Anordnung zum Drucken von Daten mittels steuerbarer elektrischer Entladungen Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur schnellen Ausgabe von Daten, z.B. beim Drucken der Ergebnisse elektronischer Rechenanlagen, nach dem Serienprinzip mittels steuerbarer elektrischer Entladungen.
Bei den bekannten mechanisch bzw. elektromecha nisch arbeitenden Datendruckvorrichtungen, z.B. bei Schnelldruckern, ist die Druckgeschwindigkeit durch die verhältnismässig langsame Geschwindigkeit der Druck organe (im Hinblick auf die zu bewegenden Massen) be grenzt. Die Anwendung des Serienprinzips führt hier zu Druckgeschwindigkeiten, die für die meisten Anwen dungsfälle der Datenverarbeitung untragbar niedrig sind, z.B. bei der Schreibmaschine etwa max. 15 Zeichen pro Sekunde betragen.
Zur Steigerung der Ausgangsge schwindigkeit musste man zum Parallelbetrieb überge hen, wie er heute z.B. bei den bekannten Typenrad- und Kettenschnelldruckern üblich ist. Hiermit können etwa maximal 20 Zeilen bzw. 2400 Zeichen pro Sekunde ge druckt werden.
Wesentlich höhere Druckgeschwindigkeiten werden erreicht, wenn man anstelle der mechanischen Ausgabe organe, z.B. der Typen oder Hämmer beim Drucker, elektrische Hilfsmittel einsetzt, wie z.B. bei den bereits vorgeschlagenen elektrographischen Druckern oder dem Drucken mittels Druckwellen. Der Druckvorgang spielt sich hier in wenigen lis ab, er ist also etwa ein bis zwei Grössenordnungen schneller als beim mechanischen Drucker.
Die damit theoretisch erreichbaren Druckge schwindigkeiten können in den meisten Fällen nicht mehr ausgenutzt werden, schon allein im Hinblick auf den erforderlichen Papiertransport.
Wie eingangs erwähnt, betrifft die Erfindung eine Anordnung bei der das Drucken eines Zeichens mittels einer steuerbaren elektrischen Entladung erfolgt, also an sich sehr schnell geschehen kann, andererseits die ver schiedenen Zeichen nach dem aufwandsparenden Serien prinzip abgedruckt werden.
Bei einer solchen Anordnung geht die Druckgeschwindigkeit etwa im selben Mass zu rück wie Stellen serienmässig angesteuert werden. Bei Ansteuerung von z.B. um eine Grössenordnung höher als bei den mechanischen Druckern, wobei der Aufwand in der Ansteuerung etwa auf den zehnten Teil gesunken ist.
Die Erfindunge ist dadurch gekennzeichnet, dass eine kontinuierlich drehende Typenwalze mit aneinander lie genden, tangentialen Typenreihen und eine einer Typen- reihe zugeordnete funkengezündete Druckkammeran- ordn:
ung zur Steuerung des Papierandruckes an die Ty penwalze vorgesehen ist und mit der Typenwalze ein mit ihr synchron laufender Funkenverteiler gekuppelt ist, der die Zündfunkenverteilung an der Druckkammeranord- nung steuert, einen Zündfunkengenerator triggert und weitere Kommandos, z.B. für ein Zeichenregister, liefert.
Die Zeichnung stellt ein Ausführungsbeispiel dar. Es zeigen: Fig. 1 eine schematische Anordnung der Vorrichtung, Fig. 2 eine Abwicklung der Typenwalze, Fig. 3 ein Schaltbild zur Erzeugung der Triggersignale für die Steuerfunktionen, Fig. 4 ein schematisches Beispiel des Verteilers, Fig. 5 ein Impulsdiagramm.
Die Erfindung wird am Beispiel eines zehnstelligen Druckwerkes, das mittels einer beim Funkenüberschlag entstehenden Druckwelle arbeitet, erläutert. Nach Fig. 1 ist bei der schematischen Anordnung eine Typenwalze T, eine Druckkammeranordnung F mit 10 Entladungs kammern F1...Flo, ein Zünd- und Triggerverteiler V, ein Zündgenerator G vorgesehen.
Die Entladungskammern enthalten eine vorgespannte Funkenstrecke, die mittels der Zündelektroden Z ge zündet wird. Die Steuerelektronik besteht aus dem Zif fernregister Z., den Und-Gattern U1 und Uz sowie der bistabilen Kippstufe FF. Der Vorschub des Papiers P erfolgt zwischen T und F senkrecht zur Zeicheneben. Der Hubmagnet M, das Transportrad R und die An druckrolle D sind jedoch der Übersichtlichkeit halber in die Zeichenebene verlegt worden.
