931
Authority: DE
Inventors: Jun James E Bellinger; John H Macneill
Original assignee: Florida Data Corp
Current assignee: Florida Data Corp
Priority date: 1975-10-10
Filing date: 1976-07-09
Publication date: 1977-07-21
Also published as: DK309476A; FR2327099B1; DE2630931C3; GB1561398A; FR2327099A1; GB1561397A; JPS5249119A; US4136978A; CH599858A5; SE7606042L; DE2630931B2; NL7607826A; JPS5646989B2

Description

Die Erfindung betrifft einen Punktmatrix-Schreibkopf und insbesondere einen Schreibkopf oder Druckkopf mit einem in etwa kreisförmigen Feld von Kompensationsspulen-Stiftantriebselementen, die in der Lage sind, looo und mehr Zeichen pro Sekunde zu drucken. Die Erfindung betrifft ein Stiftdruckwerk mit einer Vielzahl von Stiftantriebselementen.

Die Verwendung von Kompensationsspulen-Stiftantriebselementen in Schreibköpfen ist im Stand der Technik bekannt« Eine solche Anordnung wird gegenwärtig im Printronix 3oo Punktmatrix-Drucker verwendet und ist bereits bei Zeichendrucken verwendet worden.

Bei den bekannten Kompensationsspulendruckern treten Probleme auf, wenn eine erhebliche Erhöhung der Operationsbzw. Arbeitsgeschwindigkeit der Antriebselemente über die Geschwindigkeit hinaus gewünscht ist/ die solche Vorrichtungen gegenwärtig haben. So erzeugen beispielsweise die

Dr.K./H.

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in den bekannten Vorrichtungen verwendeten Permanentmagnete keine ausreichende Flußdichte, um einen Betrieb bei Geschwindigkeiten zu gestatten, die von der vorliegenden Erfindung angestrebt werden, und wenn Magnete ausreichender Stärke eingesetzt werden, wird das Gewicht erhöht und wird der Streufluß so groß, daß eine exakte Arbeitsweise nicht möglich ist.

Ferner macht eine Erhöhung der Stärke des Permanentmagneten eine erhebliche Erhöhung der Kompensationsspulenstärke erforderlich, wodurch sich ernste Probleme hinsichtlich der Wärmeabstrahlung bzw. -abfuhr und Störungen (crosstalk) zwischen benachbarten Antriebselementen ergeben. Außerdem ist die gesamte mechanische Konstruktion der bekannten Vorrichtungen so, daß sich bei hohen Arbeitsgeschwindigkeiten ernste Trägheitsprobleme ergeben und Schwing-, Biege- und Schlagvorgänge an den verschiedenen Elementen auftreten; all diese Erscheinungen machen wenigstens einen großen Anstieg an Energie notwendig, um die Vorrichtungen zu betätigen, und verhindern im schlimmsten Falle den Betrieb oder reduzieren die Lebensdauer des Gerätes erheblich.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, einen Drucker anzugeben, der die Nachteile der bekannten Drucker vermeidet.

Diese Aufgabe wird bei einem Stiftdruckwerk mit einer Vielzahl von Stiftantriebselementen dadurch gelöst, daß jedes Antriebselement einen Arm aufweist mit einem ersten Ende, an dem ein-Stift im wesentlichen senkrecht zum Arm

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gehalten ist, und mit einem zweiten Ende, daß eine Einrichtung zur schwenkbaren Halterung des zweiten Endes des Armes vorgesehen ist, daß ein Körper aus magnetischem Material vorgesehen ist, der am zweiten Ende des Armes angeordnet ist, und ferner eine magnetische Anordnung mit einem Permanentmagneten und einem Elektromagneten, der ein Polstück aufweist, wobei die magnetische Anordnung unter einem Winkel zu dem Arm angeordnet ist, und diesen Arm lediglich im Bereich des Körpers aus dem magnetischen Material überschneidet, und wobei der Körper aus dem magnetischen Material benachbart zum Polstück angeordnet ist und den Anker bildet.

Erfindungsgemäß ist ein Druckstift einer jeden Antriebsstufe an einem Ende eines starren Armes leichten Gewichtes und senkrecht dazu angeordnet, wobei sich der Arm in etwa radial bezüglich eines etwa kreisförmigen Feldes solcher Stufen erstreckt. Der Arm wird an seinem anderen Ende durch gekreuzte horizontale und vertikale Biegeteile getragen, die eine virtuelle Schwenkachse bilden, die virtuell in einer bestimmten zu beschreibenden Ebene liegt.

Jede Druckstufe weist einen getrennten magnetischen Kreis auf mit einem Permanentmagneten und einem Elektromagneten, die in einer Ebene liegen, die den Arm an einer Stelle kreuzt zwischen den Enden des Armes in der Nähe der BiegehaLterung. An dieser Stelle hat der Arm einen Weicheiseneinsatz, der oberhalb des Poles des Elektro-

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magneten angeordnet ist und als dessen Anker dient.

Die von den Biegeteilen gebildete virtuelle Schwenkachse ist so nahe als möglich an der Stirnfläche des Poles des Elektromagneten angeordnet. Die Biegeteile sind vorgespannt, um so den Arm vom Pol des Elektromagneten wegzudrücken, d.h. in eine Richtung auf die Druckwalze bzw. das Druckteil des Printers zu, dem der Schreibkopf zugeordnet ist.

Die als Ergebnis des Hochgeschwindigkeitsbetriebs der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung erzeugten Kräfte sind sehr groß, so daß die Stirnfläche des Poles des Elektromagneten schnell erodiert, wenn irgendeine Bewegung des Ankers über die Fläche des Poles zulässig ist. Durch Anordnung der virtuellen Schwenkachse des Armes so nahe an der Ebene der Polfläche als praktikabel wird eine um einige Tausendstel geringere Lebensdauer des Poles erreicht.

