DE2818446A1

DE2818446A1 - Druckvorrichtung

Info

Publication number: DE2818446A1
Application number: DE19782818446
Authority: DE
Inventors: Noel Fay Depew; Harold Albert Long; David Ray Pierce
Original assignee: NCR Corp
Current assignee: NCR Voyix Corp
Priority date: 1977-04-28
Filing date: 1978-04-27
Publication date: 1978-11-09
Also published as: DE2818446C2; JPS53135724A; GB1563779A; FR2388677B1; CA1125661A; FR2388677A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Druckvorrichtung mit einem Rahmenglied zum Führen und Halten einer Mehrzahl von langgestreckten Druckelementen, um diese in axialer Richtung zu bewegen, und mit Antriebsmitteln zum Bewegen der Druckelemente zum Herbeiführen eines Druckvorgangs.

Solche Druckvorrichtungen werden beispielsweise als Draht-Matrixdruckköpfe verwendet, um Zeichen durch eine Serie von Punkten zu drucken, welche durch den Aufschlag der langgestreckten Druckdrahtelemente auf einen Aufzeichnungsträger, üblicherweise unter Zuhilfenahme eines Farbbandes, erzeugt werden.

Eine Schwierigkeit, die bei der Verwendung solcher Draht-Matrixdrucker auftritt, besteht darin, daß es während des Betriebes derselben zu Ermüdungsbrüchen der Druckdrähte kommen kann, und zwar infolge von Durchbiegungen bzw. Schwingungen, die aufgrund der für den Antrieb der Drähte zum Herbeiführen des Aufschlags auf den Aufzeichnungsträger über einen sehr kurzen Abstand erforderlichen hohen Kräfte auftreten.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Druckvorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der dieser Nachteil vermieden wird, d. h. bei der die Bruchgefahr der Druckdrahtelemente wesentlich vermindert wird.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 definierte Erfindung gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den ünteransprüchen.

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Weitere Vorteile der erfindungsgemäßen Druckvorrichtung bestehen darin, daß die Dämpfung der Durchbiegung und Vibration der Druckdrähte bewirkt wird, ohne daß auf die letzteren Reibungskräfte einwirken, daß die Druckvorrichtung billig ist, und zwar sowohl in bezug auf die Kosten der Teile als auch in bezug auf die Kosten der gesamten Anordnung, und daß mit ihr eine hohe Betriebsdauer und eine hohe Zuverlässigkeit erreicht werden kann.

Zum besseren Verständnis der Erfindung wird im folgenden ein Ausführungsbeispiel anhand von Zeichnungen beschrieben. In diesen zeigt

Fig. 1 eine Querschnittsansicht eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Druckvorrichtung;

Fig. 2 eine teilweise weggebrochen dargestellte Ansicht des beschriebenen Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Druckvorrichtung, aus welcher der Rahmen, die langgestreckten Druckelemente und die Dämpfungsmittel ersichtlich sind;

Fig. 3 eine vergrößerte Querschnittsansicht längs der Linie 3-3 der Fig. 2;

Fig. 4 eine vergrößerte Querschnittsansicht längs der Linie 4-4 der Fig. 2;

Fig. 5 eine vergrößerte Querschnittsansicht längs der Linie 5-5 der Fig. 2; und Fig. 6 eine vergrößerte Ansicht des

beschriebenen Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Druckvorrichtung von unten, d. h. in Richtung der Pfeile 6-6.

