EP0401881A2 - Nadeldruckkopf mit Antriebs- und Rückholklappankermagneten - Google Patents

Nadeldruckkopf mit Antriebs- und Rückholklappankermagneten Download PDF

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EP0401881A2
EP0401881A2 EP90115152A EP90115152A EP0401881A2 EP 0401881 A2 EP0401881 A2 EP 0401881A2 EP 90115152 A EP90115152 A EP 90115152A EP 90115152 A EP90115152 A EP 90115152A EP 0401881 A2 EP0401881 A2 EP 0401881A2
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EP
European Patent Office
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armature
magnet
needle
magnets
hinged
Prior art date
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EP90115152A
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English (en)
French (fr)
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EP0401881B1 (de
EP0401881A3 (de
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Jürgen Hilkenmeier
Hans Werner Volke
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Wincor Nixdorf International GmbH
Original Assignee
Protechno CES GmbH and Co KG
Siemens Nixdorf Informationssysteme AG
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Priority to AT90115152T priority patent/ATE94470T1/de
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Publication of EP0401881A3 publication Critical patent/EP0401881A3/de
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/22—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by selective application of impact or pressure on a printing material or impression-transfer material
    • B41J2/23—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by selective application of impact or pressure on a printing material or impression-transfer material using print wires
    • B41J2/27—Actuators for print wires
    • B41J2/275—Actuators for print wires of clapper type
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J9/00—Hammer-impression mechanisms
    • B41J9/16—Means for cocking or resetting hammers
    • B41J9/24—Electromagnetic means

Definitions

  • the invention relates to an electromagnetic drive for the printing needle of a needle print head, with a folding armature magnet, the folding armature of which acts with its free end on the printing needle and can be moved into its rest position by means of a reset arrangement.
  • a needle printhead the armature of which is made from a ferromagnetic part by turning and milling, is known.
  • the anchor ends lie in one plane; however, these are only leveled by turning and not by lapping, since a protruding retaining edge is provided with a bearing groove for the anchor, which does not permit any other processing. Since the armature rests on the middle yoke, the air gap results from the distance between the cover contact surface and the armature end face, the thickness of the stop and the thickness of the armature. He is u. a. dependent on the rotational accuracy of the end face and the support surface.
  • DE 31 49 300 A1 discloses a magnetic system of a wire dot print head, in which the pole faces are flat and an armature holder surface and an armature surface without an air gap are arranged in the same plane.
  • An air gap is therefore not available as an intermediate energy store; the pressure energy comes from a spring, which entails considerable tolerances.
  • the retraction speed is completely undefined.
  • the reset arrangement is a second hinged armature magnet, the hinged armature of which is identical to that of the first and the magnetic yoke is arranged on the side of the hinged armature facing away from the magnetic yoke of the first hinged armature magnet.
  • the spacer is made from stamped and layered sheets, preferably from three sheets. In this case, enlarged cutouts are preferably punched into the middle of the layered sheets, which serve to receive a pivot bearing pin of the armature.
  • the hinged armature magnets are expediently mounted on a base plate with recesses, and the windings are then pushed on and soldered.
  • the light metal body is turned out to accommodate the coils and the base plate.
  • the sealing compound is introduced and the end and pole surfaces are ground together, so that a defined reference surface is provided for the spacer assembly.
  • the sheets of the spacer can be easily manufactured as stamped parts with a closely tolerated sheet thickness.
  • the anchors of a needle head are grasped and ground as a complete set before the bearing pins are inserted, so that only one grinding process, namely the one relevant to the anchor thickness, results in all air gap widths, which thus have practically no difference between them.
  • the armature pole faces are radially tapered with respect to the pivot bearing, so that a flat contact is achieved both on the pole faces and on the stop face for the purpose of high damping and a minimization of the remaining gap.
  • the end face of the stop body facing the anchor is also ground so that the air gap and thus the armature stroke is determined by the thickness of the spacer or the total thickness of its sheets less the armature thickness.
  • This temporal imprint accuracy is all the more important, the faster the character string and thus the head feed is guaranteed, which, for example, with high-speed print heads.
  • B. is 200 characters per second, which corresponds to a feed rate of 50 cm / sec. Because of the exact temporal flight behavior of the needles and the resulting good typeface at high speed, there is the advantage that a high-resolution typeface with z. B. 24 or 36 needles with so-called "near letter quality" can be created at high speed with a corresponding number of anchors and needles.
  • a particularly advantageous embodiment enables a high working speed with a simple construction and simple manufacture, with the electromagnets with yokes and windings, the windings of which are fastened on the spacer in mirror image of the pull-up magnet as the restoring means and as the stop body on the same armature can be connected to the control device, which energizes these reset electromagnets only when the mirror electromagnet is not energized.
  • the spacer is made of three stamped and layered sheets.
  • enlarged cutouts are punched into the middle of the layered sheets, which serve to receive a pivot bearing pin of the armature.
  • the hinged armature magnets are expediently mounted on a base plate with recesses, and the windings are then pushed on and soldered.
  • the light metal body is turned out to accommodate the coils and the base plate.
  • the sealing compound is introduced and the end and pole faces are ground together so that a defined reference surface is provided for the spacer assembly.