Die ebenfalls in Fig. 1 gezeigten zwei Stellen des Akkumulators A gehören be reits zum Rechenwerk einer Datenverarbeitungsanlage. Dis sich kontinuierlich drehende Typenwalze T ent hält für jede der zu druckenden Stellen am Umfang einen Zeichensatz von einander anliegenden Typenreihen, z.B. aus den Ziffern 0 bis 9.
Die Anordnung beruht nun dar auf, dass die Typenwalze pro Reihe von gleichen Typen zeitlich nacheinander abgetastet wird. Die Fig. 2 zeigt die Abwicklung der Typenwalze und die Rasterung bei der Abtastung. Für jede vor dem Papier stehende Ziffer werden sämtliche 10 Druckstellen nacheinander durch den Verteiler V abgetastet. Wenn der Verteiler alle Stel len überstrichen hat; muss sich die Typenwalze um den Zeichenteilungswinkel
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gedreht haben.
Wenn neben den 10 echten Stellen eine Leerstelle für die Umschaltung auf das nächste Zeichen vorgesehen wird, dann müssen infolge der gleichzeitigen Drehung der Typenwalze die sich entsprechenden Zei chen der einzelnen Stellen insgesamt um den Winkel c am Umfang versetzt sein:
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Jede der zehn Entladungskammern Fl,.,lo enthält eine Entladungsstrecke mit einer Zündelektrode.
Die durch die Funkenentladung entstehende Druckwelle dient dazu, das Papier P gegen die Type der Typenwalze T zu drük- ken. Jede der Entladungskammern liegt an einem über einen Widerstand aufgeladenen Kondensator, dessen Spannung zum Zünden noch nicht ausreicht. Die Zün dung erfolgt im gewünschten Augenblick durch einen Hochspannungsimpuls an der Zündelektrode, der vom getriggerten Zündgenerator G geliefert wird.
Der Verteiler V führt insgesamt vier Funktionen aus: 1. Verteilung des Zündgenerators an die einzelnen Druckstellen der Zeile, (Kontaktenserie d) 2. Gewinnung der Triggerimpulse für den Zündgene- rator G und der Schiebeimpulse für den Akkumulator A des Rechenwerkes, (c) 3. Lieferung eines Impulses für jedes neue Zeichen der Typenwalze an das Zeichenregister ZZ, (b) 4. Lieferung eines Impulses in, der Anfangsstellung der Typenwalze T.
(a) Alle diese Funktionen erfolgen durch Hochspannungs entladungen (Funken), es werden also keine schleifenden Kontakte benötigt. Die Gewinnung der Triggerimpulse für die Funktionen 2 bis 4 erfolgt auf die in Fig. 3 ge zeigte Weise:
Der Kondensator C liegt über dem Lade widerstand RL an der Hochspannung U (z.B. 2 kV). Beim Überspringen eines Funkens an der entsprechenden Verteilerstrecke V' dient die bei geeignet gewählten Widerständen R1 und R.= an R2 abfallende Spannung UTr als Triggersignal.
Zum Drucken einer Zeile muss der Verteiler V die Stellen 10mal, nämlich für jedes Zeichen auf der Typen walze T einmal überstreichen, er müsste also 10mal so schnell laufen wie die Typenwalze. Zur Vermeidung eines Getriebes erhält der Verteiler V vorteilhafterweise an stelle eines Armes die 10 Arme Ao...A" und kann dann auf derselben Welle mit der Typenwalze sitzen (Fig. 4). Neben der Einsparung des Getriebes wird auf diese Weise das den Gleichlauf zwischen Typenwalze und Ver teiler störende Getriebespiel vermieden.
Fig. 4 zeigt das Prinzip des Verteilers. Um die Spei sung der rotierenden Verteilerarme Ao...A9 zu vermeiden, sind die Arme als Brücken zwischen den verschiedenen. Verteilerkontakte d; c; b und a und zugehörigen, fest stehenden Speisesegmenten S1,_,3 ausgebildet.
Auf diese Weise setzt sich jede der in Fig. 3 eingezeichneten Fun kenstrecken V' in Wirklichkeit aus zwei Funken, näm lich einem Funken von einem Speisesegment z.B. S, zu den Brücken Ao",o und einem Funken von den betref fenden Brücken A,
_"9 zu einem der Verteilerkontakten C zusammen. Ebenso erfolgt die Verteilung der Zünd- funken auf die Zündelektroden Z der Entladungskam mern über zwei zusätzliche Funken, nämlich von S1 über die Verteilerarme auf die Zündlamelle d. Da jeder Ver teilerarm während dem Passieren einer Reihe gleicher Typen an den Druckstellen nur 1/1o des Umfanges über streicht, können die einzelnen Funktionen auf verschie dene Kreisausschnitte verteilt werden.