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Insbesondere unter Bezugnahme auf die Fig. wird im folgenden ein Draht-Matrixdruckkopf 10 im einzelnen beschrieben. Ein Rahmen 12 ist vorgesehen, um mehrere langgestreckte Druckelemente oder Druckdrähte 14 zu halten, von denen der Einfachheit halber und zur Erhaltung der Übersichtlichkeit der Zeichnung nur zwei dargestellt sind. Jeder Druckdraht ist an seinem die Bewegungs- bzw. Aufschlagenergie aufnehmenden Ende mit einer Kappe 16 versehen, die aus Kunststoff oder einem anderen geeigneten Material bestehen kann und dazu dient, die die Antriebskraft aufnehmende Fläche zu vergrößern. Jedem Druckdraht 14 ist ferner eine Feder 18 zugeordnet, die an einem oberen Ende, d. h. zwischen der Kappe 16 und dem Rahmen 12, angeordnet ist und dazu dient, den Druckdraht nachgiebig in Aufwärtsrichtung vorzuspannen. Bei einem der beiden Druckdrähte 14 in Fig. 1 ist die Feder weggelassen, um eine deutlichere Darstellung der Kappe zu ermöglichen.

Der Rahmen 12 besteht aus drei Seitenwänden 20, 22 und 24, einem Druckende-Führungsglied 26 und einem oberen Führungsglied 28. Beide Führungsglieder und 28 bilden bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel mit den Seitenwänden 20, 22 und 24 des Rahmens 12 eine Einheit, obwohl sie selbstverständlich auch separat gefertigt und mit dem Rahmen 12 verbunden werden können.

Zusätzlich zu den Führungsgliedern 26 und sind mehrere, bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel zwei Zwischenführungsglieder vorgesehen. Ein erstes Zwischenführungsglied 30 ist mit einer Vielzahl von Öffnungen 32 in einem vorbestimmten Muster versehen,

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durch welche die Druckdrähte 14 hindurchgeführt sind. Diese öffnungen weisen an der einen Fläche des Führungsgliedes einen größeren Durchmesser als an der entgegengesstzten Fläche desselben auf, um eine Anpassung an den leicht gekrümmten Verlauf der Druckdrähte zu ermöglichen und das Einführen derselben in die Öffnungen zu erleichtern. Das Führungsglied 30 weist einen Teil 34 mit verringerter Größe und einer solchen Form auf, die im wesentlichen der Umfangsform der Anordnung der Öffnungw32 in dem Führungsglied 30 angepaßt ist, und es weist ferner einen vergrößerten Teil 36 mit im wesentlichen rechteckiger Form auf. Die Seitenteile 38 und 40 (Fig. 5) des größeren Teils 36 des Führungsgliedes 30 wirken mit Nuten 42 und 44 zusammen, welche in den Seitenwänden 20 und 22 des Rahmens 12 ausgebildet sind, um das Führungsglied 30 in dem Rahmen 12 lose zu halten. Die Breite der Nuten 42, 44 ist nur geringfügig größer als die Dicke des größeren Teils 36 des Führungsgliedes 30, um ein freies Gleiten des letzteren innerhalb der Nuten zu ermöglichen. Die Länge und Breite des größeren Teils 36 des Führungsgliedes 30 sind jedoch um einen ausreichenden Betrag geringer als die entsprechenden Dimensionen der Nuten 42, 44, um zu ermöglichen, daß sich das Führungsglied 30 in einer im wesentlichen senkrecht zur Längsachse des Rahmens 12 liegenden Ebene in allen Richtungen in einem ausreichend großen Ausmaß bewegen kann.

Da die Druckdrähte 14 innerhalb des Rahmens einer sich ändernden gekrümmten Bahn folgen, ist ersichtlich, daß das Führungsglied 30 die Freiheit besitzt, sich in Richtungen zu bewegen, die annähernd, jedoch

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nicht genau senkrecht zur Längsachse der Druckdrähte verlaufen. Wie im folgenden noch im einzelnen dargelegt wird, wird durch das Schwingen bzw. die seitliche Bewegung der Druckdrähte 14 das in den Nuten 42, 44 gleitende Führungsglied 30 dazu veranlaßt, sich in Abhängigkeit von den auf die Druckdrähte 14 einwirkenden Kräften seitlich zu bewegen.

Wie aus Fig. 5 ersichtlich ist, ist an einer Ecke des größeren Teils 36 des Führungsgliedes 30 eine Kerbe 4 6 ausgebildet, welche mit einem Vorsprung innerhalb der Nut 44 zusammenarbeitet, um sicherzustellen, daß das Führungsglied 30 in der richtigen Lage in die Nut eingesetzt wird.

Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel ist ein zweites Zwischenführungsglied 50 vorgesehen, welches in in den Seitenwänden 20, 22 des Rahmens 12 befindlichen Nuten 62, 64 angeordnet ist. Dieses zweite Zwischenführungsglied 50 weist ebenfalls Druckdrahtöffnungen 52, einen kleineren Teil 54, einen größeren Teil 56, Seitenteile 58 und 60 und eine Einkerbung 66 auf, welche mit einem entsprechenden Ansatz 68 (Fig. 4) zusammenwirkt. Dieses Zwischenträgerglied 50 wirkt in der gleichen Weise wie dies im Zusammenhang mit dem Führungsglied 30 beschrieben wurde.

Die Führungsglieder 26, 28, 30 und 50

führen die verschiedenen Druckdrähte in einer gewünschten Bahn, um sie von einer zirkulären Anordnung am oberen Ende, dargestellt in Fig. 3, in eine lineare Anordnung am unteren Ende (dargestellt in Fig. 6) überzuführen. Diese überführung wird dadurch erreicht, daß jeder Druckdraht 14 durch ein separates Loch 70 in dem oberen

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Führungsglied 28, durch Löcher 32 und 52 in den Führungsgliedern 30 und 50 und schließlich in eine definierte Position innerhalb eines Lagerteils 72 am Druckende-Führungsglied 26 (siehe Fig. 6) geführt wird. Das Lagerteil 72 besteht aus einem Material mit hoher Abriebfestigkeit und niedrigem Reibungskoeffizienten.

Zwei Befestigungsflansche 78 und 80 erstrecken sich seitwärts von den oberen Enden der Seitenwände und 22. Oberhalb der Flansche 78 und 80 weist der Rahmen 12 einen kreisförmigen Querschnitt auf und wird durch das obere Führungsglied 28, welches ebenfalls kreisförmig ist, abgeschlossen. Ein mit einer Bohrung versehener Bolzen 82 erstreckt sich von dem Führungsglied 28 nach oben und dient in einer später noch näher beschriebenen Weise zur Befestigung der Betätigungsmittel für die Druckdrähte 14 an dem Rahmen 12.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, ist eine Platte 84 mit einer zentrisch angeordneten Öffnung 86 vorgesehen und ist mittels geeigneter Verbindungselemente 88, wie beispielsweise Schrauben, mit den Flanschen 78, 80 des Rahmens 12 verbunden. Der Teil des Rahmens 12 mit kreisförmigem Querschnitt erstreckt sich durch die Öffnung 86 hindurch. In der Platte 84 sind mehrere, bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel neun Öffnungen 90 vorgesehen, um eine entsprechende Anzahl von Betätigungselementen für die Druckdrähte 14 befestigen zu können.

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Eine Spule 92, ein Kern 94, ein L-förmiges äußeres Polstück 96 und ein Anker 98 bilden jeweils das elektromagnetische Betätigungselement für jeden Druckdraht. Mittels einer Anker-Abstandsscheibe 100 wird ein Luftspalt zwischen den Ankern 98 und den Polen der Kerne 94 geschaffen, um eine schnellere Freigabe der Anker zu erreichen.

