DE2542345A1

DE2542345A1 - Differentialantrieb

Info

Publication number: DE2542345A1
Application number: DE19752542345
Authority: DE
Inventors: Gary R Paulson
Original assignee: Hewlett Packard Co
Current assignee: HP Inc
Priority date: 1974-10-02
Filing date: 1975-09-23
Publication date: 1976-04-15
Also published as: JPH0133882Y2; AU8534375A; JPS634846Y2; US3926061A; FR2286711A1; GB1513833A; JPS5161322A; JPS5626257U; CA1022769A; FR2286711B1; JPS63164650U

Description

Gase 903 19. September 1975

Hewlett-Packard Company " ·

DIFFEEENTIÄLÄSTRIEB

Die Erfindung betrifft einen Differentialantrieb, insbesondere für einen Druckkopf eines seriell arbeitenden Druckers, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Viele bekannte seriell arbeitende Drucker besitzen einen runden Druckkopf, der parallel zu der Ebene der zu bedruckenden Oberfläche angeordnet ist und einen Zeichensatz enthält, der in Winkelschritten um die Fläche der Scheibe herum angeordnet ist. Typischerweise ist die Druckscheibe an einem beweglichen Druckkopf angebracht, der parallel zu der zu druckenden Zeile translatorisch bewegt wird. Ein Zuwachs der translatorischen Entfernung entspricht einer zu druckenden Spalte. Um jedes speziell benötigte Zeichen zu erzeugen, wird die Druckscheibe in die Winkelstellung gedreht, die diesem Zeichen entspricht.

In bekannten Vorrichtungen wird die translatorische Bewegung des Druckkopfes durch einen ersten Motor erzeugt, während die Rotationsbewegung der Druckscheibe typischerweise durch ein zweiten kleineren Motor bewirkt wird, der auf dem Druckkopf selbst befestigt ist. Der Translationsmotor muß dementsprechend ausreichend groß sein, um nicht nur die Druckscheibe, sondern auch den Rotationsmotor auf dem Druckkopf zu bewegen. Daher wird wesentliche Leistung für die Bewegung des Rotationsmotors zusätzlich verbraucht.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, auf konstruktiv einfacher Weise ein bewegliches Bauteil, insbesondere einen Druckkopf durch ortsfeste Motoren so anzutreiben, daß das Bauteil mehrere Bewegungsrichtungen unabhängig voneinander durchführen kann. Die Lösung dieser Aufgabe ist im Anspruch 1 gekennzeichnet.

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Gemäß bevorzugten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung ist ein Differentialantrieb vorgesehen, bei dem ein Paar identischer, ortsfest montierter Motoren, sowohl die translatorische als auch die Rotationsbewegung einer Druckscheibe bewirken. Die Motoren sind auf einem festen Rahmen des Druckers montiert und sind mit dem rotierenden Druckkopf über einen endloses Riemen verbunden. Die Rotation der Motoren mit identischen Geschwindigkeiten in entgegengesetzten Richtungen bewirkt eine rein translatorische Bewegung der Scheibe. Rotation der Motoren mit identischen Geschwindigkeiten in den gleichen Richtungen bewirkt ehe reine Rotationsbewegung der Scheibe. Durch Variation der Geschwindigkeiten und Richtungen der Motoren können kombinierte translatorische und Rotationsbewegungen der Scheibe erzeugt werden.

Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung kann der Differentialantrieb die beiden translatorischen Bewegungen liefern, die für einen X-Y-Schreiber benötigt werden.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist ein Ritzel für Rotations- und Translationsbewegung zwischen zwei identischen Zahnstangen angeordnet, die jeweils translatorisch bewegbar sind.

Statt der Zahnstangen können auch zwei unabhängige Riemen verwendet werden, zwischen denen sich eine Riemenscheibe befindet, die mit beiden Riemen im reifschlüssigen Eingriff steht.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der zugehörigen Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 ein Antriebssystem, bei dem die dargestellte Rotation eines Paars von Motoren eine reine Translationsbewegung eines Zylinders bewirkt;

Fig. 2 die Anordnung gemäß Fig. 1 , wobei die dargestellte Rotation der beiden Motoren eine reine Rotationsbewegung des Zylinders bewirkt;

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Fig. 3 die Anordnung nach Eigs.. 1, wobei eine kombinierte Rotations-Trans lationsbeweguitg. erzeugt wird;

Fig. 4 einen Differe»tialant:rieb für einen X-Y-Schreiber; Fig. 5 A-C ein mechanisches System, bei welchem die Translation eines Zahnstangenpaars Translation und Rotation eines Ritzels bewirkt; und

Fig. 6 ein System vösi zwei parallel oder antiparallel zueinander laufenden Riemen _f die die Rotation und Translation eines beweglichen Elementes erzeugen.

