DE1574685A1 - Druckhammervorrichtung - Google Patents

Description

PATENTANWÄLTE DR. E. WIEGAND DIPL-ING. W. NIEMANN 1574685

DR. M. KÖHLER DfPL-ING. C GERNHARDT

MDNCHEN HAMBURG

TELEFON: 3953 14 2QQ0 HAMBURG 50, I3. März I968

TELEGRAMME: KARPATENT KDNIGSTRASSE 28

W.I337I/67 12/Ne

Anelex Corporation, Boston, Massachusetts (V.St.A.)

Druckhammervorrichtung.

Gemäß der Erfindung wird ein "freifliegender" Druckhammer gegen eine Druckfläche durch einen Schwenkbetätigungsarm vorgetrieben, auf den an seinem Aufschlag- bzw. Stoßzentrum durch ein Solenoid eingewirkt wird. Das Polstück des Solenoides dient als feststehender Anschlag zum Anhalten der Bewegung des Betätigungsarmes,bevor der Hammer die Druckfläche erreicht, so daß ein tatsächlicher ballistischer Druckvorgang erzeugt ist. Da das Polstück beim Anziehen des Armes und beim Anhalten des Armes im wesentlichen auf das Stoßzentrum des Armes wirkt, wird das Drucken mit minimalem Energieaufwand und mit minimaler Geräuscherzeugung erreicht. Federnde Ringe werden verwendet, um den Stoß bei Rückkehr des Armes zu seinem Ruhestellungsanschlag zu dämpfen.

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Die Erfindung bezieht sicl/auf Druckhammermoduln bzw. Druckhammerbausätze und insbesondere auf einen Betätigungsmechanismus für "freifliegende" bzw. "ballistische" Druckhämmer .

Es ist gefunden worden, daß bei der üblichen Art freifliegender Druckhammermechanismen eine gewisse Art eines Solenoidmechanismus verwendet wird, um den Hammer gegen die Druckfläche anzutreiben, wenn ein Zeichen gedruckt werden soll. Allgemein ist der Hammer in eine Nichtdruckstellung federnd vorgespannt und das Solenoid wird verwendet, eine Kraft zu erzeugen, welche die Pedervorspannung zeitweilig überwindet und den Hammer in freiem Flug gegen die Druckfläche schickt. Es ist gefunden worden, daß vom Gesichtspunkt des Energieverbrauchs, des Geräuschpegels und der Gesamtgröße der Ausführung aus die bekannten Mechanismen nicht zufriedenstellend sind.

Ein Zweck der Erfindung besteht darin, einen Druckhammermodul bzw. Druckhammerbausatz zu schaffen, der mit verringertem Energieverbrauch arbeitet, weniger Geräusch erzeugt und kompakter als bekannte Ausführungen ist.

Ein anderer Zweck der Erfindung besteht darin, einen Betätigungsmechanismus zum Antreiben eines freifliegenden Druckhammers zu schaffen, wobei der Mechanismus so arbeitet, daß er einen beträchtlichen Teil der mechanischen Störschwingungen, die während des Druckvorganges erzeugt werden, dämpft und daher weniger Energie verbraucht, den Geräusch-

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pegel verringert und Arbeiten mit Wiederholungsgeschwindigkeiten bis zu 100 Arbeitskreisläufe je Sekunde ermöglicht.

Gemäß der Erfindung wird ein freifliegender Druckhammer gegen eine Druckfläche durch einen schwenkbaren Betätigungsarm vorgetrieben, der von einem Solenoid angetrieben ist und vor dem Zeitpunkt angehalten wird, zu welchem der Druckhammer die Druckfläche erreicht. Das Solenoid wirkt auf das Aufschlag- bzw. Stoßzentrum des schwenkbaren Betätigungsarmes und es wist ein Polstück auf, welches als Anschlag zum Anhalten der Bewegung des Armes wirkt. Diese Anhalteeinrichtung wirkt ebenfalls auf das Stoßzentrum des Armes.