  • the sheets of the spacer can be easily manufactured as stamped parts with a closely tolerated sheet thickness.
  • the anchors of a needle head are grasped and ground as a complete set before the bearing pins are inserted, so that only one grinding process, namely the one relevant to the anchor thickness, results in all air gap widths, which thus have practically no difference between them.
  • the armature pole faces are radially tapered with respect to the pivot bearing, so that a flat contact is achieved both on the pole faces and on the stop face for the purpose of high damping and a minimization of the remaining gap.
  • the end face of the stop body directed towards the anchor is also ground so that the air gap and thus the anchor stroke is determined by the thickness of the spacer or the total thickness of its sheets less the anchor thickness.
  • This temporal imprint accuracy is all the more important, the faster the character string and thus the head feed is selected, which, for example, with high-speed print heads.
  • B. is 200 characters per second; what one Corresponds to a feed rate of 50 cm / sec. Because of the exact temporal flight behavior of the needles and the resulting good typeface at high speed, there is the advantage that a high-resolution typeface with z. B. 24 or 36 needles with so-called "near letter quality" can be created at high speed with a corresponding number of anchors and needles.
  • the high-speed writing that can be achieved with narrow air gap tolerances and with spring return of the armature is increased in that a reset electromagnet is assigned to each pull-in magnet of the hinged armature instead of a spring as the restoring means.
  • the working magnet only needs to set the armature and the needle in motion when the return magnet is deenergized and bring in the energy required for printing; there is no tensioning of the return spring, so that with the same dimensioning of the components and otherwise corresponding operating conditions, a printing speed which is about 30% higher is achieved.
  • the arrangement of the return magnets is preferably a mirror image of the pull-in magnets, and their manufacture is correspondingly simple.
  • the pole faces of the reset magnets serve as a stop for the armature in the idle state. Since less power is required for the reset; because the impact energy of the needles, which is not consumed during the printing process, causes the needles to rebound; the return magnets can also be provided with shorter legs and smaller coils. To hold the returned armature, only a relatively small flow of about 20% of the suit flow is required, since the remaining gap is very narrow, so that only very small losses occur in the windings when holding, which are known to be square-dependent on the flow, i.e. approximately 0.5 per mille.
  • the non-linear polar force characteristic of a restoring magnet can be fully exploited without special effort in that the pole faces of the permanent magnet are machined together with the pole faces of the electromagnets during the grinding process and thus a flat contact of the armature is achieved.
  • a practically stress-free and torsion-free mounting of the armature in relation to the magnetic poles and the pressure needle is advantageously achieved in that the needles and / or the pivot bearing bolts are welded to the armature in situ, for which purpose preferably laser or electron beam welding is used.
  • these electromagnets are each advantageously excited by pulsating current before the welding and are subjected to a continuous current during the welding.
  • Fig. 1 shows etrwa 5 times enlarged a cross section through a needle printhead from the central axis (M) in the radial direction with a light metal body (1) in which a magnet yoke (3) carrying a winding (4) is cast.
  • the magnetic yoke (3) is inserted into a recess in the base plate (2).
  • the base plate (2) which is used for the complete assembly of the tightening magnets with the windings (4) and the electrical connections, is held in one turn (12) centrally in the metal block (1).
  • the segment-shaped recesses (42) in the light metal body (1) are filled with casting compound, via which the heat from the windings (4) of the magnet is dissipated.
  • cooling ribs (17) are integrally formed on the outside of the light metal body (1), and the webs between the magnets serve to absorb heat.
  • the casting compound is selected with high heat conduction, for which purpose.
  • B. serve as filler metal particles.
  • the end face (S1) of the light metal body (1) and the pole faces (S2) of the magnet yokes (3) are ground together.
  • Spacers (70, 71, 71A) are arranged on the end face (S1), in which the hinged armature (5) is pivotably mounted, at the end of which extends to the center of the head, a pressure needle (51) is attached, which is arranged in web-shaped needle guides (61) are slidably mounted towards the pressure mouthpiece, not shown.
  • the needle guides (61) are held in a known manner in a housing (6) which is fastened to the light metal body (1) with screws (62) in cylindrical grooves (18).
  • the pivoting mobility of the armature (5) is limited by the stop surface, which is just ground with the support surface (S1A)) of the stop body on the spacer (71A, 70, 71).
  • the air gap (SP) of the hinged armature magnet thus results from the difference between the total thickness (D) of the spacer and the armature thickness.
  • a reset electromagnet (3A, 4A) is arranged on the armature (5) as a reset means for the armature (5).
  • a spring (15) and / or a permanent magnet (15M) can be inserted into cylindrical openings in the light metal body (1, 1A).
  • the return electromagnets (3A, 4A) are each arranged symmetrically with respect to the Anekr (5) in mirror image to the tightening electromagnets (3, 4), whereby they are also fixed in a base plate (2A) and cast in a light metal body (1A) .
  • the pole faces of the return magnets (3A) form the stop faces (S2A).
  • the two base plates (2, 2A) are closed off by cover plates (41, 41A).
  • Fig. 2 shows a circuit arrangement for controlling the windings of a pull-in magnet and a return magnet (4, 4A).