Auf diese Weise kommt man im vorliegenden Ausführungsbeispiel mit 3 Spuren im Verteiler aus, eine (a) für den Triggerimpuls für die Anfangsstellung der Typenwalze, eine (b) für die Zeichenimpulse und eine (c und d) für die Triggerung und Erzeugung der Funken in den Funkenkammern Fl...Flo.
Die Triggerung der Anfangsstellung darf bei einer Umdrehung der Typenwalze nur einmal erfolgen; dies wird erreicht, indem die der Ziffer Null entsprechende Verteiler-Brücke A, auf die innere Spur (a) verlängert wird.
Die Ziffer Null selbst erhält jedoch keine Brücke für die mittlere Spur (b), da sie keinen Zeilenimpuls lie fern darf. Fig. S zeigt schematisch die zeitliche Zuord nung des Verteilers und der Triggerimpulse: Zunächst wird die Anfangsstellung durch den An- schlusskontakt a geliefert.
Der Kontakt b liefert die Im pulse für die Zeichen 1 bis 9 in das Zeichenregister ZZ. Beim Erreichen der Kontakte C werden die Triggerim- pulse für den Zündgenerator G (Fig. 1) erzeugt, die gleichzeitig als Schiebeimpuls für den Akkumulator A des Rechenwerks dienen können. Schliesslich liefern die Kontaktbrücken über Segment S1 und Lamellen d die im Zündgenerator erzeugte Spannung an die Zündelektroden Z der 10 Entladungskammern Fl...Flo (Fig. 1).
Die Wirkungsweise des Druckers ist im Prinzip fol gende: Typenwalze T und Verteiler V laufen dauernd. Der Inhalt des Zeichenregisters ZZ wird laufend mit dem In halt der letzten Stelle des Akkumulators A auf über- einstimmung im Gatter U2 verglichen. In der Ruhestel- lung steht jedoch die bistabile Kippstufe FF auf Stel lung Null, wodurch die Gatter U1 und U_# gesperrt sind.
Auf diese Weise gelangen weder die Zeichenimpulse in das Register ZZ noch kommt irgendeine Koinzidenz zwi schen Zeichenregister und Akkumulator zur Wirkung. Soll gedruckt werden, dann wird der Schalter S geschlos sen. Der nächste Anfangsimpuls vom Kontakt a stellt dann das Zeichenregister ZZ auf Null und die Kippstufe FF in die Stellung 1 , wodurch die Gatter U1 und U.., geöffnet werden. Ferner wird der Vorschubmagnet M stromlos und durch die Kraft der Feder M' im Leer lauf nach oben gezogen.
Wenn die erste im Akkumulator A befindliche Stelle Null ist, triggert die Vorderflanke des Impulses aus den Kontakten c den Zündgenerator G, dessen Spannung über das Segment S1 und Lamellen d die Entladung der ersten Stelle zündet. Die Rückflanke des c-Impulses schiebt die zweite Stelle der zu druk- kenden Zahl in die letzte Stelle des Akkumulators. Nur, wenn hier wieder eine Null steht, wird in der zweiten Stelle der Zeile gedruckt usw.
Nach einmaligem über streichen des Segmentes S1 sind alle Stellen, die eine Null enthalten, gedruckt worden. Inzwischen hat sich die Typenwalze T von der Ziffer Null auf die Ziffer 1 weiter gedreht: Der Verteilerarm A1 stellt über Kontakt b das Zeichenregister in die Stellung<B> 1 .</B> Beim nächsten Über streichen des Segmentes S1 werden alle Einsen gedruckt usw. Nach einer Umdrehung der Typenwalze sind sämt liche Stellen ausgedruckt.
Der nächste Anfangsimpuls von Kontakt a stellt das Register ZZ auf 0 , der hierbei entstehende Übertrag setzt die Kippstufe FF auf 0 zu rück, wodurch die beiden Gatter U1 und U2 wieder ge sperrt sind. Ausserdem erregt der 0-Ausgang von FF den Vorschubmagneten M, der über Klinke und Raster scheibe R das Papier P um eine Zeile weiterschiebt. Für den Vorschub steht die Zeit einer Umdrehung des Typen rades zur Verfügung. Anschliessend stellt der nächste a-Impuls die Kippstufe FF wieder auf Stellung<B> l ,</B> der Druck der zweiten Zeile beginnt usw.
Soll jeweils nur eine Zeile gedruckt werden, kann dies durch einen kur zen Druckbefehl erfolgen. Das Drucksignal stellt das Ziffernregister ZZ in Stellung<B> 1 .</B> Der nächstfolgende a-Impuls stellt den Zähler wieder zurück und der hier bei entstehende Ausgangsimpuls in der ersten Stufe des Registers stellt die Kippstufe FF ein und der Druck einer Zeile läuft, wie beim Dauerdruck geschildert, ab.