Mittels einer Schraube 104 und einer Unterlagscheibe 106 ist ein Halte- oder Verbindungselement 102 mit dem Bolzen 82 des Rahmens 12 verbunden. Das Verbindungselement 102 weist einen kreisförmigen zentrischen Teil 108 auf, welcher in seiner Bodenfläche eine ringförmige Nut enthält. In dieser Nut 110 liegt ein Ring 112 mit kreisförmigem Querschnitt, welcher als Stoßdämpfer und zur Bildung einer Bezugsfläche für die Kappe 16 des gegen das Ende des Ankers 9 8 schlagenden Druckdrahtes 14 dient. An dem kreisförmigen zentralen Teil 108 des Verbindungselementes 102 sind neun sich sternförmig nach außen erstreckende Arme 114 ausgebildet. Jeder dieser Arme 114 ist mit einer ersten und einer zweiten Ankerhaltevorrichtung 116 bzw. 118 versehen. Das eine Ende jedes Ankers 98 wird jeweils von der Haltevorrichtung 116 aufgenommen und gehalten, während das andere Ende jedes Ankers von der Haltevorrichtung geführt wird. In dem in Fig. 1 dargestellten zusammengebauten Zustand der Vorrichtung drücken die Arme 114 des Halteelementes 102 auf die nach außen gerichteten überstehenden Enden der Anker, wodurch deren nach innen gerichteten mit dem Druckdraht zusammenarbeitenden Enden um einen jeweils durch die Außenkante der Polstücke gebildeten Drehpunkt nach oben in Anlage mit dem Ring

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gedreht werden. Die den Druckdrähten 14 zugeordneten Kappen 16 werden mit diesen Enden der Anker 9 8 mit Hilfe der Kraft der Federn 18 in Anlage gehalten.

Das gemeinsame Verbindungselement 102 hat bezüglich des Zusammenbaues und des Betriebs des Druckkopfes 10 eine Reihe von Funktionen zu erfüllen, nämlich das Fixieren des Ankers 98 in der richtigen Lage in bezug auf die übrigen Elemente der Vorrichtung, Ausüben einer Kraft auf die Anker, um diese vorzuspannen, Vorsehen von Mitteln zum Einstellen des Luftspaltes zwischen den Ankern 98 und den entsprechenden Polen der Spulenkerne 94, Bilden einer Bezugsfläche für die Anker 98 und die Druckdrahtkappen 16, um sicherzustellen, daß alle betätigten Druckdrähte 14 während eines Druckzyklus annähernd gleichzeitig auf den Aufzeichnungsträger aufschlagen und Absorbieren von Energie bei der Zurückbewegung der Anker 98 und Druckdrähte 14 nach der Betätigung mit Hilfe des Ringes 112 mit kreisförmigem Querschnitt.

Die Erzeugung von Zeichen, wie Ziffern, Buchstaben oder Symbolen, mittels des Druckkopfes erfolgt durch eine Folge von Druckzyklen. Die Bildung eines gewünschten Zeichens auf dem Aufzeichnungsträger erfolgt durch selektive Betätigung einer vorbestimmten Kombination von Druckdrähten 14 durch Erregen der entsprechenden Spulen 9 2 während jedes Druckzyklus, wonach der Druckkopf in bezug auf den Aufzeichnungsträger um eine Rasterbreite des Zeichenmosaiks weiterbewegt wird, wonach der nächste Druckzyklus durchgeführt werden kann.

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Wenn eine Spule 92 erregt wird, dann wird ein Magnetfluß erzeugt, welcher bewirkt, daß der Anker 98 nach unten in Kontakt mit dem Pol des Spulenkerns 94 gezogen wird. Durch die Bewegung des Ankers 98 wird Energie auf den Druckdraht 14 übertragen, wodurch dieser in axialer Richtung innerhalb des Rahmens 12 bewegt wird. Die auf den Draht 14 übertragene Beschleunigungskraft hat zur Folge, daß sich der Draht 14 entgegen der Kraft der Feder 18 bewegt und infolge der Trägheit bewegt sich der Druckdraht 14 auch dann noch weiter nach unten, wenn der Anker 98 in Berührung mit dem Pol des Spulenkerns 94 gelangt ist. Das den Druckaufschlag bewirkende Ende des Druckdrahtes 14 wird aus dem Lagerelement 72 herausbewegt und schlägt auf den Aufzeichnungsträger, um dort eine punktförmige Markierung zu hinterlassen. Die in dem sich bewegenden Druckdraht 14 gespeicherte Energie wird teilweise von dem Aufzeichnungsträger absorbiert und teilweise auf den Druckdraht 14 zurückübertragen, um die Wirkung der Feder 18 bei der Zurückbewegung des Druckdrahtes 14 in die Ausgangsstellung zu unterstützen.