  • the operating voltage (U) is fed to a controllable current source (1Q), which expediently contains a pulse pause control (PP) and a free-wheeling circuit (FD), the output (I) of which via controllable switches (RS, AS) to the winding (4A) of the reset magnet or the winding (4) of the control magnet is switched.
  • PP pulse pause control
  • FD free-wheeling circuit
  • a central pressure control (ZS) sends a control signal (A) to the switch (AS) for a given triggering time, which is determined depending on the desired stroke strength and the available pressure, and the pressure control (ZS) determines the pressure at the same time Current strength of the current source (IQ) via the current control signal (IS).
  • the switch (RS) is opened via a correspondingly polarized signal (R) and the reset and holding magnet (4A) is released.
  • the control signal (A) is switched off and the reset magnet current is switched on with the control signal (R).
  • the current strength is advantageously chosen to be approximately the same size as during propulsion, so that approximately the same initial magnetic field strength is built up in the air gap, which causes the direction of the anekr to be reversed quickly. Thereafter, a much lower current is specified by changing the current control signal (IS), whereby the Stop the Anekrs not a strong rebound but a hold, so that the needle can be operated again immediately or at any predetermined time without waiting.
  • IS current control signal
  • the energy of a winding (4, 4A) that has just been switched off is transferred to the winding that is switched on at the same time and actuates the same armature, thereby significantly accelerating the current build-up or breakdown.
  • transfer diodes (D3, D4) mutually form a series connection of these windings, the blocking diodes (D1, D2) effecting their mutual decoupling.
  • the flooding during the pull-in time is expediently about 1: 3 of the suit flooding.
  • the flow is then reduced to a holding flow of approximately 2% of the value of the suit flow.
  • An advantageous energy-saving energization of the restoring magnets (3A, 4A) results in each case by utilizing the rebound energy of the printing needles (51) and the armature (5), in that after switching off the energization, which occurs, for example, in the event of a needle impact, there is a waiting time without energization, which lasts until for complete anchor reversal, e.g. B. 10 to 20 microseconds, after which the energization of the restoring magnets (3A, 4A) takes place with 1/3 to 1/10 times the suit flow and until the armature (5) strikes the stop and has given off its rebound energy there, which takes about 3/2 to 1 times the tightening time. The current is then switched down to the holding current of approx.
  • the specified working areas relate to printing up to five uses and more than five uses.
  • the appropriate values are specified. Preferably, the default values can be changed between two operating states in a switchable manner. If there are more than five uses, the maximum suit flow is used, and if there are fewer than five uses, the suit flow is reduced from 3/4 of this maximum value.
  • FIG. 3 and 4 show the spacer plates (70, 71) which have segment-shaped extensions, between which the anchors are arranged in cutouts (75, 72).
  • the laterally widened cutouts (76) serve to accommodate the pivot pin.
  • the bores (73, 74) serve for pinning with the metal bodies.
  • Fig. 5 shows an anchor (5), which is composed of sheets (53), of which the middle sheet (53M) is extended to the needle (51).
  • the pivot bearing journal (52) is fastened in a groove (54) on the rear anchor end.
  • the thickness of the armature (5) is tapered in accordance with the swivel angle, so that it has a minimal final air gap over its length in both swivel directions, which results in a good use of energy and a low holding flow.

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Abstract

Nadeldruckkopf mit Klappankermagneten (3,4,5), die in ringförmiger Anordnung in einem Metallkörper (1) angeordnet sind.
Der Anker (5) ist in einem Abstandshalter (70,71,71A) schwenkbar gelagert, und beidseitig de Ankers (5) sind Elektromagnete (3,4;3A,4A) spiegelbildlich angeordnet, von denen jeweils einer als Rückstell-Elektromagnet dient.
Eine Ansteuerschaltung für die Anzugs- und Rückstell-­Elektromagnete (3,4;3A,4A) ist geoffenbart.
Hohe Abdruckgenauigkeit und -geschwindigkeit wird erreicht.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen elektromagnetischen Antrieb für die Drucknadel eines Nadeldruckkopfes, mit einem Klappankermagneten, dessen Klappanker mit seinem freien Ende auf die Drucknadel einwirkt und mittels einer Rückstellanordnung in seine Ruhelage bewegbar ist.
  • Aus DE-AS 18 17 848 ist ein Nadeldruckmagnet mit elektromagnetischen Anzug und Rückzug bekannt, wofür jedoch zwei völlig getrennte Magnetanordnungen vorgesehen sind, die eigene Anker aufweisen. Diese doppelete Anekermasse bringt einen langsamen Betrieb mit sich. Außerdem ist zusätzlich eine Feder zur Vorgabe der Ankerruhelage vorgesehen, die beim Anzug mitbetätigt werden muß, was weieter Energie während der Anzugszeit braucht und die Anzugsgeschwindigkeit mindert.