Von Natur aus sichert eine solche Konstruktion im wesentlichen die reine Stoßaufladung zwischen dem Anker und dem Pol, um so die Schleifwirkung auf ein Minimum herabzudrücken und den Rückprall des Armes dadurch auf ein Maximum zu bringen, um Energie für den nächsten Druckzyklus zu schaffen; dies ist ein wünschenswertes Merkmal für Hochgeschwindigkeitsbetrieb.

Um den Vorteil des Hochgeschwindigkeitsbetriebes des Druck- bzw. Schreibkopfes gemäß der vorliegenden Er-

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findung in einem Drucker auszunutzen, in dem der Schreibkopf parallel zur Oberfläche der Druckwalze des Druckers bewegt wird, muß das Gewicht des Schreib- oder Druckkopfes so niedrig gehalten werden, daß dieser schnell bewegt werden kann, ohne daß eine unwirtschaftliche große Energiezufuhr zum Transport des Kopfes notwendig wird. Einen großen Teil des Gewichtes des Schreibkopfes macht die magnetische Anordnung aus. Um das Gewicht des Schreibkopfes in vernünftigen Grenzen halten zu können, muß optimaler Gebrauch vom Magnetfluß gemacht werden, der vom Permanentmagneten zur Verfügung gestellt wird. Dieses Ergebnis wird gemäß der vorliegenden Erfindung dadurch erzielt, daß im wesentlichen sämtliche Teile des magnetischen Kreises verschiedener Polaritäten rechtwinklig zueinander angeordnet sind, so daß sie schnell divergieren bei entsprechendem schnellen Anstieg der Reluctanz des Nebenschlußweges. Außerdem ist jeder Pol des Permanentmagneten wirksam von den magnetischen Kraftlinien entgegengesetzter Polarität unmittelbar am Permanentmagneten isoliert mit Hilfe von Mitteln, die nachfolgend beschrieben werden sollen.

Die oben beschriebenen Maßnahmen gestatten nicht nur die Herstellung eines Schreibkopfes relativ geringen Gewichtes, sie tragen in großem Ausmaß dazu bei, eine Vorrichtung zu konstruieren, die in der Lage ist, bei den gewünschten hohen Druckgeschwindigkeiten zu arbeiten.

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Der Permanentmagnet muß stark genug sein, den Anker nach einem Druckzyklus einzufangen. Wenn der Streufluß nicht auf ein Minimum herabgedrückt würde, ist es höchst wahrscheinlich, daß kein ausreichender Kraftfluß im Luftspalt zwischen dem Anker und dem Pol des Elektromagneten konzentriert werden kann, unabhängig von der Größe des Permanentmagneten, innerhalb praktischer Grenzen natürlich, um das Zurückholen zu bewerkstelligen.

Aus der Notwendigkeit, eine große Kraftflußkonzentration über den Luftspalt zum Zurückholen des Ankers zu haben, ergibt sich, daß der Elektromagnet, der erforderlich ist, um diesem Kraftfluß entgegenzuwirken, große Ströme erforderlich macht, und Störungen (crosstalk) zwischen den Antriebselementen des Schreibkopfes werden zu einem ernsten Problem. Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Störung (cross-talk) in dirigierbarer Höhe gehalten werden durch Verwendung der vorgenannten Konstruktion, bei der der magnetische Kreis von der Armkonstruktion abgesetzt ist und die beiden lediglich oberhalb des Poles des Elektromagneten einander überschneiden. Wie aus der detaillierten Beschreibung der Erfindung klarwerden wird, sichert eine solche Anordnung, daß dort, wo magnetische Kreise benachbarter Antriebselemente einander in einer ersten Ebene äußerst nahekommen, diese in einer zu der ersten Ebene senkrechten Ebene abgesetzt angeordnet sind. Die vorgesehene physikalische Isolierung

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reicht aus, um Störungen in akzeptablen Grenzen zu halten.

Ein bedeutendes Merkmal der vorliegenden Erfindung besteht in der Fähigkeit^ der Druckfläche einen sehr großen Anteil der Energie zuzuführen, die auf den Arm beim Lösen vom Pol des Elektromagneten ausgeübt worden ist. Diese Möglichkeit ergibt sich aus mehreren Faktoren : Wegen der Kompaktheit der Anordnung ist es möglich, Stifte zu verwenden, deren Länge geringer ist als die kritische Euler'sehe Länge, so daß sich die Stifte nicht knicken noch sich krümmen; die Verwendung einer senkrechten Biegung, um einen Stoß des Stiftes durch Herunterbewegen des Endes des Armes zu verhindern, das entfernt vom Stift angeordnet ist, und die Verwendung einer hohlen Schiene, die aus zwei hohlen C-förmigen Teilen gebildet ist, wodurch ein Biegen der Schiene auf ein Minimum herabgesetzt wird. Das erste Merkmal bzw. die erste Maßnahme sichert, daß nur ein geringer Teil der Energie, die der Arm-Stift-Anordnung zugeführt wird, durch Stauchung oder Knickung des Stiftes verlorengeht, während die beiden letzten Merkmale bzw. Maßnahmen sichern, daß nur ein geringer Teil der Energie, die dem Stift zugeführt wird, durch das Biegen des Armes oder das Herabbewegen des Endes des Armes, das vom Stift entfernt angeordnet ist, verlorengeht.

Die Verwendung gekreuzter horizontaler und vertikaler Biegeteile reduziert in größtem Maße eine seitliche Bewegung und Rotationsbewegung der Schiene und die Länge der

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Zeit des Kontaktes zwischen dem Stift und der Druckoberfläche relativ zu solchen Faktoren oder Größen, wenn eine einzige Blattfeder verwendet wird.

Die Erfindung bezweckt die Schaffung eines Kompensationsspulen-Punktmatrixdruckers noher Geschwindigkeit. Sie bezweckt ferner die Schaffung sich kreuzender in etwa horizontal und vertikal angeordneter Biegeteile zur Halterung von Stifthaltearmen eines Druckwerkes.