Es ist bekannt, daß eine Kraft, die auf das Stoßzentrum eines Körpers und im rechten Winkel zu einer Linie, welche den Körper mit einem Schwenkζentrum oder Schwingungszentrum verbindet, wirkt, dem Körper reine Drehbewegung mit Bezug auf das Schwenkzentrum erteilt. Es ist weiterhin bekannt, insbesondere bei Golfspielern und Baseballspielern, daß ein Gegenstand, der auf einen Körper an dessen Stoßzentrum auftrifft, beträchtlich weniger Geräusch beim Auftreffen erzeugt, da eine maximale Energiemenge zwischen den beiden Körpern übertragen wird, wodurch der Pegel an Restenergie, der zum Erzeugen von Geräusch verfügbar ist, minimal ist. Bei Anwendung dieser Prinzipien auf einen Mechanismus zum Antreiben eines Druckhammers auf eine nachstehend im einzelnen beschriebene Weise ist gefunden worden, daß der übliche Betrag an Auftreffkraft oder Anschlag-

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kraft,der an der Druckfläche erforderlich ist, bei niedrigeren Energieverbrauchspegeln des Solenoides erzeugt werden kann und daß ein viel ruhigeres bzw. geräuschfreieres Arbeiten erhalten wird. Außerdem ist der Modul bzw. Bausatz sehr kompakt'und billig.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung beispielsweise erläutert.

Fig. 1 ist eine Seitenansicht einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. Außer dem Hammermodul sind Teile der Drucktrommel, des Farbbandes und des zu bedruckenden Dokumentes dargestellt.
Fig. 2 ist eine in vergrößertem Maßstab gehaltene

Teilansicht der Fig. 1, in welcher die Einrichtung gezeigt ist, die zum Dämpfen des Stoßes des Betätigungsarmes bei seiner Rückkehr zur Ruhestellung nach einem Druckvorgang verwendet wird.

In Fig. 1 sind ein Teil einer Drucktrommel 10, eines Farbbandes 14 und eines Dokumentes 16 dargestellt. Die Trommel 10 dreht sich kontinuierlich auf bekannte zeitlich gesteuerte Weise und sie trägt eine Mehrzahl verschiedener Zeichen auf ihrem Umfang. Das Dokument 16 wird vorbewegt, üblicherweise schrittweise, und zwar ebenfalls auf bekannte Weise und es erhält eine Reihe von Zeichenaufdrucken auf seiner oberen Fläche, wenn der Hammer 18 in richtiger Zeit-

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folge betätigt wird, um ausgewählte Zeichen zu drucken.

Der Hammermodul bzw. Hammerbausatz umfaßt einen Hammer 18, der am Ende eines Schaftes 20 getragen ist, der für lineare Hin- und Herbewegung in zwei feststehenden Führungsplatten 22 und 24 angeordnet ist, die an dem Maschinengestell befestigt sind. Eine Seite des Hammers 18 ist mit einem Schlitz 32 versehen, in welchem ein feststehender Zapfen JO geführt ist, um Drehung des Hammers 1& bei seiner Aufwärts- und Abwärtsbewegung zu verhindern. Eine Druckfeder 26 ist auf dem Schaft 20 angeordnet und zwischen der Führungsplatte 24 und einem Haltebolzen 28 gehalten, der an dem Schaft 20 befestigt ist, so daß der aus Hammer 18 und Schaft 20 bestehende Aufbau gewöhnlich nach unten in die Nichtdruckstellung vorgespannt ist.

Ein Solenoidkern 42 ist mittels eines Bolzens 52 an der Unterseite der oberen Führungsplatte 22 befestigt. Der Kern 42 ist aus magnetischem Material gebildet, beispielsweise aus "Armco"-Magneteisen und er umfaßt ein Primärpolstück 44, ein Sekundärpolstück 45 und eine Anschlagbolzentragverlängerung 46. Eine Solenoidspule 50 ist um das Primärpolstück 44 gewickelt und in einen Stromkreis mit einer zweckentsprechenden Steuerschaltung 12 geschaltet. Die Schaltung 12 sendet einen Stromimpuls jedesmal zu der Spule 50, wenn es gewünscht wird, den Hammer 18 zu betätigen. Geeignete Stromkreise zum Zuführen von Stromimpulsen im richtigen Zeitverhältnis mit Bezug auf die Drehung der Zei-

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chentrommel 10 sind bekannt, so daß keine weitere Beschreibung in dieser Hinsicht erfolgt.