Nach Abdruck sämtlicher Stellen, stellt wiederum der über tragungsimpuls des Zeichenregisters ZZ die Kippstufe FF auf 0 , das Papier wird um eine Zeile vorgeschoben und das Drucken bleibt bis zum nächsten Druckbefehl unterbunden.
Für das Überstreichen einer Druckstelle durch den Verteiler steht maximal die Zeit
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zur Verfügung, wenn die Isolation zwischen zwei Zünd <B><U>,</U></B> amellen d gleich der Lamellenbreite gewählt wurde. Hierbei bedeuten: s ... Zahl der zu druckenden Stellen 1 ... Zahl der Leerstellen (z.B. 2) n ... Zahl der verschiedenen Zeichen z ... Druckgeschwindigkeit in Zeilensec Für den Durchlauf einer Zeichenteilung über die Entladungskammern wird die Zeit
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benötigt.
Die Zeit, die zum Drucken eines Zeichens zur Verfügung steht, muss daher die Bedingungen
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erfüllen. Die erste Bedingung bedeutet, dass die gewünsch te Stellenlamelle d wirksam ist, die zweite Bedingung ist ein Mass für den Stand des abzudruckenden Zeichens in der Zeile. Diese Bedingung ist im allgemeinen die härtere. Lässt man eine Höhenschwankung in der Zeile von etwa 5% zu, so ist die zulässige Synchronisations- schwankung der Funkenstrecke
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Die Synchronisationsschwankung setzt sich im wesent lichen aus 3 Komponenten zusammen: 1.
Statische Schwankung in der Zündung der Fun kenstrecke, 2. Zeitliche Schwankung der Triggerimpulse infolge des Wackelns an Verteiler-Kontakten C, 3. Zeitliche Schwankung im Einsatz des Zündgene- rators. Die Schwankung 3 lässt sich stets genügend unter drücken.
Ebenso kann man die Schwankung 2 durch Vergrösserung des Verteilerdurchmessers genügend klein halten, so dass praktisch die Schwankung im Zündein satz der Entladungsstrecken die auftretenden Synchroni- sationsschwankungen allein verursachen werden. Geht man hier, z.B. von 2 [,s aus, dann ergibt sich aus G1. (6) tz = 80 u,s.
Für alphanumerischen Druck (c .@ 50) folgt damit aus G1. (4) für die Druckgeschwindigkeit (bei 10 Stel len in Serie): z = 120 Zeilen/ s Druckt man nur numerisch, dann können z.B. für eine Druckgeschwindigkeit von 50 Zeilen/s sogar 120 Stellen in Serie angesteuert werden. Aus diesen Zahlenbeispielen ist die hohe Druckgeschwindigkeit einerseits und der ge ringe Aufwand für die Ansteuerung der Entladungs kammern andererseits deutlich zu erkennen.
Will man noch höhere Geschwindigkeiten bei grosser Stellenzahl erreichen, also z.B. bei alphanumerischem Druck 120 Stellen mit 100 Zeilen/s, dann lässt sich dies dadurch erreichen, dass 10 Vorrichtungen gemäss Fig. 1 parallel geschaltet werden: Mit der Typenwalze von 120 Stellen sind jetzt 10 Verteiler gemäss Fig. 4 verbun den, die 10 Zündgeneratoren für jeweils 12 Stellen an treiben, wobei Teile der Steuereinrichtung (z.B. das Zeichenregister) und natürlich der Papiervorschub nur einmal vorhanden zu sein brauchen.
Die beschriebene Vorrichtung druckt während einer Umdrehung der Typenwalze, während der nächsten Um drehung erfolgt der Papiervorschub. Druckzeit und Vor schubzeit sind hier also gezwungenermassen gleich gross. Zur Erzielung optimaler Druckgeschwindigkeit ist es aber auch möglich, das Verhältniss von Druck- und Vorschubzeit beliebig zu verändern, indem das Drucken und Vorschieben während einer Umdrehung der Typen walze erfolgen. Der auf den Vorschub fallende Dreh winkel der Typenwalze ist dann nicht mit Zeichen be setzt.
Der geschilderte Drucker arbeitet mit horizontaler Abtastung, denn es werden für jeweils eine Ziffer zuerst alle Stellen abgetastet, dann kommt die nächste Ziffer an die Reihe usw. Es ist aber auch möglich, mit verti kaler Abtastung zu arbeiten, indem zuerst für eine Stelle alle Ziffern abgefragt werden usw.
Soll auch hier das Getriebe zwischen Typenwalze und Verteiler vermieden werden, muss die Typenwalze auf ihrem Umfang den Zeichensatz so oft enthalten wie Stellen in Serie gedruckt werden sollen. Der Vorteil dieser vertikalen Abtastung liegt darin, dass das Papier kontinuierlich bewegt wer den kann, wenn zwischen Vorschubrichtung und Achse der Typenwalze ein geeigneter, vom 90 abweichender, Winkel eingestellt wird.