Ferner ist gemäß der Erfindung bezweckt und erreicht, eine Stiftantriebseinrichtung für einen Punktmatrixdrucker anzugeben, bei der der Stift von einem Arm getragen wird, der in der Nichtdruckstellung gegen den Pol eines Kompensationsspulen-Elektromagneten zurückgehalten wird, der ein Element eines magnetischen Kraftlinienweges bildet mit einem Permanentmagneten, und bei dem dieser magnetische Weg die Schiene lediglich am Pol des Elektromagneten schneidet.

Gemäß einem weiteren Merkmal der vorliegenden Erfindung ist ein Punktmatrix-Schreibkopf geschaffen, der eine Vielzahl von Stiftantriebselementen aufweist, die in etwa konzentrisch zum Zentrum des Schreibkopfes angeordnet sind, wobei jedes Antriebselement einen Stifttragarm aufweist, der in etwa entlang eines Radius der konzentrischen Anordnung der Antriebselemente liegt, und einen magnetischen Kreis, der in einer Ebene angeordnet ist, die den Tragarm zwischen dessen Ende und in der

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Nähe des Endes des Armes, der entfernt vom Stift angeordnet ist, schneidet.

Gemäß einem weiteren Merkmal der vorliegenden Erfindung wird ein magnetischer Weg für einen Punktmatrixdrucker hoher Geschwindigkeit geschaffen, in dem ein Permanentmagnet und ein Kompensationsspulen-Elektromagnet angeordnet sind, in dem der Streufluß auf ein Minimum herabgesetzt wird, indem dafür gesorgt wird, daß relativ lange parallele Teile des magnetischen Weges die gleiche magnetische Polarität aufweisen und Teile verschiedener magnetischer Polaritäten unter großen Winkeln relativ zueinander angeordnet sind.

Die Erfindung soll nun anhand der beigefügten Zeichnung, in der Ausführungsbeispiele dargestellt sind, näher erläutert werden.

Es sind

Fig. 1 eine schematische Draufsicht auf einen Schreibkopf der vorliegenden Erfindung,

Fig. 2 ein Querschnitt, genommen entlang 2-2 nach Fig. 1,

Fig. 3 eine vergrößerte detaillierte Draufsicht auf den Bereich, der in der Fig. 1 mit einer strichpunktierten Linie umgeben ist,

Fig. 4 ein Querschnitt, genommen entlang der Linie 4-4 nach Fig. 3,

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Fig. 5 eine perspektivische Ansicht der

Konstruktion des oberen Teiles des magnetischen Weges und der Biege-Anker-Tragplatte,

Fig. 6 eine perspektivische Ansicht des Armes, der Biegekonstruktion und der Biegehalterung_f

Fig. 7 eine perspektivische Ansicht des

Schienenteiles des Stift-Tragarmes und

Fig. 8 ein Querschnitt durch die Konstruktion des magnetischen Kreises, genommen entlang der Linie 8-8 nach Fig. 1.

Die Ausdrücke "vertikal", "horizontal", "obere Platte", "Bodenplatte" und ähnliche Ausdrücke werden hier lediglich aus Gründen der vereinfachten Beschreibung verwendet und sollen nicht beschränkend gemeint sein. In der Tat ist es so, daß die Lage des Schreibkopfes auf seinem Schlitten

Elemente derart ist, daß vertikale Elemente horizontale¹· und obere Platten und Bodenplatten Seitenplatten werden. Ferner, obgleich in der gesamten Beschreibung die Biegeteile als in der horizontalen und vertikalen Ebene liegend beschrieben werden, müssen hinsichtlich dieser Anordnung zwei Aspekte betrachtet werden. Erstens stellen sich kreuzende Biegeteile, die im wesentlichen unter rechten Winkeln zu-

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einander liegen unabhängig von der Ebene, in der sie angeordnet sind, einige der Merkmale dar, die für die spezifische Anordnung, die hier beschrieben wird, beansprucht sind. In diesem Zusammenhang soll Bezug genommen werden auf die US-Patentanmeldung Serial No. 529 544. Die Verwendung horizontaler und vertikaler Biegeteile ist vorzugsweise bei der vorliegenden Erfindung zurückzuführen auf die Betrachtungen hinsichtlich Raumbedarf und Verringerung der Abnutzung bzw. des Verschleißes des Polstückes, was sich ergibt aus der Verwendung des horizontalen Biegeteiles. Zweitens sind Abweichungen von der genauen horizontalen und vertikalen Ausrichtung und der 90 Grad-Ausrichtung der Biegeteile relativ zueinander auch zulässig mit der sich daraus ergebenden Reduzierung einiger der Vorteile, die erhalten werden durch präzise Ausrichtung in diesen Ebenen, wobei diese Reduzierung im allgemeinen eine Funktion des Ausmaßes dar Abweichungen ist.

Es soll nun Bezug genommen "werden auf die Fig. 1 der beigefügten Zeichnungen, in der eine Draufsicht dargestellt ist, wobei die obere Platte von einem Schreibkopf entfernt worden ist, der gemäß der vorliegenden Erfindung konstruiert ist. Der Kopf weist, wie angezeigt, 7 Stiftantriebselemente 1 auf, die in der Lage sind, einen Schriftsatz 7x5 oder 7 χ 7 zu drucken. Schriftsätze von 8x7 oder 9x7 zum Drucken von Groß- und Kleinbuchstaben können ebenfalls verwendet werden. Der 7 χ 7 - Drucksatz wurde verwendet zum Drucken von looo Zeichen pro Sekunde und

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entsprechend dieses Drucksatzes können alle vertikalen Stellen gedruckt werden oder werden gedruckt, wann immer gefordert, während in der horizontalen Richtung der Zeichen zwei benachbarte Punkte nicht von dem jeweiligen Stift gedruckt werden; das heißt, es wird nicht mehr als jede zweite Punktstelle durch einen bestimmten Stift in irgendeiner Zeichendarstellung gedruckt. Daraus ergibt sich, daß jeder Stift in der Lage sein muß, mit 45oo Hz zu arbeiten, um eine Druckgeschwindigkeit von looo Zeichen pro Sekunde zu erzielen.