In Fig. 1 ist ein zylindrisches Element 11 dargestellt, dem sowohl eine Rotations- als auch ei&e Translationsbewegung mitgeteilt werden soll. Das Element 11 kann z-.B.. der Halter einer Druckscheibe in einem seriellen Drucker sein. Das Element 11 wirkt mit einem Paar von Riementeilen zusammen und kann daher z.B. ein Paar von untereinander verbundenen Antriebsrollen oder Riemenscheiben, eine trommelartige Oberfläche oder eine andere geeignete Form aufweisen. Zwei Motoren 13 und 15 sind schematisch dargestellt und befinden sich in einiger Entfernung vom Zylinder 11. Bei einem Drucker sind die Motoren 13 und 15 z.B. auf dem Druckerchassis befestigt. Es hat sich herausgestellt, daß konventionelle Schrittmotoren für die Verwendung in Druckern besonders geeignet sind, jedoch sind andere Motoren wie Gleichstrom- oder Wechselstrom-Servomotoren ebenfalls einsetzbar. In Fig. 1 sind außerdem zwei passive rotierende Elemente 17 und 19 dargestellt, die z.B. Riemenscheiben sein können. In einem Drucker können diese Elemente ebenfalls auf dem Chassis in einiger Entfernung vom Zylinder 11 montiert sein. Der Zylinder 11 ist über einen Riemen 21 mit den Motoren 13 und 15 verbunden. Der Riemen 21 ist vorzugsweise ein Zahnriemen. Offensichtlich können auch andere Übertragungsmittel verwendet werden, z.B. ein nicht rutschendes Band, ein Kabel, eine Kette oder ein Steuerriemen.

Fig. 1 zeigt eine Betriebsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei der der Zylinder 11 entsprechend der Drehung der Motoren 13 und 15 einer rein translatorischen Bewegung unterworfen wird

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(durch den Pfeil auf den Zylinder 11 gekennzeichnet). Die beiden gebogenen Pfeile an den Motoren 13 und 15 zeigen deren Drehrichtung an, wobei die Drehgeschwindigkeit beider Motoren gleich sein sollen. Die Bewegung wird erfindungsgemäß von den Motoren auf den Zylinder 11 über den endlosen Riemen 21 übertragen, der in spezieller Weise um die Motoren 13 und 15, die Riemenscheiben 17 und 19. und den Zylinder 11 gewickelt ist. Die physikalische Anordnung des Riemens ergibt sich am einfachsten aus der Zeichnung selbst. Aus der folgenden Beschrei bung der Arbeitsweise der Vorrichtung ist offensichtlich, daß eine Vielzahl von Änderungen der Elemente innerhalb des Erfindungsgedankens möglich ist. Z.B. könnten alle oder einige Motoren bzw. Riemenscheiben sich außerhalb der Zeichenebene drehen, in welchem Fall der Riemen 21 eine oder mehrere Verdrehungen haben müßte. Andere physikalische Anordnungen sind ebenfalls möglich und dürften für den Fachmann offensichtlich sein. Zur Erleichterung des Verständnisses der Erfindung ist der Riemen 21 willkürlich in einer Anzahl von Abschnitten aufgeteilt worden. Da. sich z.B. die Motoren 13 und 15 mit gleichen Winkelgeschwindigkeiten in entgegengesetze Richtungen drehen, müssen sich die mit 23 und 25 bezeichneten Rie menteile jeweils mit gleichen Translationsgeschwindigkeiten nach links bewegen. (Die Bewegungsrichtung ist auf diesen Riemenabschnitten durch Pfeile gekennzeichnet). Da der Riemen keinen Durchhang aufweist, müssen sich auch die beiden mit 27 und 29 bezeichneten Abschnitte mit identischen Geschwindigkeiten nach links bewegen. Der Riemen 21 überträgt daher kein Netto-Drehmoment auf den Zylinder 11, so daß dieser keinerlei Rotationsbewegung ausführt. Stattdessen ist der Zylinder 11 lediglich einer Translationsbewegung nach links unterworfen. Ehe Translation des Zylindersrin der Gegenrichtung kann durch Umkehren der Drehrichtung beider Motoren erreicht werden. Im Zusammenhang mit einem Drucker ermöglicht die Erfindung einen sehr schnellen Wagenrücklauf des Druckkopfes, da die reine Translation durch beide Motoren bewirkt wird.