Etwa zu dem gleichen Zeitpunkt, zu dem der Druckdraht 14 auf den Aufzeichnungsträger aufschlägt, wird die Spule 92 entregt. Durch das über den Arm 114 auf den Anker 98 einwirkende Moment wird dieser von dem Spulenkern 94 weggeschwenkt und kehrt in Anlage mit dem Ring 112 zurück.

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Ein wesentlicher Gesichtspunkt bei der Entwicklung eines Draht-Matrixdruckkopfes ist das relativ hohe Längen-zu-Durchmesser-Verhältnis der Druckdrähte. Die Druckdrähte 14 besitzen einen geringen Durchmesser, um die richtige Zeichenlinienbreite zu erreichen; ein typischer Durchmesser ist 0,3556 mm. Die Länge des Druckdrahtes ist relativ groß (beispielsweise 76,2 mm), um eine Auffächerung derselben von dem relativ engen linienförmigen Muster an dem Lagerglied zu einem größeren zirkulären Muster zu ermöglichen, welches zwecks Zusammenarbeit der Druckdrähte 14 mit den Ankern 98 benötigt wird. Infolge dieses großen Länge-zu-Durchmesser-Verhältnisses des Druckdrahtes und infolge der relativ großen für den Druck erforderlichen Kraft (etwa 2 kg) neigt der Druckdraht dazu, sich zu krümmen bzw. durchzuknicken. Diese Neigung der Druckdrähte zum Durchbiegen wird noch dadurch unterstützt, daß die Druckdrähte in einer leichten Krümmung geführt sind, um das Zusammenwirken mit den Betätigungsvorrichtungen zu ermöglichen.

Um die für einen zufriedenstellenden Druck erforderliche Druckkraft zu erhalten, ist es somit erforderlich, das effektive Länge-zu-Durchmesser-Verhältnis des Druckdrahtes durch Einfügen von Zwischenführungsgliedern für den Druckdraht zu vermindern. Dieses niedrigere Verhältnis erhöht die kritische Durchbiege- oder Knickkraft, so daß zwar ein Durchbiegen noch erfolgt, jedoch nur bei Einwirken einer wesentlich höheren Kraft. Man kann somit auf den Druckdraht eine höhere Kraft einwirken lassen, wodurch auf den Aufzeichnungsträger eine höhere Druckkraft

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einwirkt. Das genannte niedrigere Verhältnis erhöht ferner die laterale Eigenfrequenz des Druckdrahtes auf einen Wert, der in der Nähe der Arbeitsfrequenz des Druckzyklus liegt. Wenn diese beiden Frequenzen den gleichen Wert annehmen, dann entsteht eine Resonanz und die Amplitude der seitlichen Schwingung erreicht einen solchen Wert, daß in dem Druckdraht Spannungen entstehen, die den kritischen Wert für einen weiteren Betrieb übersteigen, und zwar ohne Betrachtung der Möglichkeit von Ermüdungsbrüchen. Diese höhere Eigenfrequenz wirkt sich aber auch dahingehend aus, daß zusätzlich zu den durch die Druckzyklen erzeugten Schwingungen weitere Schwingungen hinzugefügt werden, wodurch die Lebensdauer der Druckdrähte vermindert wird.