Der in der Fig. 1 dargestellte Kopf wird von einem Druckwerk-Schlitten (nicht dargestellt) getragen, um beispielsweise eine Zeile aus wenigstens bis zu 132 Zeichen zu erzeugen.

Es sei wiederum speziell auf Fig. 1 Bezug genommen; die Stiftantriebselemente 1 sind etwa kreisförmig um einen Mittelpunkt des Gerätes angeordnet, das allgemein mit der Bezugsziffer 2 versehen ist. Echte Konzentrizität wird nicht erhalten, da die Stifte grundsätzlich zeilenweise angeordnet sein müssen, so daß ein geringer Versatz der Antriebselemente in der senkrechten Position, wie in der Fig. 1 dargestellt ist, erforderlich ist, um den Stiftversatz minimal zu machen.

Die Stifte, die allgemein mit der Bezugsziffer 3 bezeichnet sind, werden von einem Ende in etwa radial angeordneter Arme 4 getragen, die schwenkbar an einem

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Halteblock 6 angeordnet sind, der in der Nähe der
äußeren Peripherie des Gerätes liegt. Jeder Arm 4
erstreckt sich über das Zentrum eines Polstückes 7
eines Elektromagneten, der allgemein mit der Bezugsziffer 8 bezeichnet ist, und wird intervallweise gegen
das Polstück 7 aufgrund des von einem Permanentmagneten erzeugten Kraftflusses zurückgehalten, wenn der Elektromagnet 8 nicht erregt ist.

Die Schwenkkonstruktion des Armes ist, wie nachfolgend genauer beschrieben wird, eine mittels Feder
vorgespannte Anordnung, die den Arm 4 vom Polstück 7 des Elektromagneten 8 wegdrückt gegen eine Druckfläche. Wenn der Elektromagnet gespeist wird, wird der vom Permanentmagneten 9 erzeugte Kraftfluß neutralisiert und der Stift wird mit Hilfe der Federanordnung, auf die oben hingewiesen worden ist, aus der Ebene des Blattes in Richtung auf den Leser gedrückt. Wenn der Elektromagnet entregt
wird, wird der Arm 4 wieder mit Hilfe des durch den Permanentmagneten 9 erzeugten Kraftflusses eingefangen und
gegen die Fläche des Poles 7 zurückgezogen.

Es soll nun Bezug genommen werden auf die Fig. 2 bis Das Gerät ist versehen mit einer oberen Platte 11 und Bodenplatte 12, zwischen denen sämtliche Elemente des Gerätes angeordnet sind. Der Arm 4 umfaßt eine Schiene 13 und
einen Block aus magnetischem Material, der einen Anker des Elektromagneten 8 bildet. Der Anker 14 ist bezüglich des Polstückes 7 des Elektromagneten zentriert und wird

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getragen von einem Biegeteil (Feder), wie in den Fig. 2, 3, 4 und 6 gezeigt ist.

Die Bodenfläche des Ankers 14 weist, wie man den Fig. 4 und 6 entnehmen kann, eine Stufe 16 auf, zur Aufnahme eines Kreuzteiles 15 eines gabelförmigen horizontalen Biegeträgers 17. Beine 18 des gabel·förmigen Trägers 17 gehen vom Kreuzteil· 15 ab und erstrecken sich entlang gegenüberiiegender Seiten des Ankers 14 und befinden sich in Kontakt mit diesem. Der gegabelte Träger 17 ist am Anker durch geeignete Maßnahmen, beispielsweise Hartiöten, Silberverlötung usw. befestigt. Ein gabeiförmiger horizontal·er Biegeteil· 19 ist mit seinen Beinen 2o an der Unterseite des Kreuzteiies 15 des gabel·förmigen Teiies mit Hilfe geeigneter Mittel befestigt und sein Bodenteil 25 ist an einem Absatz oder Schlitz 21 des Halteb^cks 6 befestigt.

Der Anker 14 weist eine weitere Stufe 22 auf, die im Anker ausgebiidet ist, um eine fiache nach ^nks gerichtete Veriängerung 23 zu biiden, wie man den Fig. 3, 4 und 6 entnehmen kann, und um eine fiache senkrechte Fläche 24 zu bilden, an der ein senkrechter Biegeteil· befestigt ist. Der senkrechte Biegeteil· 26 ve^äuft abwärts zwischen den Beinen 2o des gabeiförmigen horizontal·en Biegeteiies 19. Der senkrechte Biegeteil 26 ist an einer senkrechten Fläche 27 eines sich nach rechts erstreckenden Vorsprunges 28 des Haiteblockes 6 befestigt, wie man der Fig. 6 entnehmen kann.

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Der Halteblock 6 ist an der Unterseite einer Platte 29, wie man der Fig. 5 entnehmen kann, befestigt, die auf geeignete Art und Weise an einer Fläche eines Wandoder Wangenstückes 31 befestigt ist; das letztere bildet den oberen Kreuzteil des Magnetkrexses des Gerätes.

Das Wangenstück 31 ist geschlitzt, um ein horizontales Kreuzstück 32 und zwei Beine 33 und 34 zu bilden, die entlang gegenüberliegender Seiten des Ankers 14 und in unmittelbarer Nähe zu diesem Anker angeordnet sind; dieser Teil des Wangenstückes 31 dient dazu, den Kraftfluß vom Magnetkreis zum Anker zu übertragen. Die Beine und 34 sind bezüglich der Mittellinie des Ankers 14 und damit des Armes 4 zentriert.

