DE3228546A1 - Druckwerk - Google Patents

Description

Druckwerk

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Schlagdruckwerk mit einer Vielzahl von Drucknadeln oder -hämmern. Schlagdruckwerke sind aus dem Stand der Technik bekannt. Beispielsweise weisen die Nadelmatrixdruckwerke, eine typische Form der Schlagdruckwerke, eine Vielzahl von elektromagnetisch angetriebenen Nadeln auf, die in einem beweglichen Druckkopf angeordnet sind, der quer über das Schreibpapier läuft, Beim Lauf des Druckkopfes werden bestimmte der Elektromagneten erregt und treiben dabei die entsprechenden Drucknadeln auf ein Farbband, so daß in eng beabstandeten Schritten über die Schreibzeile Punktspaltenmuster entstehen. Der Druckkopf enthält dabei sieben oder neun elektromagnetisch angetriebene Drucknadeln und druckt nacheinander Spalten aus jeweils fünf oder sieben Punkten ab, aus denen sich dann die alphanumerischen Druckzeichen zusammensetzen.

Derzeit sind wegen ihrer überlegenen Eigenschaften die Punktmatrixdrucker sehr populär - eine einfache Mechanik, Betrieb durch die Elektromagneten bei hoher Geschwindigkeit, hohe Zuverlässigkeit, Möglichkeit 2ur gleichzeiti-

NACHeEREiCHT

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gen Herstellung mehrerer Durchschriften. Mit der weiterschreitenden Popularisierung einfach einzusetzender Rechnersysteme sind für deren Punktmatrixdrucker als Ausgabeeinheit mindestens 16 Drucknadeln gefordert, damit nicht nur alphanumerische Zeichen, sondern beispielsweise auch chinesische Schriftzeichen und Graphikmuster ausgedruckt werden können.

Die vorliegende Erfindung schafft einen neuartigen und kleinen Schlagdruckkopf, der mit geringer elektrischer Leistung antreibbar ist und eine so hohe Anzahl von Druckelementen enthält, wie sie in herkömmlichen Systemen bisher nicht erreichbar war. Der Schlagdrucker nach der vorliegenden Erfindung hat einen kontinuierlich durchlaufenden Antrieb, der die Antriebsleistung für den Betrieb der Druckelemente erzeugt, sowie eine Vielzahl von Auslösesteuerelementen, die wahlweise entsprechend den Drucksignalen erregt werden, um die Antriebsleistung auf die Druckelemente zum Beschreiben des Papiers zu übertragen.

Es ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Schlagdrucker anzugeben, der klein aufgebaut ist und nur wenig Leistung verbraucht.

Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Schlagdruckwerk anzugeben, das eine Hauptantriebseinrichtung sowie eine Auslösesteuereinrichtung zum Antrieb der Druckelemente enthält.

JNACHQEREICHTJ

Diese sowie andere Ziele, Besonderheiten und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich im einzelnen aus der folgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezug auf die beigefügte Zeichnung.

Fig. 1 ist eine Perspektivdarstellung einer Ausführungsform eines Druckwerks nach der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 ist ein Schnitt durch eine Ausführungsform einer Druckkopfanordnung nach der vorliegenden Erfindung mit gerade auf das Schreibpapier schlagenden Drucknadeln;

Fig. 3 ist eine Schnittdarstellung der Druckkopfanordnung nach Fig. 2 bei eingezogenen Drucknadeln;

Fig. 4 ist ein Schaltbild einer Ausführungsform eines Druckwerks nach der vorliegenden Erfindung;

Fig. 5 ist ein Schaltbild einer weiteren Ausführ ungs form eines Druckwerks nach der vorliegenden Erfindung.

Die Fig. 1 zeigt eine Druckkopfanordnung 1 auf einem Schlitten 2, der parallel zum Schreibpapier 3 laufen kann. Der Schlitten 2 wird dabei durch die Seilscheiben 4a, 4b und ein Äntriebsdrahtseil 5 parallel zum Papier 3 mit konstanter Geschwindigkeit bewegt, wobei die Seilscheibe 4a von einem Schlittenmotor 6 angetrieben wird.