An der unteren linken Seite des Kernes 42 ist ein nicht-magnetischer Schwenktragteil 35 befestigt. Dieser Teil 35 ist geschlitzt, um einen Betätigungsarm 34 schwenkbar abzustützen, der mit dem Tragteil 35 mittels eines Schwenkzapfens 36 verbunden ist. Ein zweckentsprechendes Material für den Tragteil 35 ist ein Kunststoff, beispielsweise ein "Delrin"-Kunststoff. Der Betätigungsarm 34 trägt einen halbkugelförmigen Vorsprung bzw. Ansatz 38 an seinem freien Ende. Der Ansatz 38 steht mit dem unteren Ende des Hammerschaftes 20 im Eingriff. In seiner Ruhestellung ist der Arm 34 von dem Kopf 56 eines Anschlagbolzens 54 abgestützt, der sich durch eine Öffnung im Arm 34 erstreckt und mit der Tragverlängerung 46 des Kernes 42 verschraubt ist. Zwei Dämpfungsringe 6l, 62 umgeben den Bolzen 54 und sind zwischen dem Kopf 56 und der oberen Fläche einer Ausnehmung 4o im Arm 34 angeordnet, in welche der Kopf 56 paßt. Die Dämpfungsringe 6l, 62 werden nachstehend in Verbindung mit Fig. 2 im einzelnen beschrieben. Eine Druckfeder 58 ist um den Bolzen 54 zwischen der Verlängerung 46 und dem Arm 34 abgestützt und sie spannt gewöhnlich den Arm 34 gegen die Dämpfungsringe 6l, 62 abwärts in seine Ruhestellung vor.

Der Abstand zwischen dem unteren Ende des Primärpolstückes 44 und dem Arm 34 bestimmt den Hub des Armes 34,

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der für gewöhnliche Druckvorgänge lediglich einige hundertstel Millimeter (einige tausendstel Zoll) zu betragen braucht. Das Sekundärpolstück 45 ist kürzer als das Primärpolstück 44 und demgemäß wird die Hauptanziehungskraft auf den Arm y\ von dem Primärpolstück 44 ausgeübt. Der Anschlagbolzen 54 ist aus nicht-magnetischem Material, beispielsweise "Nr. 303 rostfreier Stahl", gebildet, so daß der Arm 34 von dem Kern 42 magnetisch getrennt ist. Der Arm 34 ist selbstverständlich aus magnetischem Material gebildet, beispielsweise aus "Armco"-Magneteisen.

Wenn der Spule 50 ein Impuls zugeführt wird, wird der Arm 34 durch die kombinierte Wirkung einer von dem Primärpolstück 44 ausgeübten Hauptanzugskraft und einer von dem Sekundärpolstück 45 ausgeübten geringeren Anziehungskraft aufwärts gezogen. Dadurch wird dem Hammerschaft 20 Aufwärtsbewegung erteilt und der Hammer 18 wird gegen das Dokument 16 angetrieben, so daß bewirkt wird, daß das letztere gegen das Farbband 14 und die Zeichentrommel 10 gedrückt wird und ein Zeichenaufdruck an dem Dokument 16 erzeugt wird.

Der Abstand zwischen dem Primärpolstück 44 und dem Arm 34 ist derart, daß der Arm vor dem Zeitpunkt das Polstück 44 berührt und angehalten wird, zu welchem der Hammer 18 mit der Dokumentenfläche in Druckberührung tritt. Dies bedeutet, daß der Hammer 18 freifliegend ist, wenn er auf das Dokument auftrifft.