Es soll nun Bezug genommen werden auf die Fig. 8 der beigefügten Zeichnung. Der Magnetkreis oder -weg des Gerätes gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt das Wangenstück 31, ein zylindrisches Distanzstück 36 aus magnetischem Material, den zylindrischen Permanentmagneten 9, ein relativ langes zylindrisches Bein 38; die Teile 36, 37 und 38 sind abwärts in Reihe, wie in der Fig. 8 zu sehen ist, angeordnet. Der Kreis wird vervollständigt durch ein Kreuzteil 39 aus magnetischem Material, das senkrecht zum Bein 38 und zum zylindrischen Pol 7 des Elektromagneten 8 angeordnet ist; der Pol 7 erstreckt sich in das Kreuzteil 39, ist an diesem befestigt und verläuft senkrecht dazu. Die Polspitze 41 ist verjüngt

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oder verläuft konisch, um auf diese Weise eine Ausdehnung zu haben, die ein wenig geringer ist als die des Ankers 14, wie in der Fig. 3 der beigefügten Zeichnung angedeutet ist. Eine Spule 42 ist um den Pol 7 herum angeordnet und auf geeignete Art und Weise relativ dazu in der richtigen Position gehalten.

Indem nun Bezug genommen wird auf die spezifischen Einzelheiten der verschiedenen Teile des Gerätes, sei vermerkt, daß der einzige Kraftfluß, der im Magnetkreis oder der Magnetanordnung erzeugt wird, wenn der Elektromagnet nicht erregt ist, der vom Permanentmagneten 9 erzeugte Kraftfluß ist. Der Anker 14 wird zur Polspitze gezogen und der einzige Luftspalt in dem Kreis liegt zwischen dem Anker 14 und dem Kreuzteil 32 und den Beinen 33 und 34 des Wangenstückes 31. Der Permanentmagnet 9 muß sehr stark sein, und es ist zweckmäßig, bei der dargestellten Anordnung einen magnetischen Fluß bündelnden Kobaltmagneten zu verwenden. Es kann Alnico 8 oder 9 verwendet werden, wenn er sich im wesentlichen vom Wangenstück 31 bis zum Kreuzteil 39 erstreckt.

Die erforderliche Größe der Spule 42 zur Überwindung des magnetischen Flusses am geschlossenen Spalt zwischen dem Anker 14 und der verjüngten Polschuhspitze 41 macht relativ lange parallele Magnetwege zwischen den Teilen und 38 des Magnetkreises erforderlich, um die Spule 42 anzupassen. Der Streufluß zwischen den Teilen 7 und 38

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wird minimal gehalten, indem der Permanentmagnet 9 relativ nahe am Wangenstück 31 angeordnet wird, so daß die Teile 7 und 38 etwa die gleiche magnetische Polarität aufweisen und Streufluß zwischen ihnen nicht auftritt.

Es sei außerdem vermerkt, daß die Teile 36 und 38, dort wo sie sich dem Permanentmagneten 9 nähern, nach außen erweitert sind, jedoch im Durchmesser nicht so groß sind wie der Permanentmagnet 9. Die erweiterten Abschnitte der Teile 36 und 38 sind derart gestaltet, daß sie einen Weg niedriger Reluctanz für den magnetischen Fluß vom Magnet 9 darstellen und groß genug sind, so daß diese Teile magnetisch nicht gesättigt sind. Als Folge wird der magnetische Fluß von jedem der Polschuhe leicht zu seinem benachbarten Teil geleitet und wird Streufluß um die Kante des Magneten herum minimal gehalten. Weiterhin ergibt sich, daß die untere Kante des Permanentmagneten durch das Teil 36 im Abstand zum Wangenstück 31 angeordnet ist, wiederum um Streufluß von der unteren Fläche des Magneten 37 zum Wangenstück minimal zu machen. Der Teil 36 und der Polschuh 7 weisen unterschiedliche Polaritäten auf; jedoch bewirkt die große Querschnittsfläche des Wangenstückes 31, daß ein wesentlicher Teil des magnetischen Kraftflusses in dem Bereich in das Wangenstück geleitet wird und nicht über den Luftweg zum Pol 7 gestreut wird. Der von der unteren Kante des Permanentmagneten 9 strömende Fluß weist eine andere Polarität auf als der im Wangenstück, jedoch

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wird aufgrund der sich erweiternden Abschnitte des Teiles 38 Streufluß zum Wangenstück 31 in akzeptabler Höhe gehalten. Außerdem befinden sich das Wangenstück 31 und die Teile 7 und 38 unter rechten Winkeln zueinander anstatt daß sie parallel zueinander liegen, so daß die mittlere magnetische Reluctanz zwischen diesen Elementen groß ist. Auf diese Weise wird ein Magnetkreis hergestellt, der einen akzeptablen niedrigen Streufluß aufweist, was ein wesentliches Merkmal des Gerätes gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt.

Es sei erwähnt, daß das Wangenstück 31 und die Teile 36, 37, 38 und 39 mit Bohrungen entlang einer gemeinsamen Achse versehen sind, so daß ein Bolzen oder Stift durch diese hindurchgeführt werden kann und an jedem Ende mit Hilfe von Muttern gesichert werden kann zum Einbau der Vorrichtung zwischen den Endplatten 11 und 12.