NACHQEREICHT

Die Fig. 2 zeigt den Druckkopf 1 im Schnitt, um die Einzelheiten seines internen Aufbaus darzulegen.Die Drucknadeln 7 sind am vorderen Ende eines Neidelgehäuses 8 zusammenlaufend und entlang einer gedachten Gerade ausgerichtet angeordnet. Ein Lagerstein 9 enthält öffnungen entsprechend den Drucknadeln 7 und führt diese an ihren vorderen Enden. Die Drucknadeln 7 werden vom Lagerstein 9 gleitend verschiebbar aufgenommen und sind mit den hinteren Enden an den Federn 10 befestigt. Jede Feder 10 besteht aus magnetischem Material und trägt an am Ende auf der ihrer Drucknadel 7 abgewandten Seite ein magnetisches Plättchen 11. Die Federn 10 und die Magnete 12 sind innen im Nadelgehäuse 8 gelagert. Ein Triggerjoch 13 aus magnetischem Material mit aufgewickelter Anwahlspule 14 ist an jedem Magneten 12 an einer Endfläche festgelegt, während das andere Ende über einen Luftspalt dem auf jeder Feder 10 angeordneten Magnetplättchen 11 gegenüberliegt.

Die Federn 10, ein Magnetplättchen 11, der Magnet 12, das Triggerjoch 13 und die Anwahlspule 14 stellen gemeinsam eine Auslöse- bzw. Anwahlmechanik dar.

Die Fig. 2 zeigt im Schnitt die Druckkopfanordnung 1, die gerade über ein Farbband 15 auf ein Papier 3 druckt. Ein Anker 16 mit einem Antriebselement 17 wird von einem Hauptelektromagneten 18, der an der Rückseite des Nadelgehäuses 8 angeordnet ist, so angezogen, daß er die Drucknadeln 7 in die Rückstellposition holt. Eine Hauptfeder 19 ist im Nadelgehäuse 8 so angeordnet, daß sie den Anker 16 dem Zug entgegen beaufschlagt. Das Antriebselement 17 ist an seinem vorderen Ende mit einem Ansatz 12 ausgeführt, mit

NACHGEREICHT

dem es hinter die Feder 10 greift und sie zieht, bis das Magnetplättchen 11 am Triggerjoch 13 anliegt.

Der Anker 16, das Antriebselement 17, der Hauptelektromagnet 18, die Hauptfeder 19 und der Ansatz 20 bilden gemeinsam den Hauptantrieb aus.

Das Verhältnis der sich bewegenden Masse der Drucknadel 7 und der Feder 10 zum Elastizitätskoeffizienten der Feder ist jeweils äquivalent dem Verhältnis der sich bewegenden Masse des Antriebselemente 17 und der Hauptfeder 19 zum Elastizitätskoeffizienten der Hauptfeder 19. Der Hauptelektromagnet 18 wird kontinuierlich mit der Resonanzfrequenz des Schwingsystems aus der Feder 10 und der Drucknadel 7 erregt.

Ein Lagegeber 21 mit einem Lichtsender 21a und einem Lichtempfänger 21b ist auf dem Schlitten 2 angeordnet. Eine Positionsplatte 22 mit transparenten Schlitzen entsprechend den Stellen, an denen die Drucknadeln 7 aufschlagen sollen, ist zwischen dem Lichtsender 21a und dem Lichtempfänger 21b angeordnet.

Die Fig. 4 zeigt ein Blockschaltbild einer Antriebsschaltung. Eine Anwahlsteuerschaltung 23 verzögert den Zeitpunkt, in dem eine Anwahlschaltung 24 eine Anwahlspule 14 erregt, gegenüber dem, in dem die Hauptschaltung 25 den Hauptelektromagneten 18 erregt. Im Betrieb steuert eine Hauptsteuerschaltung 26 die Eingangsspannung des Hauptelektromagenten 18 oder die Erregungszeit des Haupt-

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elektromagneten 18 entsprechend der Anzahl der angesteuerten Drucknadeln 7. Die AnwahIsteuersehaltung 23 und die Hauptsteuerschaltung 26 werden erst von einem Drucksignal aus der Drucksteuersehaltung 27 angesteuert, wenn sie das Signal aus dem Lagegeber 21 erhalten.

Im Anfangszustand werden sämtliche Federn 10 durch den Magneten 12 ausgelenkt gehalten. Der Schlitten 2 mit dem Lagegeber 21 läuft mit konstanter Geschwindigkeit über das Papier 3, so daß der Lagegeber 21 das seine Augenblickslage anzeigende Signal erzeugt, wo die Nadeln 7 angetrieben werden sollen. Beim Eintreffen dieses Signals erregen die Hauptsteuerschaltung 26 und die Hauptschaltung 25 den Hauptelektromagneten 18 so, daß das Antriebselement 17 angetrieben wird, bis die Feder in die Rückstellage sich bewegt, wo sie vom Magneten 12 gehalten wird. Die Hauptsteuerschaltung 26 steuert die Eingangsspannung des Hauptelektromagneten 18 oder die Erregungszeit des Hauptelektromagneten 18 entsprechend der Anzahl der Federn 10, die nicht vom Magneten 12 gehalten werden, d.h. in Abhängigkeit von der Belastung.