  • Es ist aus DE-OS 21 10 410 ein Nadeldruckkopf mit einer derartigen Klappankermagnetanordnung bekannt, bei der auf einer Grundplatte die einzelnen Klappankermagnete mit den Ankern, Lager- und Rückstellmitteln montiert sind. Diese Anordnung hat den Nachteil, daß mit ihr enge Luftspalte der Anker zu den Klappankermagneten von einigen zehntel Millimetern Weite, wie sie für Hochgeschwindigkeitsköpfe erforderlich sind, nur durch Einzeljustage jedes Ankers mit entsprechenden Justagemitteln einstellbar sind, oder daß sehr hohe Aufwendungen für die Maßhaltigkeit aller Bauteile, nämlich der Anker und Joche sowie der Anschlagteile, bei der Herstellung getrieben werden müssen. Außerdem muß die Leistungsaufnahme der Magnetspulen wegen des geringen Wärmeübertragungsquerschnittes zum Magnetkopfgehäuse begrenzt werden, was die Baugröße und Arbeitsgeschwindigkeit der Magnete bestimmt bzw. begrenzt.
  • Aus DE 22 01 049 B2 ist ein Nadeldruckkopf, dessen Anker aus einem ferromagnetischen Teil durch Drehen und Fräsen hergestellt ist, bekannt. Es liegen dabei zwar die Ankerenden in einer Ebene; diese sind jedoch nur durch Drehen und nicht durch Läppen geebnet, da ein überstehender Halterand mit einer Lagernut für den Anker vorgesehen ist, der eine andere Bearbeitung nicht zuläßt. Da der Anker auf dem mittleren Joch aufliegt, ergibt sich der Luftspalt aus dem Abstand der Deckelauflagefläche zur Ankerstirnfläche, der Dicke des Anschlages und der Dicke des Ankers. Er ist somit u. a. von der Drehgenauigkeit der Stirn- und der Auflagefläche zueinander abhängig.
  • Weiterhin ist aus DE 31 49 300 A1 ein Magnetsystem eines Nadeldruckkopfes bekannt, bei dem die Polflächen eben sind und eine Ankerhalterfläche und eine Ankerfläche ohne einen Luftspalt in der gleichen Ebene angeordnet sind. Ein Luftspalt ist somit als Energiezwischenspeicher nicht vorhanden; die Andruckenergie kommt aus einer Feder, was erhebliche Toleranzen mit sich bringt. Mangels eines definierten Luftspaltes ist die Rückzuggeschwindigkeit völlig undefiniert.
  • Weiterhin ist aus DE-GM 19 23 036 ein Zeilendrucker-­Klappankermagnet mit einem elektromagnetischen Rückholmagneten bekannt, dessen Anker als Winkelhebel ausgebildet ist, dessen einer Schenkel den Druckhammer trägt und dessen anderer Schenkel der wirksame Anker ist. Dieser ist endseitig verbreitert, so daß die Polflächen der beidseitig zugeordneten Magnete im Winkel zueinander stehen, was zu einem hohen Montageaufwand führt. Die Ankermasse beträgt ein Mehrfaches eines der magnetisch wirksamen Bereiche, so daß die Arbeitsgeschwindigkeit dadurch gegenüber einem einfachen Magneten herabgesetzt ist.
  • Es ist Aufgabe der Erfindung für einen Nadeldruckkopf eine einfache, relativ kleine Klappankermagnetanordnung hoher Arbeitsgeschwindigkeit zu offenbaren.
  • Die Lösung der Aufgabe besteht darin, daß die Rückstellanordnung ein zweiter Klappankermagnet ist,dessen Klappanker mit demjenigen des ersten identisch ist und dessen Magnetjoch auf der dem Magnetjoch des ersten Klappankermagneten abgewandten Seite des Klappankers angeordnet ist.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
  • Der Abstandshalter ist aus gestanzten und geschichteten Blechen, vorzugsweise aus drei Blechen, hergestellt. Dabei sind vorzugsweise in das mittlere der geschichteten Bleche erweiterte Ausschnitte gestanzt, die der Aufnahme eines Schwenklagerzapfens des Ankers dienen. Die Klappankermagnete werden zweckmäßig auf einer Grundplatte mit Ausnehmungen montiert, und die Wicklungen werden dann aufgeschoben und verlötet. Der Leichtmetallkörper wird für die Aufnahme der Spulen und der Grundplatte ausgedreht.
  • Nach dem Einbau der Magnete wird die Vergußmasse eingebracht, und die Stirn- und Polflächen werden gemeinsam überschliffen, so daß eine definierte Bezugsfläche für die Abstandshaltermontage gegeben ist. Die Bleche des Abstandshalters lassen sich als Stanzteile bei eng tolerierter Blechdicke leicht herstellen. Die Anker eines Nadelkopfes werden vor dem Einsetzen der Lagerzapfen als gesamter Satz gefaßt und überschliffen, so daß nur der eine Schleifvorgang, nämlich der für die Ankerdicke maßgebliche, sämtliche Luftspaltweiten ergibt, die somit untereinander praktisch keine Differenz aufweisen.