Es soll nun Bezug genommen werden speziell auf die kreuzförmige Biegeanordnung bzw. kreuzförmige nachgiebige Anordnung unter Bezug primär auf die Fig. 4 und 6 der beigefügten Zeichnung. Die Biegeteile 19 und 26 sind vorgespannt, um den Arm 4 mittels Feder von der Polschuhspitze 41 des Polschuhes 7 weg vorzuspannen. Auf diese Weise wird der Anker 14, wenn der Elektromagnet 8 erregt wird, mit hoher Geschwindigkeit vom Polschuh weg bewegt in eine Aufwärtsrichtung, wie in den Fig. dargestellt ist, auf eine Arbeits- oder Druckfläche zu. Es sei vermerkt, daß der Stift 3 auf dem Ende des Armes 4 gehalten ist, der

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sich entfernt vom Biegeteil befindet und aufwärts gerichtet ist, wie in der Fig. 4 dargestellt ist. Da sich die Stifte zum Drucken aufwärts bewegen und da die größte Ausdehnung des Gerätes in der senkrechten Ebene unter dem Arm 4 vorhanden ist, kann der Schreibkopf im Abstand sehr nahe an der Druckfläche angeordnet sein und können die Stifte 3 sehr kurz sein. Als ein weiteres Ergebnis können die Stifte eine Länge erhalten, die geringer ist als die kritische Eulersche Länge, und die Neigung zum Knicken oder Krümmen beim Stoß auf die Druckfläche wird auf ein Minimum herabgesetzt. Bei dem dargestellten Gerät ist die von dem Stift ausgeübte Kraft ausreichend, einen Druck auf einem Original und fünf Kohledurchschlägen eines herkömmlichen Computerausgabepapieres zu erzeugen.

Angesichts der großen Kraft, die auf die Druckfläche ausgeübt werden muß, muß die Neigung des Armes 4 zum Schwingen oder Durchbiegen oder der Biegeteile zum Nachgeben minimal gemacht werden, um zu sichern, daß im wesentlichen die gesamte zur Verfügung stehende Energie dem Druckvorgang zugeleitet wird. Die Verwendung sich kreuzender Biegeteile und insbesondere eines im wesentlichen senkrechten Biegeteiles 26 ist hinsichtlich dieses letzten Merkmales kritisch. Der senkrechte Biegeteil, der ein relativ steifes Teil darstellt, setzt der Neigung des linken Endes des Armes 4, wie in der Fig. 4 zu sehen ist, sich beim Stoß des Stiftes auf die Druckfläche nach

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unten zu bewegen, Widerstand entgegen. Die gekreuzten Biegeteile und insbesondere der senkrechte Biegeteil wirken der Neigung des Armes 4 entgegen, um seine Längsachse zu rotieren, und dem Durchbiegen des Armes wird entgegengewirkt durch die bevorzugte Anordnung der Schiene 13, wie in der Fig. 7 der beigefügten Zeichnung dargestellt ist.

Es soll nun speziell Bezug genommen werden auf die Fig. 7, in der die Schiene 13 dargestellt ist, die vorzugsweise, obgleich nicht notwendigerweise, aus zwei C-förmigen Teilen 43 und 44 hergestellt ist. Die C-förmigen Teile sind quadratische C-Profile identischer Größe und verjüngen sich einwärts entlang den Seiten und aufwärts von der Bodenfläche, die sich von dem Anker 14 fortsetzt. Die horizontalen Beine der C-förmigen Teile sind überlappt und verlötet, um so eine zusätzliche Stärke an der oberen Fläche und Bodenfläche zu erhalten, um so dem Durchbiegen der Schiene 13 in der vertikalen Ebene entgegenzuwirken und ferner einem Schwingen der Schiene entgegenzuwirken. Die Seitenflächen sind von einer einzigen Dicke, da sie nicht den gleichen Biegekräften ausgesetzt sind wie die oberen und unteren Flächen der Schiene.

Die Biegeanordnung, insbesondere die Anordnung des horizontalen Biegeteiles 19, ist kritisch und die Mittellinie des horizontalen Biegeteiles 19 sollte so nahe als möglich an der Stirnfläche der Polschuhspitze 41 liegen.

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Die Stärke des Biegeteiles verhindert selbstverständlich, daß die Mittellinie des horizontalen Biegeteiles in der Ebene der Fläche der Polschuhspitze liegt. Die Bodenfläche des Biegeteiles kann, wobei Bezug genommen wird auf die Fig. 4, an der nicht genuteten Bodenfläche des Ankers 14 anliegen oder kann leicht vertieft in der Nut, wie dargestellt, angeordnet sein. Die Verrückung der Mittellinie des Biegeteiles 19 sollte so gering als möglich sein/ so daß eine so geringe Translationsbewegung als möglich erzeugt wird, wenn der Anker 14 gegen das Ende der Polschuhspitze 41 stößt. Die Schleifbewegung, die durch die Translationsbewegung erzeugt wird, wenn bei den Geschwindigkeiten gearbeitet wird, die vorliegend beabsichtigt sind, bewirkt eine schnelle Erodierung c?r Endflächen der Polschuhspitze 41 und muß daher minimal gehalten werden. Eine Polschuhspitze mit einem sich verjüngenden Ende kann nur dann verwendet werden, wenn eine solche Anordnung verwendet wird; die Verjüngung der Polschuhspitze ist von besonderer Bedeutung hinsichtlich der genauen Konzentrierung des magnetischen Flusses in dem Spalt zwischen dem Polstück und dem Anker, wenn der Anker ausgelöst bzw. freigegeben worden ist und es beabsichtigt ist, ihn wieder einzufangen. Die große Konzentrierung des magnetischen Flusses in diesem Bereich in Verbindung mit dem Rückprall des Stiftes und des Armes nach der Stoßbewegung auf die Druckfläche ist wesentlich