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Zu dem Zeitpunkt, au welchem der Arm J>k mit dein Polstück 44 in Eingriff tritt, ist die Spule 50 von der Schaltung 12 entregt, so daß die Feder 58 den Arm y\ unmittelbar in seine Ruhestellung an den Dämpfungsringen zurückführt. Das Zurückschlagen des Hammers 18 von der Druckfläche zusammen mit der Wirkung der Feder 26 führt die Hammereinrichtung l8, 20 in ihre Ruhestellung an dem Ansäts >3 zurück.

Aus Fig. 2 ist ersichtlich, dai3 die Dämpfungsringe 6l und 62 übereinander angeordnet sind, wodurch sie einen beträchtlichen Teil der Rüeksehlagschwingung aufnehmen bzw. beseitigen, die sich ergeben würde, wenn eier Betätigungsarm 34 durch die Feder ^o gegen den unbedeckten Hetallkopf 56 getrieben würde. Gute Ergebnisse werden erhalten, wenn Ringe aus Polyvinylchlorid einer Dicke von jeweils etwa 0,254 mm (10 mils) verwende:!" werden. Die natürlichen nie Hb-ebenen (Mangel an Ebenheil:) Charakteristiken, die diesen Ringen im Verlauf ihrer Herstellung erteilt Vier den, vergrößern den Dämpfungseffekt.

Ein bedeutendes Merkmal -der Erfindung, wie sie zuvor allgemein beschrieben wurde, liegt in α er Tatsache, dai3 auf den Betätigungsarm jj4 im wesentlichen auf seinein tftoßaentrum eingewirkt wird. Somit sollte, wie in Fig. 1 aargestellt, der Abotand L zwischen arm Sehwenkpunkt ~-'A: und einer Linie, die von der Mitte ae» frimärpolStückes Ή nach unten verlängert ist, in Übe-relnstimmung mit der Formel:

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^L - HI"
festgelegt sein, worin

L = der Abstand von dem Schwenkpunkt 36 zum Stoßzentrum, I = das Trägheitsmoment des Armes 34 um den Schwenkpunkt 36,

1 .= der Abstand von dem Schwenkpunkt 36 zu dem Schwerpunktzentrum des Armes 3^·* und m = die Masse des Armes 3^ ist.

Da die Hauptanziehungskraft, die während des anfänglichen Teiles eines Druckkreislaufes an den Arm y\ angelegt wird, von dem Primärpolstück 44 kommt und somit an dem Stoßzentrum des Armes 3^· angelegt wird, erfährt der Arm 3^ im wesentlichen reine Drehbewegung. Dies bedeutet, daß keine translatorischen oder linearen Kraftkomponenten an den Schwenkpunkt 36 angelegt werden und im wesentlichen die gesamte Magnetkraft des Solenoids in Bewegung des Hammeraufbaus 18, 20 umgewandelt wird. Dies bedeutet weiterhin, daß ..bnutzung des Schwenkzapfens 36 minimal ist.

Wenn der Arm 34 das Polstück 44 berührt, wird die dadurch auf den Arm 34 ausgeübte Reaktionskraft ebenfalls über das Stoßzentrum des Armes ~$K angelegt. Wiederum sind die Translationskräfte, die auf den Schwenkzapfen 36 übertragen werden, minimal und zusätzlich ist von dem Stoß beim Eingriff erzeugtes Geräusch ebenfalls minimal*

Die Arbeitswelse der oben beschriebenen Ausführungsform ist bereits beschrieben, wird jedoch nachstehend kurz