  • Beim gemeinsamen Überschleifen der Anker ist es vorteilhaft vorgesehen, die Ankerpolflächen bezüglich des Schwenklagers radial verjüngt zu gestalten, so daß sowohl an den Polflächen als auch an der Anschlagfläche ein flächiges Auftreffen zwecks hoher Dämpfung und eine Minimierung des Restspaltes erbracht wird. Die zum Anker gerichtete Stirnseite des Anschlagkörpers ist ebenfalls überschliffen, so daß der Luftspalt und somit der Ankerhub durch die Dicke des Abstandshalters bzw. die Gesamtdicke von dessen Blechen abzüglich der Ankerdicke bestimmt ist. Hierdurch werden gleiche Ankerflugzeiten bis zum Auftreffen der Drucknadeln auf dem Druckgut gewährleistet, was jeweils ein exakt einer Vorgabe entsprechendes Schriftbild erbringt, da praktisch keine Verschiebung der Auftrefforte der Nadeln auf dem Papier in Bewegungsrichtung des Kopfes gegenüber deren Sollposition bei dem üblichen fliegenden Abdruck entsteht. Diese zeitliche Abdruckgenauigkeit ist um so wichtiger, je schneller die Zeichenfolge und damit der Kopfvorschub gewährlt ist, der bei Schnellschreibköpfen z. B. 200 Zeichen pro Sekunde beträgt, was einer Vorschubgeschwindigkeit von 50 cm/sec entspricht. Wegen des exakten zeitlichen Flugverhaltens der Nadeln und des somit sich ergebenden guten Schriftbildes bei hoher Zeichengeschwindigkeit ergibt sich der Vorteil, daß auch ein hochauflösendes Schriftbild mit z. B. 24 oder 36 Nadeln mit sogenannter "near letter quality" bei hoher Geschwindigkeit bei entsprechender Anker- und Nadelzahl erstellt werden kann.
  • Weiterhin ist es vorteilhaft möglich, rückstellseitig des Ankers zusätzlich eine Feder anzuordnen, die eine Rückstell- oder Haltehilfe bildet.
  • Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung ermöglicht eine hohe Arbeitsgeschwindigkeit bei einfachem Aufbau und einfacher Herstellung, wobei auf dem Abstandshalter spiegelbildlich zu dem Anzugsmagneten als die Rückstellmittel und als der Anschlagkörper auf den gleichen Anker einwirkende Rückstell-­Elektromagnete mit Jochen und Wicklungen in einem Metallkörper befestigt sind, deren Wicklungen mit der Ansteuervorrichtung verbindbar sind, die diese Rückstell-Elektromagnete jeweils nur dann bestromt, wenn der spiegelbildlich gelegene Anzugs-­Elektromagnet nicht bestromt wird.
  • Um einen einfachen Aufbau mit eng toleriertem Luftspalt zu ermöglichen ist der Abstandshalter aus drei gestanzten und geschichteten Blechen hergestellt. Dabei sind in das mittlere der geschichteten Bleche erweiterte Ausschnitte gestanzt, die der Aufnahme eines Schwenklagerzapfens des Ankers dienen. Die Klappankermagnete werden zweckmäßig auf einer Grundplatte mit Ausnehmungen montiert, und die Wicklungen werden dann aufgeschoben und verlötet. Der Leichtmetallkörper wird für die Aufnahme der Spulen und der Grundplatte ausgedreht. Nach dem Einbau der Magnete wird die Vergußmasse eingebracht, und die Stirn- und Polflächen werden gemeinsam überschliffen, so daß eine definierte Bezugsflache für die Abstandshaltermontage gegeben ist. Die Bleche des Abstandshalters lassen sich als Stanzteile bei eng tolerierter Blechdicke leicht herstellen.
  • Die Anker eines Nadelkopfes werden vor dem Einsetzen der Lagerzapfen als gesamter Satz gefaßt und überschliffen, so daß nur der eine Schleifvorgang, nämlich der für die Ankerdicke maßgebliche, sämtliche Luftspaltweiten ergibt, die somit untereinander praktisch keine Differenz aufweisen.
  • Beim gemeinsamen Überschleifen der Anker ist es vorteilhaft vorgesehen, die Ankerpolflächen bezüglich des Schwenklagers radial verjüngt zu gestalten, so daß sowohl an den Polflächen als auch an der Anschlagfläche ein flächiges Auftreffen zwecks hoher Dämpfung und eine Minimierung des Restspaltes erbracht wird. Die zum Anker gerichtete Stirnseite des Anschlagkörpers ist ebenfalls überschliffen, so daß der Luftspalt und somit der Ankerhub durch die Dicke des Abstandshalters bzw. die Gesamtdicke von dessen Blechen abzüglich der Ankerdicke bestimmt ist. Hierdurch werden gleiche Ankerflugzeiten bis zum Auftreffen der Drucknadeln auf dem Druckgut gewährleistet, was jeweils ein exakt einer Vorgabe entsprechendes Schriftbild erbringt, da praktisch keine Verschiebung der Auftrefforte der Nadeln auf dem Papier in Bewegungsrichtung des Kopfes gegenüber deren Sollposition bei dem üblichen fliegenden Abdruck entsteht. Diese zeitliche Abdruckgenauigkeit ist um so wichtiger, je schneller die Zeichenfolge und damit der Kopfvorschub gewählt ist, der bei Schnellschreibköpfen z. B. 200 Zeichen pro Sekunge beträgt; was einer Vorschubgeschwindigkeit von 50 cm/sec entspricht. Wegen des exakten zeitlichen Flugverhaltens der Nadeln und des somit sich ergebenden guten Schriftbildes bei hoher Zeichengeschwindigkeit ergibt sich der Vorteil, daß auch ein hochauflösendes Schriftbild mit z. B. 24 oder 36 Nadeln mit sogenannter "near letter quality" bei hoher Geschwindigkeit bei entsprechender Anker- und Nadelzahl erstellt werden kann.