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für das schnelle Einfangen des Ankers durch den Pol 7.
Wenn die Polschuhspitze nicht verjüngt werden kann oder wenn das Durchbiegen und Schwingen der Schiene und die
Knick- und Biegebewegung des Stiftes 3 nicht minimal
gehalten werden können/ kann die hohe Arbeitsgeschwindigkeit der vorliegenden Vorrichtung nicht erreicht werden. Es soll nun Bezug genommen werden auf die Fig. 1 und Ein weiteres Merkmal der vorliegenden Erfindung ergibt sich aus der Tatsache, daß die Armkonstruktion und die magnetische Konstruktion sich lediglich im Bereich des Ankers überschneiden. Dies ist ein besonders wichtiges Merkmal
der vorliegenden Erfindung, da in solchen eng bepackten
Räumen, in denen relativ hohe Ströme der Spule zugeführt werden müssen, um die notwendige Aufhebung einer starken Flußkonzentration im Zwischenraum zwischen dem Pol 7 und dem Anker 14 zu erhalten, Störungen (cross-talk) zwischen Magnetkreisen benachbarter Antriebselemente ernste Probleme dar/r Durch Anordnung der Magnetstrukturen unter einem Winkel zu der Armkonstruktion und durch Herstellung sämtlicher Teile der Vorrichtung mit Ausnahme des spezifischen magnetischen Kreises aus nicht magnetischen Materialien, können Störungen und Streuverluste auf ein akzeptables Niveau reduziert werden. Die Anordnung des
magnetischen Kreises abgesetzt von einer Seite der Achse des Armes 4 bewirkt, daß magnetische Kreise benachbarter Antriebselemente einander lediglich in einem Bereich nahe einer Kante des Wangenstückes 31 und des Permanentmag-

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neten 9 nähern, wobei Bezug genommen wird auf Fig. 1. Wie man den Fig. 4 und 8 entnehmen kann, sind das Wangenstück 31 eines Antriebselementes und der Permanentmagnet 9 eines benachbarten Antriebselementes senkrecht zueinander versetzt angeordnet; die Versetzung ist ausreichend, um Störungen auf ein akzeptables Niveau zu senken, d.h. auf ein Niveau, bei dem man festgestellt hat, daß keine Störungen zwischen den Kreisen erzeugt werden, die ausreichen würden, die Leistungsfähigkeit der Kreise zu verschlechtern.

Ein anderer Gesichtspunkt der spezifischen Anordnung.des Magnetkreises abgesetzt von einer Seite des Armes besteht darin, den Gesamtradius des Armes 4 und des Schreibkopfes zu reduzieren und dadurch das Gewicht der Anordnung und die Trägheit des Armes zu reduzieren. Um eine Anordnung schaffen zu können, die bei den beabsichtigten Geschwindigkeiten arbeiten kann, können übergroße Prallkräfte und Trägheitsmomente des Armes 4 nicht zugelassen werden, und um dies zu erreichen, ist der Schwenkpunkt des Armes 4 vorzugsweise außerhalb des Stoßpunktes zwischen dem Arm 4 und dem Pol 7 angeordnet, so daß sich der Stoßpunkt nahe dem Trägheitsradius des Armes befindet. Dies kann ohne übergroße radiale Länge bei der vorliegenden Erfindung leicht bewerkstelligt werden, indem ein Magnetkreis verwendet wird, der wie oben beschrieben angeordnet ist.

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Es besteht eine spezifische Beziehung zwischen der Verjüngung des Polstückes und der Biegungen. Die Verwendung sich verjüngender Polschuhstücke sorgt für geringere Abweichungen zwischen dem magnetischen Fluß im offenen Luftspalt und geschlossenen Luftspalt. Dieses Merkmal ist von Bedeutung, so daß für die Biegeteile geringere Federkonstanten verwendet werden können. Die Bemessungen der Vorrichtung sind nicht so kritisch bei geringeren Federkonstanten und die Wiederkehrzeit (Totzeit) des Armes wird reduziert. Ein weiteres Merkmal der gekreuzten Biegeteilanordnung, in der die Biegeteile sich unter hohen Federkräften befinden, bevor die Spule den Arm freigibt, besteht darin, daß die maximale Kraft dem Arm in seiner eingefangenen Stellung zugeführt wird, um so den Arm schnell vom Pol zu trennen. Sofort nach Freigabe des Ankers erhält der Arm eine Geschwindigkeit, die im wesentlichen konstant während seines Hubes bleibt, so daß eine beträchtliche Kraft vom Stift auf die Druckfläche über einen großen Bereich der Papierstärke und Druckwalzen- bzw. -platteneinstellung ausgeübt werden kann.

Die bezüglich der vorliegenden Erfindung vorgetragenen Merkmale sind von Bedeutung für die Herstellung eines Serien-Punktmatrixdruckers, der in der Lage ist, looo Zeichen pro Sekunde oder mehr zu verarbeiten. Abweichungen von gewissen Merkmalen dieser Merkmale können zugelassen werden ohne Reduzierung der Geschwindigkeit auf der einen Seite oder der Qualität auf der anderen Seite und in einigen

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Fällen von beiden, wenn die Geschwindigkeit nicht über looo Zeichen pro Sekunde liegt. Es kann beispielsweise eine hohle Schiene ohne verstärkte Deck- und Bodenwände verwendet werden und in einigen Fällen kann eine !-Schiene verwendet werden. Das Fortlassen anderer Merkmale kann jedoch die gesamte verfügbare Geschwindigkeit oder die Lebensdauer verringern, aber nicht die Funktionsfähigkeit der verbleibenden Merkmale. So reduziert das Weglassen der Isolierung der magnetischen und nichtmagnetischen Kreise nicht die Brauchbarkeit der horizontalen und vertikalen Biegeteile, während das Fortlassen des letzteren Merkmales nicht die Brauchbarkeit der ersteren reduziert.