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Gemäß Fig. 2 sind die Motoren als mit gleichen Winkelgeschwindigkeiten jedoch in der gleichen Richtung rotierend dargestellt, wie durch die beiden gebogenen Pfeile an den Motoren 13 und 15 angedeutet 1st« Der Riemenabschnitt 23' bewegt sich daher von den Motoren nach rechts mit einer bestimmten Lineargeschwindigkeit, während der Abschnitt 25' mit derselben Geschwindigkeit nach links läuft. Verfolgt man den Riemen um den Zylinder 11 und die Riemenscheiben 17 und 19, erkennt man, daß die Riemenabschnitte 27' und 29' mit den gleichen Geschwindigkeiten nach rechts bzw. links laufen. Daher wird netto keine translatorische Kraft auf den Zylinder 11 ausgeübt. Da die Riemen jedoch um diesen herumgewickelt sind, wird ihm eine reine Rotationsbewegung im Uhrzeigersinn mitgeteilt, wie durch den Pfeil auf dem Zylinder 11 dargestellt ist.

In der bisherigen Beschreibung war vorausgesetzt, daß die beiden Motoren 13 und 15 sich mit gleichen Winkelgeschwindigkeiten drehen. Daher wurde dem Zylinder 11 entweder eine reine Rotations- oder eine reine Translationsbewegung mitgeteilt. Wenn die Motoren sich jedoch mit verschiedenen Geschwindigkeiten drehen, wird der Zylinder stattdessen einer Kombination von Rotations- und Translationsbewegung unterworfen. In Verbindung mit Druckern kann auf dieser Weise die Druckscheibe auf das passende Zeichen gedreht werden, während sie gleichzeitig einer Translation zum nächsten gewünschten Spaltenplatz zum Drucken unterzogen wird.

Fig. 3 zeigt eine Bewegung, die eine besondere Kombination aus Rotations- und Translationsbewegung darstellt. Der Motor 13 wird dabei als stehend angenommen. Der Motor 15 dreht sich gegen den Uhrzeigersinn. Die Riemenabschnitte 23" und 27" stehen daher ebenfalls fest. Die Riemenabschnitte 25" und 29" bewegen sich jedoch nach links. Die translatorische Nettokraft am Zylinder 11 teilt diesem eine Transiationsbewegung nach links mit. Das netto von den Riemen übertragene Drehmoment bewirkt gleichzeitig eine Drehung des Zylinders 11 im Uhrzeigersinn. Der Effekt

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ist, daß Zylinder 11 auf den Riemenabschnitfcen 23" und 27" entlang rollt, die, ohne selbst bewegt zu werden, verkürzt bzw. verlängert werden.

In Fig. 4 sind wiederum zwei Motoren 13 und 15 sowie zwei Riemenscheiben 17 und 19 dargestellt. Anstelle eines Zylinders 11 ist jedoch ein langgestrecker Balken 31 mit zusätzlichen Riemenscheiben 33 und 35 dargestellt, die an seinen Enden befestigt sind. Der Riemen 21 läuft um die Riemenscheiben 33 und 35 herum. Ein Druckinstrument, z.B. eine Feder 37 ist fest an einem Abschnitt des Riemens 21 angebracht. Die Anordnung einer Feder an einem Balken ist typisch für die bekannten X-Y-Schreiber.