Das Schwingsystem aus dem Antriebselement 17 und der Hauptfeder 19 wird wegen der Phasenverzögerung infolge der treibenden Masse, der Elastizität und der Viskosität des Schwingsystems verzögert erregt. Die Federn werden daher nach einer konstanten Zeitspanne, die die Verzögerung einschließt, in die Rückstellage bewegt. Die Änwahlschaltung wird eine konstante Zeitspanne nach der Erregung des Hauptelektromagneten 18 durch die Anwahlsteuerschaltung 23 erregt. Die Änwahlschaltung 24 sendet einen elektrischen Strom

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an die Anwahlspule 14, der den Magnetfluß des Magneten 12 aufhebt. Die Anziehungskraft des Magneten 12 verschwindet dann, so daß die Federn 10 freigesetzt werden, und die Nadeln 7 auf das Papier 3 schlagen. Gleichzeitig wird der Hauptelektromagnet 18 stromlos geschaltet und das Antriebselement 17 von der Hauptfeder 19 zum Papier 3 hin getrieben.

Nach dem Aufschlagen der Drucknadeln 7 wird der Hauptelektromagnet 18 von der Hauptsteuerschaltung 26 und der Hauptschaltung 25 so erregt, daß die Feder 10 wieder in die Rückstellage bewegt wird, wo der Magnet 12 sie festhält.

Mit dem oben beschriebenen kontinuierlichen Betrieb führt das Druckwerk seine Druckaufgabe aus.

Bei dieser Betriebsweise kann die den Anwahlspulen 14 zugeführte elektrische Energie extrem niedrig sein, denn sie braucht nur den magnetischen Fluß in einem geschlossenen magnetischen Flußkreis aufzuheben, der den Magneten 12 aus Alnico, das Triggerjoch 13 aus hochpermeablem Material wie beispielsweise Permalloy, dem Magnetplättchen 11 und der Feder 10 besteht, aus denen sich die räumlich sehr kleine Auslöseeinheit zusammensetzt. Folglich können die Hauptschaltung 25 und die Stromversorgung (nicht gezeigt) sehr klein und mit geringem Aufwand erstellt werden.

Da der Hauptelektromagnet 18 kontinuierlich mit beliebiger ("imaginery") konstanter Periode angetrieben werden kann,

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läßt er sich in Resonanz gegen die Änderung des Schwingsystems infolge der unterschiedlichen Anzahl der jeweils angetriebenen Drucknadeln 7 erregen, da die Resonanzfrequenz f. des schwingenden Systems aus der Drucknadel 7 und der Feder 10 mit ra. als sich bewegender Masse und k. als Elastizitätskoeffizient des schwingenden Systems sich aus der Beziehung

i 2if \

k.

in.

ergibt.

Entsprechend ist die Resonanzfrequenz f des Hauptschwingsystems aus dem Antriebselement 17 und der Hauptfeder 19

^f M ⁼ 2? V V¹⁰M

mit m_M und k als der sich bewegenden Masse bzw, dem Elastizitätskoeffizienten des schwingenden Systems. Die Resonanzfrequenz f eines schwingenden Gesamtsystems mit η Drucknadeln 7 läßt sich berechnen nach der Beziehung

^fT ⁼ 2f V ^(kM und mit k /m„ = k./m. erhält man dann

V^{s f}M ^{= f}i ^{= f}d '

wobei f, die Ansteuerfrequenz ist. Die Resonanzfrequenz f_, ist also gleich der Ansteuerfrequenz, und zwar unabhängig von der Anzahl der Drucknadeln 7, die auf das Papier 3 geschlagen werden.

NACHQEREICHTI

Die dem Hauptelektromagneten 18 zugeführte elektrische Leistung läßt sich daher sehr weit verringern wegen des hohen Wirkungsgrades des Hauptelektromagneten als elektromechanischer Wandler. Die Verzögerung der Bewegung des Antriebselements 17 gegenüber der Zeit, zu der elektrische Energie auf den Hauptelektromagneten 18 gegeben wird, verringert sich, so daß die Zuverlässigkeit des Druckvorgangs steigt.