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Claims

Patentansprüche

f lA Stiftdruckwerk mit einer Vielzahl von Stiftantriebselementen, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Stiftantriebselement (1) einen Arm (4) aufweist mit einem ersten Ende, an dem ein Stift (3) im wesentlichen senkrecht zum Arm gehalten ist, und mit einem zweiten Ende, daß eine Einrichtung (17, 19) zur schwenkbaren Halterung des zweiten Endes des Armes vorgesehen ist, daß ein Körper (14) aus magnetischem Material in dem Arm (4) in der Nähe des zweiten Endes angeordnet ist, und daß eine magnetische Anordnung vorgesehen ist mit einem Permanentmagneten (9) und einem Elektromagneten (8), der ein Polschuhstück aufweist, daß die magnetische Anordnung unter einem Winkel zu dem Arm angeordnet ist und diesen lediglich in dem Bereich des Körpers aus magnetischem Material überschneidet, und daß der Körper aus magnetischem Material in der Nähe des Polstückes angeordnet ist und dessen Anker bildet.
2. Stiftdruckwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetische Anordnung eine vierseitige Einrichtung aus magnetischem Material aufweist mit zwei Endteilen und

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zwei längeren Seitenteilen, daß einer der End- und Seitenteile und ein großer Teil des anderen Seitenteiles die gleiche magnetische Polarität aufweisen, daß das eine Seitenteil an seinem einen Ende das Polstück des Elektromagneten aufweist und daß der Permanentmagnet im anderen Seitenteil angeordnet ist.
3. Stiftdruckwerk nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das andere Teil der Endteile der magnetischen Anordnung in einem geschlitzten Teil endet, das um den Körper aus magnetischen Material des Armes herum und im Abstand zu diesem angeordnet ist.
4. Stiftdruckwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur schwenkbaren Halterung des Armes eine Schwenkachse für den Arm aufweist, die in einer Ebene liegt, die nahe einer zweiten Ebene und im wesentlichen parallel zu dieser Ebene liegt, die eine Fläche des Polstückes in der Nähe des Körpers aus magnetischem Material des Armes umfaßt.
5. Stiftdruckwerk nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur schwenkbaren Halterung des Armes erste und zweite dünne, steife, nicht-magnetische Biegeteile aufweist, die im wesentlichen rechtwinklig zueinander angeordnet sind, ferner eine nicht-magnetische,

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stationäre Halteeinrichtung, daß die Mitte der dünnen Abmessung des ersten Biegeteiles in der ersten Ebene liegt/ daß das erste Biegeteil mit einem Ende an der Halteeinrichtung und am anderen Ende an dem Arm befestigt ist und daß sich das zweite Biegeteil vom Arm zu der Halteeinrichtung erstreckt.
6. Stiftdruckwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet/ daß der Arm den Körper aus magnetischem Material aufweist und ferner eine geschlossene, hohle Schiene aus nichtmagnetischem Material.
7. Stiftdruckwerk nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schiene zwei kanalförmige Teile aufweist/ die beide einen C-förmigen Querschnitt haben, und daß die kanalförmigen Teile miteinander entlang einander überlappender oberer und unterer Teile verbunden sind.
8. Stiftdruckwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stiftantriebselemente in einer gemeinsamen Ebene senkrecht zu den Stiften angeordnet sind, daß die Antriebselemente in etwa konzentrisch in der gemeinsamen Ebene angeordnet sind, daß die Arme in etwa radial relativ zu der konzentrischen Anordnung angeordnet sind und daß die magnetische Anordnung unter einem spitzen Winkel relativ zum Arm angeordnet ist.

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9. Antriebselement, gekennzeichnet durch einen zweiendigen verlängerten Arm, der an einem ersten der genannten Enden ein Arbeitsteil trägt, durch eine Halteeinrichtung für den Arm, die zwei steife flexible' Teile mit jeweils zwei Enden aufweist, von denen ein erstes flexibles Teil an einem der genannten Enden an einem Halteteil befestigt ist und an dem anderen der genannten Enden an einem zweiten Ende des Armes befestigt ist, wobei der erste flexible Teil parallel zur Längsachse des Armes angeordnet ist, und das zweite flexible Teil im wesentlichen unter rechtem Winkel zum ersten flexiblen Teil angeordnet ist und mit einem Ende an einem Halteteil und mit seinem anderen Ende am zweiten Ende des Armes befestigt ist.
10. Antriebselement nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß ferner ein Körper aus magnetischem Material im Arm am zweiten Ende des Armes angeordnet ist, ferner eine magnetische Anordnung, die einen Permanentmagneten und einen

umfaßt mit einem Polstück versehenen Elektromagneten^ daß die magnetische Anordnung unter einem Winkel zu dem Arm angeordnet ist und diesen Arm lediglich im Bereich des Körpers aus magnetischem Material überschneidet und daß der Körper aus magnetischem Material in der Nähe des Polstückes angeordnet ist und dessen Anker bildet.

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11. Antriebselement nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet/ daß der erste nachgiebige Teil im wesentlichen coplanar zur Fläche des Armes angeordnet ist.
12. Antriebselement nach Anspruch Io, dadurch gekennzeichnet/ daß der erste nachgiebige Teil im wesentlichen coplanar zu einer Fläche des Körpers aus magnetischem Material in der Nähe des Polstückes angeordnet ist.
13. Antriebselement nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet/ daß ein Körper aus magnetischem Material vorgesehen ist/ der einen Teil des Armes umfaßt und am zweiten Ende des Armes angeordnet ist und daß das erste nachgiebige Teil im wesentlichen coplanar mit einer Fläche des Körpers aus magnetischem Material angeordnet ist.
14. Antriebselement nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet/ daß magnetische Mittel im Arm angeordnet sind, daß ein magnetischer Kreis unter einem Winkel zum Arm angeordnet ist und diesen Arm lediglich im Bereich des Körpers aus magnetischem Material überschneidet und daß der magnetische Kreis Einrichtungen zum Ändern des Flusses im magnetischen Kreis in der Nähe des Körpers aus magnetischem Material aufweist.

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15. Antriebselement, gekennzeichnet durch einen zweiendigen verlängerten Arm, der an einem ersten Ende ein Arbeitsteil trägt, daß der Arm eine geschlossene hohle Schiene aufweist, die zwei verjüngte kanalförmige Teile umfaßt, die beide einen C-förmigen Querschnitt haben, und daß die kanalförmigen Teile miteinander entlang sich überlappender oberer und unterer Kanalteile verbunden sind.

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