  • Das bei engen Luftspalttoleranzen und mit Federrückstellung des Ankers erreichbare Hochgeschwindigkeitsschreiben wird dadurch gesteigert, daß als Rückstellmittel jeweils statt einer Feder ein Rückstellelektromagnet jedem Anzugsmagneten des Klappankers zugeordnet wird. Der Arbeitsmagnet muß bei abgeschalteter Bestromung des Rückstellmagneten lediglich den Anker und die Nadel in Bewegung setzen und die zum Drucken notwendige Aufschlagenergie einbringen; ein Spannen der Rückstellfeder entfällt, so daß bei gleicher Dimensionierung der Bauteile und ansonsten entsprlechenden Betriebsbedinungen eine um etwa 30% höhere Druckgeschwindigkeit erreicht wird.
  • Die Anordnung der Rückstellmagnete ist bezüglich der Anzugsmagnete vorzugsweise spiegelbildlich, und deren Fertigung ist entsprechend einfach. Die Polflächen der Rückstellmagnete dienen im Ruhezustand als Anschlag für die Anker. Da für die Rückstellung eine geringere Leistung benötigt wird; denn die Aufschlagenergie der Nadeln, die beim Druckvorgang nicht verbraucht wird, erbringt einen Rückprall der Nadeln; können die Rückstellmagnete auch mit kürzeren Schenkeln und kleineren Spulen versehen werden. Für das Halten des zurückgekehrten Ankers wird nur eine relativ geringe Durchflutung von etwa 20% der Anzugsdurchflutung benötigt, da der Restspalt sehr eng ist, so daß nur sehr geringe Verluste in den Wicklungen beim Halten entstehen, die bekanntlich quadratisch von der Durchflutung abhängen, also etwa 0,5 Promille betragen.
  • Weiterhin ist es vorteilhaft möglich, antriebs- oder rückstellseitig des Anekrs zusätzlich eine Feder oder einen Permanentmagneten anzuordnen, der eine Rückstell- oder Haltehilfe bzw. eine Antriebshilfe bildet. Die nichtlineare Polkraftcharakteristik eines Rückstellmagneten läßt sich ohne besonderen Aufwand dadurch voll ausnutzen, daß die Polflächen des Permanentmagneten zusammen mit den Polflächen der Elektromagnete bei dem Schleifvorgang bearbeitet werden und somit ein planes Anliegen des Ankers erreicht wird. Eine starke Scherung der Permanentmagnetkraft durch einen rückseitig verbleibenden großen Luftspalt zum Rückflußjoch, welches durch den Rückholmagneten gebildet wird, vermeidet eine merkliche Auswirkung von Temperaturänderungen auf die Magnetkraft.
  • Eine praktisch spannungs- und verwindungsfreie Lagerung der Anker in Bezug auf die Magnetpole und die Drucknadel wird vorteilhaft dadurch erreicht, daß die Nadeln und/oder die Schwenklagerbolzen in situ mit dem Anker verschweißt werden, wofür vorzugsweise eine Laser- oder Elektronenstrahl-­Schweißung dient. Um zum Magnetfeld eine exakte Zentrierung der Anker zu erreichen, werden diese Elektromagnete jeweils vor der Verschweißung vorteilhaft durch eine pulsierende Bestromung erregt und bei der Verschweißung mit einem Dauerstrom beaufschlagt.
  • In den Fig. 1 bis 5 sind vorteilhafte Ausgestaltungen dargestellt.
    • Fig. 1 zeigt vergrößert einen axialen Ausschnitt durch einen Nadelkopf mit Rückholmagneten;
    • Fig. 2 zeigt eine Ansteuerschaltung für einen Anzugs- und einen Rückholmagneten;
    • Fig. 3 zeigt einen Ausschnsitt eines Abstands- und Lagerblocks;
    • Fig. 4 zeigt einen Ausschnitt eines Abstandsbleches;
    • Fig. 5 zeigt einen Anker in Aufsicht im Maßstab gem. Fig. 1.
  • Fig. 1 zeigt etrwa 5-fach vergrößert einen Querschsnitt durch einen Nadeldruckkopf von der Mittelachse (M) aus in radialer Richtung mit einem Leichtmetallkörper (1) in dem ein Anzugsmagnetjoch (3), das eine Wicklung (4) trägt, eingegossen ist. Das Magnetjoch (3) ist in der Grundplatte (2) in eine Ausnehmung eingesetzt. Die Grundplatte (2), die der kompletten Montage der Anzugsmagnete mit den Wicklungen (4) und der elektrischen Anschlüsse diet, ist in einer Ausdrehung (12) zentrisch im Metallblock (1) gehalten. Die segmentförmigen Aussparungen (42) in dem Leichtmetallkörper (1) sind mit Vergußmasse gefüllt, über die die Wärme aus den Wicklungen (4) der Magnet abgeführt wird. Zur guten Wärmeabgabe sind außenseitig am Leichtmetallkörper (1) Kühlrippen (17) angeformt, und die Stege zwischen den Magneten dienen der Wärmeaufnahme. Die Vergußmasse ist mit hoher Wärmeleitung ausgewählt, wozu z. B. als Füllmaterial Metallpartikel dienen. Die Stirnfläche (S1) des Leichtmetallkörpers (1) und die Polflächen (S2) der Magnetjoche (3) sind gemeinsam überschliffen. Auf der Stirnfläche (S1) sind Abstandshalter (70, 71, 71A) angeordnet, in denen der Klappanker (5) schwenkbar gelagert ist, an dessen zur Kopfmitte sich erstreckenden Ende eine Drucknadel (51) befestigt ist, die in stegförmigen Nadelführungen (61) zum nicht dargestellten Druckmundstück hin verschieblich gelagert sind. Die Nadelführungen (61) sind in bekannter Weise in einem Gehäuse (6) gehalten, das mit Schrauben (62) in zylindrischen Nuten (18) am Leichtmetallkörper (1) befestigt ist.