Der gleiche hohe Wirkungsgrad ist gegeben durch die Hauptsteuerschaltung 26, die die Stärke des dem Hauptelektromagneten 18 zugeführten Stroms oder die Erregungsdauer desselben entsprechend der Anzahl der auf das Papier 3 getriebenen Drucknadeln 7 steuert. Die Anwahlsteuerschaltung 23 erreicht eine hohe Zuverlässigkeit des Drückens, da der Zeitpunkt, an dem die Anwahlspule 14 erregt wird, um einen konstanten Intervall einschließlich des Phasenunterschieds zwischen der treibenden Kraft des Hauptelektromagneten 18 und der Bewegung des Antriebselements 17 bezüglich des Zeitpunkts verzögert ist, an dem der Hauptelektromagnet 18 erregt wird.

In der mit konstanter Geschwindigkeit über das Papier 3 laufenden Druckkopf anordnung werden der iiauptmagnet 18 und die Anwahlspule 14 entsprechend dem Signal mit konstantem Intervall aus dom Lagegebor erregt, so daß der Punktteilungsfchlor verringert wird und man qualitativ hochwertige Druckzeichen erhält.

Die Fig. 5 zeigt eine weitere Ausführungsform der Ansteuerschaltung. Den gleichen Effekt erhält man mit der Schaltung

- 1 r. _

NAC ΗβΓΡΕ!CHTI

mit einem Standard-Oszillator 28 und einer Motorsteuerschaltung 29 nach Fig. 5. Der Standard-Oszillator 28 erzeugt Impulse konstanter Frequenz zum Erregen des Hauptelektromagneten 18 und der Anwahlspulcn 14. Die Motorsteuerschaltung 29 steuert den Schlittenmotor 6, um die Impulse aus dem Lagegeber mit dem Standardimpuls zu synchronisieren.

Wie aus der vorgehenden Beschreibung ersichtlich, schafft die vorliegende Erfindung ein neuartiges Schlagdruckwerk mit einer Vielzahl von Druckelementen, das einen Hauptantrieb einschließlich des Hauptelektromagneten und die Anwahl- bzw. Auslösesteuereinrichtung mit den Anwahlspulen aufweist, so daß sich ein räumlich kleines Druckwerk erreichen läßt, dessen Erreyungsencrgie gering ist.

A.

Leerseite

Claims (12)

MATSUSHITA ELECTRIC INDUSTRIAL CO., LTD., 1006 Kadoraa, Osaka, Japan Patentansprüche

1. Druckwerk zur Verwendung in Schlagdruckern, gekennzeichnet durch ein zwischen einer Druck- und einer Rückstellposition hin- und herbewegbares Druckelement, eine mit konstanter Periode kontinuierlich angetriebene Hauptantriebseinrichtung, die die zum Antrieb des Drucke leinen ts erforderliche Energie liefert, eine Anwah]steuereinrichtung, die so arbeitet, daß die von der Hauptantriebseinrichtung erzeugte Energie wahlweise nicht auf das Druckelement übertragen wird, eine die Hauptantriebseinrichtung erregende Hauptschaltung, eine die Anwahlsteuereinrichtung erregende Anwahltreiberschaltung, sowie eine Anwahlsteuerschaltung, die die Ansteuerzeitpunkte der Anwahlansteuerschaltung mit einer Zeitgabe der Hauptschaltung bei konstantem Zeitintervall synchronisiert.

2. Druckwerk nach Anspruch 1, weiterhin gekennzeichnet durch eine Druckkopfanordnung zur Lagerung des Druckelements, der Hauptantriebseinrichtung und der Anwahlsteuereinrichtung,

NACHGEREICHT

einen Schlitten, der die Druckkopfanordnung mit konstanter Geschwindigkeit über einen Papierbogen bewegbar festlegt, und einen Lagegeber, der einen Ansteuerimpuls für die Hauptschaltung liefert, wenn der Schlitten eine Stellung erreicht, in der das Druckelement zum Drucken angesteuert werden soll.

3. Druckwerk nach Anspruch 1, weiterhin gekennzeichnet durch eine Druckkopfanordnung zur Aufnahme des Druckelements, der Hauptansteuereinrichtung und der Anwahlsteuereinrichtung,

einen die Druckkopfanordnung über ein Papier bewegbar festlegenden Schlitten,

einen Lagegeber, der einen Lageimpuls abqibt, wenn der Schlitten in eine Stellung läuft, in der das Druckelement zum Drucken angesteuert werden soll, und einen Standardoszillator, der einen Ansteuerimpuls für die Hauptschaltung mit konstanter Periode erzeugt, wobei der Lageimpuls aus dem Lagegeber mit dem Impuls aus dem Standardoszillator synchronisiert ist.