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zusammengefaßt. Wenn der Hammermodul sich in Ruhe befindet, d.h. die Solenoidspule 50 nicht erregt ist, wird der Arm 34 durch die Feder 58 gegen die Dämpfungsringe 6l und 62 vorgespannt und die Hammereinrichtung 18, 20 ist durch die Feder 26 gegen den Ansatz 58 vorgespannt. Wenn der Spule 50 ein Impuls zugeführt wird, wird der Arm 34 durch die von dem Polstück 44 ausgeübte Hauptanziehmsskraft und durch die von dem Polstück 45 ausgeübte geringere Kraft nach oben um den Schwenkzapfen 56 gezogen. Dadurch wird die Hammereinrichtung l8, 20 nach oben gegen die Vorspannung der Feder 26 und in Druckberührung mit der Fläche des Dokumentes 16 vorgetrieben. Vor dem Zeitpunkt, zu welchem der Hammer l8 in Druckbeithrung gelangt, wird der Arm 34 von dem Polstück 44 angehalten und, da die Spule 50 dann entregt ist, durch die Feder 58 in die Ruhestellung zurückgeführt. Kurz danach wird die Hammereinrichtung 18, 20 durch die kombinierte Wirkung des Hammerzurückschlagens und der Vorspannkraft der Feder 26 ebenfalls in die Ruhestellung zurückgeführt.

Während bei der beschriebenen Ausführungsform nur ein einziger Druckhammer l8 und ein einziger Betätigungsarm 34 vorgesehen sind, ist zu verstehen, daß ein mehrere Hämmer aufweisender Modul oder Bausatz unter Verwendung eines einzelnen Kernes 42 hergestellt werden kann, der so bearbeitet ist, daß er eine Mehrzahl von einzelnen Polstüklen 44 und 45 aufweist, von denen jedes Polstück 44 eine

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einzelne Spule 50 trägt. Weiterhin würde für jedes Polstückpaar ein einzelner Betätigungsarm j4 vorgesehen sein. Auf diese Weise kann eine außerordentlich kompakte Anordnung von Hämmern Seite an Seite erhalten werden. Es ist gefunden worden, daß es möglich ist, die Hammer auf etwa 5,08 mm (200 mil)-Zentren in Übereinstimmung mit den Erfordernissen der dichtesten Druckformate anzuordnen. Bei dieser Art von Hammerabstand ist es erforderlich, die versetzte Druckhammeranordnung zu verwenden, wie sie in der USA-Patentschrift 3 j5O6 191 beschrieben ist, und die Betätigungseinrichtungen für abwechselnde Hämmer auf gegenüberliegenden Seiten der Hammereinrichtung anzuordnen. Es ist weiterhin zu verstehen, daß irgendeine Art eines bevieglichen Trägers, beispielsweise eine Typenkette oder ein sich hin- und herbewegender"Typenschutz bzw. Typenwagen anstelle der oben beschriebenen Drehtrommel verwendet weraen kann.

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Claims (2)

1. Patentansprüche

   I₅ Druckhammerbausatz mit einem Druckhammer, der zum Anschlagen an eine Druckfläche bewegbar angeordnet ist, und mit einer Einrichtung zürn Betätigen des Hammers, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungseinrichtung einen Betätigungsarm (3²O* der an einem Ende an einem Schwenkpunkt (56) befestigt ist und dessen anderes Ende mit dem Druckhammer (18) in Berührung steht, und eine Einrichtung aufweist, um wahlweise eine Betätigungskraft an dem Stoßzentrum des Armes anzulegen, wobei die Kraft zu dem Arm im _t wesentlichen rechtwinklig verläuft, so daiS der Arm verschwenkt wird, um den Druckhammer gegen die Druckfläche vorzutreiben.
2. 2. Druckhammerbausatz nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen feststehenden Anschlagteil nahe dem Arm (j$4) auf der gleichen Seite des Armes, auf welcher der Hammer angeordnet ist, wobei der Anschlagteil so angeordnet ist, daß er die Schwenkbewegung des Armes vor Anschlagen des Hammers an der Druckfläche anhält, und derart angeordnet ist.3 daß seine Mitte sich im wesentlichen in Linie bzw. Ausrichtung mit dem .Stoßzentrum des Armes befindet.

   3« Drucklia-üinierbausatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungseinrichtung einen im wesentlichen im rechten Winkel zu der Bewegungsrichtung des linear bewegbaren Hammers (18, 20) angeordneten Betätigungsarm (J^O

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