  • Die Schwenkbeweglichkeit des Ankers (5) ist durch die Anschlagfläche begrenzt, die mit der Auflagefläche (S1A)) des Anschlagkörpers auf dem Abstandshalter (71A, 70, 71) eben überschliffen ist. Somit ergibt sich der Luftspalt (SP) des Klappankermagneten aus der Differenz der Gesamtdicke (D) des Abstandshalters und der Ankerdicke.
  • Als Rückstellmittel für den Anker (5) ist ein Rückstell-­Elektromagnet (3A, 4A) am Anker (5) angreifend angeordnet. Zusätzlich kann eine Feder (15) und/oder ein Permanentmagnet (15M) in zylindrische Öffnungen im Leichtmetallkörper (1, 1A) eingesetzt werden. Die Rückhol-Elektromagnete (3A, 4A) sind jeweils symmetrisch bezüglich der Anekr (5) spiegelbildlich zu den Anzugs-Elektromagneten (3, 4) angeordnet, wobei sie ebenso in einer Grundplatte (2A) befestigt und in einem Leichtmetallkörper (1A) eingegossen sind. Die Polflächen der Rückholmagnete (3A) bilden die Anschlagflächen (S2A). Außenseitig sind die beiden Grundplatten (2, 2A) durch Deckplatten (41, 41A) abgeschlossen.
  • Fig. 2 zeigt eine Schaltungsanordnung zur Ansteuerung der Wicklungen eines Anzugs- und eines Rückholmagneten (4, 4A). Die Betriebsspannung (U) ist an eine steuerbare Stromquelle (1Q), die zweckmäßig eine Pulspausensteuerung (PP) und eine Freilaufschaltung (FD) enthält, geführt, deren Ausgang (I) über steuerbare Schalter (RS, AS) an die Wicklung (4A) des Rückstellmagneten bzw. die Wicklung (4) des Ansteuermagneten geschaltet wird. Eine zentrale Druckstteuerung (ZS) gibt jeweils für einen Punktabdruck ein Ansteuersignal (A) an den Schalter (AS) für eine vorgegebene Ansteuerzeit, die abhängig von der gewünschten Anschlagstärke und dem jeweils vorhandenen Druckgutr bestimtm ist, und die Drucksteuerung (ZS) bestimmt gleichzeitig die Stromstärke der Stromquelle (IQ) über das oder die Stromstärke-Steuersignale (IS). Gleichzeitg wird über ein entsprechend gepoltes Signal (R) der Schalter (RS) geöffnet und der Rückstell- und Haltemagnet (4A) entstromt. Am Ende der Ansteuerzeit, etwa wenn die Nadel auftrifft, wird das Steuersignal (A) abgeschaltet und der Rückstellmagnetstrom mit dem Steuersignal (R) eingeschaltet. Hierbei wird vorteilhaft für eine Rückholzeit die Stromstärke in etwa gleicher Größe wie beim Vortrieb gewählt, damit eine etwa gleiche Anfangsmagnetfeldstärke im Luftspalt aufgebaut wird, die eine schnelle Richtungsumkehr des Anekrs bewirkt. Danach wird eine wesentlich geringere Stromstärke durch Änderung des Stromstärkesteuersignals (IS) vorgegeben, wodurch beim Anschlag des Anekrs kein starker Rückprall sondern ein Halten erfolgt, so daß ohne Wartezeit unmittelbar oder zu beliebig vorgegebener Zeit eine erneute Betätigung der Nadel erfolgen kann.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Schalung wird jeweils die Energie einer gerade abgeschalteten Wicklung (4, 4A) auf die jeweils im gleichen Zeitpunkt eingeschaltete, den gleichen Anker betätigende, Wicklung übergeleitet, wodurch eine wesentliche Beschleunigung des Stromauf- bzw. -Abbauer erreicht wird. Zur Überleitung des Stromes zwischen den Wicklungen (4, 4A) bilden Überleitungsdioden (D3, D4) wechselseitig eine Serienschaltung dieser Wicklungen, wobei die Sperrdioden (D1, D2) deren gegenseitige Entkopplung bewirken.
  • Für eine möglichst schnelle Ankerbetätigung und andererseits für eine weitgehende Unabhängigkeit von der Sättigungseigenschaft des Magnetmaterials, insbesondere von deren Temperaturabhängigkeit, empfiehlt es sich, während der Anzugszeit die Durchflutung entsprechend einer etwa 70%-igen Sättigungsmagnetisierung des Ankers zu wählen. Auch wird durch die Beschränkung der Sättigung ein Übersprechen der Magnete zu benachbarten Magneten in zulässigen Grenzen gehalten. In einer leistungssparenden Ausführung beträgt die Durchflutung während der Rückstellzeit zweckmäßig etwa 1:3 der Anzugsdurchflutung.