4. Druckwerk für Schlagdrucker, gekennzeichnet durch eine Vielzahl von Druckelementen, die jeweils zwischen einer Druck- und einer Rückstollposition hin- und herbewegbar sind, eine mit konstanter Periode kontinuierlich angetriebenen Hauptantriebseinrichtung, die die Energie zum Antrieb der DruckclemenUe liefert, eine-Vielzahl von Anwahlsteuereinrichtungen, um die von der Hauptantriebseinrichtung erzeugte Energie wahlweise auf bestimmte Druckelemente zu übertragen, und eine Hauptsteuereinrichtung, die die Eingangsenergie der Hauptantriebseinrichtung entspre-

NACHGEREICHT

chend der Anzahl der in die Druckstellung getriebenen Druckelemente vergrößert oder verringert, um die Druckelemente in ihre Rückstellposition zurückzubringen.

5. Druckwerk nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptantriebseinrichtung ein elektromechanischer Wandler ist und die Hauptsteuereinrichtung die elektrische Eingangsenergie des Wandlers entsprechend der Anzahl der angetriebenen Druckelemente steuert.

6. Druckwerk nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kauptantriebseinrichtung einen Elektromagneten sowie eine Feder aufweist, die einander entgegengesetzte Kräfte erzeugen, um die Druckelemente in die Rückstellposition zu bringen,und daß die Hauptsteuereinrichtung die Zeit der Erregung des Elektromagneten entsprechend der Anzahl der angesteuerten Druckelemente steuert.

7. Druckwerk für Schlagdrucker, gekennzeichnet durch eine Vielzahl von Druckelementen, die jeweils zwischen einer Druck- und einer Rückstellposition hin- und herbewegbar sind, eine Vielzahl von Treibfedern, die jeweils ein Druckelement zur Druckposition hin beaufschlagen, wenn diese in der Rückstellposition sich befinden, oder zur Rückstellposition hin beaufschlagen, wenn sie sich in der Druckposition befinden, eine Kauptantriebseinrichtung mit einem Antriebselement, die stetig mit konstanter Periode erregt wird und die Energie zum Antrieb der Druckelemente liefert, eine Hauptantriebsfeder, die das Antriebselement trägt, und eine Vielzahl Anwahlsteuereinrichtungen, die die von

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der Hauptantriebseinrichtung erzeugte Energie wahlweise auf Druckelemente übertragen, wobei die Hauptantriebseinrichtung mit der Resonanzfrequenz des jeweils aus einer Treibfeder und dem entsprechenden Druckelement bestehenden schwingenden Systems erregt wird.

8. Druckwerk nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der sich bewegenden Masse zum Elastizitätskoeffizienten des schwingenden Systems aus jeder der Vielzahl von Federn und dem entsprechenden Druckelement fast gleich dem entsprechenden Verhältnis des schwingenden Systems aus der Hauptantriebsfeder und dem Antriebselement ist.

9. Druckwerk für Schlagdrucker, gekennzeichnet durch ein Druckelement, das zwischen einer Druck- und einer Rückstellposition hin- und herbewegbar ist und in der Druckstellung aufschlägt, durch eine Krafteinrichtung zur Energiespeicherung, um das Druckelement anzutreiben, wenn das Druckelement sich in der Rückstellposition befindet, eine Hauptantriebseinrichtung, die stetig mit konstanter Periode erregt wird und das Druckelement aus der Druck- zur Rückstellposition hin antreibt, und durch eine Anwahlsteuereinrichtung, die wahlweise die von der Krafteinrichtung gespeicherte Energie nicht auf das Druckelement überträgt, das nicht angetrieben werden soll, indem das Druckelement in der Rückstellposition gehalten wird.

10. Druckwerk nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptantriebseinrichtung ein Antriebselement mit einem

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Ansatz aufweist, das mit dem in der Druckposition befindlichen Druckelement verbindbar ist, um es in die Rückstellposition zurückzubringen.

11. Druckwerk nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptantriebseinrichtung das Druckelement durch magnetische Kraft antreibt.

12. Druckwerk nach Anspruch 9, 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der Krafteinrichtung um eine am Druckelement befestigte Feder handelt.