Dadurch, daß die Zwischenführungsglieder und 50 in der erfindungsgemäßen Weise sich seitlich in allen Richtungen bewegen können, wird den Druckdrähten an jeder Führungsstelle eine zusätzliche effektive Masse hinzugefügt, was zu einer Verminderung der lateralen Eigenfrequenz der Druckdrähte führt. Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel beträgt die Gesamtmasse der Zwischenführungsglieder etwas mehr als die gesamte Masse der Druckdrähte, obwohl dieser Faktor für sich selbst keine wesentliche Rolle zu spielen scheint. Es sei darauf hingewiesen, daß die "effektive" Masse eines Führungsgliedes zu einem beliebigen Zeitpunkt in bezug zu den Druckdrähten 14 sich von seiner tatsächlichen Masse unterscheiden kann, da das Führungsglied teilweise von solchen Druckdrähten gehalten werden kann, welche zu diesem Zeitpunkt gerade nicht betätigt werden, und somit dem zu diesem Zeitpunkt gerade betätigten Druckdraht nicht die volle Dämpfungswirkung zuteil werden läßt.

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Die Führungsglieder 30 und 50 werden in seitlicher Richtung durch die Kombination bzw. die Anordnung der Druckdrähte 14, welche sich durch diese Zwischenführungsglieder erstrecken, und durch die festen Führungsglieder 26 und 28 an den beiden Enden des Rahmens 12 gehalten. Diese beiden zuletzt genannten Führungsglieder 26 und 28 sind in der Nähe der Enden der Druckdrähte 14 angeordnet. Durch diese Anordnung wird auch eine optimale seitliche Ausrichtung der Zwischenführungsglieder 30 und 50 erreicht, und zwar sowohl im Hinblick auf die beste Ausrichtung in bezug auf die Druckdrähte 14 als auch im Hinblick auf eine minimale Reibung.

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Claims

NCR CORPORATION Dayton, Ohio (V.St.A.)

Patentanmeldung

Unser Az.: Case 2603/GER

DRUCKVORRICHTUNG

Patentansprüche:

Druckvorrichtung, gekennzeichnet durch einen Rahmen (12), mindestens ein Führungsglied (30), welches in diesem Rahmen (12) lose gehalten wird und zur Führung mindestens eines langgestreckten Druckelementes (14) für eine axiale Bewegung desselben dient, und durch Antriebsmittel (92, 94, 98), welche zum Bewegen des Druckelementes (14) in der genannten axialen Richtung zum Herbeiführen eines Druckvorganges mit diesem in Wirkverbindung stehen, wobei das Führungsglied (30) in bezug auf den Rahmen 12 derart gelagert ist, daß es sich in nichtaxialer Richtung des Druckelementes (14) frei bewegen kann, um eine seitliche Bewegung des letzteren zu dämpfen.

2. Druckvorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch mehrere Führungsglieder (30, 50), die jeweils in einer annähernd senkrecht zur Achse des Druckelements (14) liegenden Ebene angeordnet und innerhalb dieser Ebene in mindestens zwei Richtungen bewegbar sind.

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3. Druckvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenfläche des Rahmens (12) mit mehreren Nuten (42, 62) zur Aufnahme jeweils eines Führungsgliedes (30, 50) versehen ist, und daß die Führungsglieder (30, 50) eine solche Dicke aufweisen, daß sie innerhalb der Nuten (42, 62) eine Gleitbewegung ausführen können.

4. Druckvorrichtung nach einem der Ansprüche oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Rahmen (12) eine langgestreckte Form nit annähernd rechteckigem Querschnitt aufweist, und daß die Führungsg¹ieder (30, 50) als entsprechend geformte Platten innerhalb des Rahmens (12) lose geführt sind.

5. Druckvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch mehrere Druckelemente (14), welche durch mindestens eine der genannten Mehrzahl von Führungsgliedern (30, 50) geführt sind.

6. Druckvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamtmasse der Druckelemente (14) weniger als die Gesamtmasse der Führungsglieder (30, 50) beträgt.

7. Druckvorrichtung nach einem der Ansprüche bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Sicherstellung der richtigen Lage der Führungsglieder (30, 50) im Rahmen (12) die Führungsglieder (30, 50) mit Formstücken (46, 66) versehen sind, die mit entsprechenden

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Formstücken (48, 68) in den Nuten (42, 62) zusammenwirken.

8. Druckvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie Teil eines Druckkopfes (10) eines Drahtmatrixdruckers bildet.

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