  • Danach wird die Durchflutung auf eine Haltedurchflutung von etwa 2% des Wertes der Anzugsdurchflutung herabgesetzt.
  • Eine besonders schnelle Umstellung des Ankers zwischen den beiden wechselseitig auf ihn einwirkenden Magnete erfolgt, wenn die Magnetfelder beider Magnete durch entsprelchende Polung der Wicklungen im Anker gleichgerichtet verlaufen. Im Anker entstehen dann keine Umschalt-Wirbelstromverluste und Feldaufbauverzögerungen.
  • Eine vorteilhaft energiesparende Bestromung der Rückstellmagnete (3A, 4A) ergibt sich jeweils unter Ausnutzung der Rückprallenergie der Drucknadeln (51) und des Ankers (5), indem nach Abschaltung der Anzugsbestromung, die etwa beim Nadelaufprall erfolgt, eine Wartezeit ohne Bestromungen folgt, die bis zur völligen Ankerumkehr, z. B. 10 bis 20 Mikrosekunden, dauert, nach der erst die Bestromung der Rückstellmagnete (3A, 4A) mit 1/3- bis 1/10-fachen der Anzugsdurchflutung erfolgt und zwar so lange, bis der Anker (5) am Anschlag anschlägt und dort seine Rückprallenergie abgegeben hat, wozu etwa das 3/2- bis 1-fache der Anzugszeit benötigt wird. Danach wird die Stromstärke auf die Haltestromstärke von ca. 2% der Anzugstromstärke heruntergeschaltet. Die jeweils angegebenen Arbeitsbereiche betreffen das Bedrucken von bis zu fünf Nutzen und von mehr als fünf Nutzen. Eine Vorgabe der geeigneten Werte, abhängig von der Anwendung, ist vorgegeben. Vorzugsweise werden zwischen zwei Betriebszuständen umschaltbar die Vorgabewerte gemeinsam verändert. Bei mehr als fünf Nutzen wird mit einer maximalen Anzugsdurchflutung gearbeitet, und bei weniger als fünf Nutzen wird die Anzugsdurchflutung aus 3/4 dieses Maximalwertes abgesenkt.
  • Fig. 3 und 4 zeigen die Abstandshaltebleche (70, 71), die segmentförmige Fortsätze aufweisen, zwischen denen in Ausschnitten (75, 72) die Anker angeordnet sind. Die seitlich erweiteren Ausschnitte (76) dienen der Aufnahme der Schwenklagelrzapfen. Die Bohrungen (73, 74) dienen einer Verstiftung mit den Metallkörpern.
  • Fig. 5 zeigt einen Anker (5), der aus Blechen (53) zusammengesetzt ist, von denen das mittlere Blech (53M) bis zur Nadel (51) verlängert ist. Am rückseitigen Ankerende ist der Schwenklagerzapfen (52) in einer Nut (54) befestigt. Der Anker (5) ist in seiner Dicke dem Schwenkwinkel entsprechend verjüngt ausgeführt, so daß er in beiden Schwenkrichtungen einen minimalen Endluftspalt über seine Längenausdehnung hat, was eine gute Energieausnutzung und eine geringe Haltedurchflutung erbringt.

Claims (7)

1. Elektromagnetischer Antrieb für die Drucknadel (51) eines Nadeldruckkopfes, mit einem Klappankermagneten (3,5), dessen Klappanker (5) mit seinem freien Ende auf die Drucknadel (51) einwirkt und mittels einer Rückstellanordnung in seine Ruhelage bewegbar ist,
dadurch gekennzeichnet, daß die Rückstellanordnung ein zweiter Klappankermagnet (3A,5) ist, dessen Klappanker (5) mit demjenigen des ersten identisch ist und dessen Magnetjoch (3A) auf der dem Magnetjoch (3) des ersten Klappankermagneten (3,5) abgewandten Seite des Klappankers (5) angeordnet ist.
2. Elektromagnetischer Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregerwicklungen (4,4A) der beiden Klappankermagnete (3,3A)durch eine Ansteuervorichtung wechselweise bestromt werden.
3. Elektromagnetischer Antrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Polflächen (S2,S2A) der beiden Magnetjoche (3,3A) aufeinander ausgerichtet sind.
4. Elektromagnetischer Antrieb nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Magnetjoche (3,3A) gleichartig ausgebildet sind.
5. Elektromagnetischer Antrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsmittelebene des Klappankers eine Spiegelsymmetrieebene für beide Klappankermagnete (4,4A) ist.
6. Nadeldruckkopf mit mehreren ein Drucknadelbündel umgebend angeordneten elektromagnetischen Antrieben nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebe zwischen zwei parallelen Grundplatten (2,2A) angeordnet sind, deren Abstand durch Abstandselemente (1,1A,70,71,71A) vorgegeben ist.
7. Nadeldruckkopf nach Anspruch 6 mit Antrieben nach den Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Grundplatten (2,2A) gleichartig ausgebildet sind.
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