Bei Anwendung der oben in Verbindung mit Fig. 1-3 dargelegten Prinzipien sind die Bewegungen der Feder 7 und des Balkens 31 leicht ersichtlich. Wenn sich z.B. die Motoren 13 und 15 mit gleichen Winkelgeschwindigkeiten in verschiedenen Richtungen drehen, wird der Balken 31 nach links verschoben, ohne daß eine Bewegung der Feder 37 stattfindet. Wenn sich jedoch beide Motoren gleichzeitig gegen den Uhrzeigersinn mit gleichen Winkelgeschwindigkeiten drehen, bewegt sich die Feder 3 7 nach unten (d.h. der Riemen läuft gegen den Uhrzeigersinn um die Riemenscheiben 33 und 35 herum) . Verschiedene Motorgeschwindigkeiten und Drehrichtungen führen zu verschiedenen Kombinationen von Balkenbewegung und Federbewegung. Der erfindungsgemäße Differentialantrieb kann also auch als Antrieb für einen X-Y-Schreiber dienen.

In Fig. 5A ist ein mechanisches Analogon des Riemensystems der vorliegenden Erfindung dargestellt. Ein Ritzel 41 steht im Eingriff mit zwei parallel angeordneten Zahnstangen 43 und 45. Das Ritzel 41 kann sich sowohl translatorisch als auch rotierend bewegen. Wenn beide Zahnstangen nach links verschoben werden, wie in Fig. 5A durch Pfeile daxgestellt ist, wird das Ritzel 41 einfach zusammen mit den Zahnstangen

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nach links verschoben. Wird jedoch die Zahnstange 43 nach links, verschoben, während die Zahnstange 45 gleichzeitig nach rechts verschoben wird (Fig. 5B), ergibt sich eine reine Rotationsbewegung des Ritzels 41 gegen den Uhrzeigersinn. In Fig. 5C steht die Zahnstange 45 fest, während die Zahnstange 43 nach links verschoben wird. Bei dieser Betriebsart rollt das Ritzel 41 auf der Zahnstange 45 nach links, d.h. es unterliegt einer Kombination von Translations- und Rotationsbewegungen. Verschiedene Bewegungsarten lassen sich erreichen, wenn die Zahnstangen mit verschiedenen Geschwindigkeiten und Richtungen bewegt werden.

Fig. 6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem die translatorische Antriebsbewegung von einem Paar voneinander unabhängiger Riemen- und Rollensysteme 47 und 49 erzeugt wird. Die beiden Riemen werden mittels Motoren 51 bzw. 53 angetrieben, in voneinander unabhängiger Translationsbewegungen versetzt und arbeiten im. Ergebnis als "flexible" Zahnstangen. Im in Fig. 6 dargestellten Betrieb bewegen sich die Riemen 47 und 49 mit gleichen Geschwindigkeiten in entgegengesetzte Richtungen. Entsprechend bewegt sich der Zylinder 41 rein rotierend im Uhrzeigersinn. Andere Bewegungen des Zylinders 41 lassen sich entsprechend der Beschreibung der Fig. 5 erreichen.

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Claims

Case 903 Hewlett-Packard Company 19. September 19 75 PATENTANSPRÜCHE

1. pifferentialantrieb für ein bewegliches Bauteil, insbesondere einen ^^Druckkopf eines seriell arbeitenden Druckers, dadurch gekennzeichnet , daß das Bauteil (11; 31, 33, 35, 37; 41) zwischen zwei getrennt angetriebenen im wesentlichen parallelen translatorischen Antriebselementen (23, 25 und 25 und 29; 43 und 45; 47 und 49 angeordnet ist und auf beiden abrollen kann.

2. Differentialantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Antriebselemente von einem einstückigen Riemen (21) gebildet werden und von zwei im wesentlichen gleichen Motoren (13; 15) antreibbar sind.

3. Differentialantrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das bewegliche Bauteil ein translatorisch und rotierend bewegbarer Zylinder (11) ist.

4. Differentialantrieb nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Paar von Riemenscheiben (17, 19) vorgesehen ist und daß.der endlose Riemen mit einem der Motoren (13) und einer der Riemenscheiben (17) im Eingriff steht, daß er von dort um einen Teil des Zylinders (11) läuft, daß er von dort um die andere Riemenscheibe (19) und den anderen Motor (15) läuft, und daß er dann noch einmal um einen anderen Teil des Umfangs des Zylinders (11) in entgegengesetzter Richtung läuft.

5. Differentialantrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das bewegliche Bauteil einen Balken (31) aufweist, der translatorisch längs einer ersten Achse bewegbar ist und an seinen beiden Enden je eine zusätzliche Riemenscheibe (33, 35) aufweist, um

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die der endlose Riemen (21) so herumläuft, daß er zwischen den beiden zusätzlichen Riemenscheiben im wesentlichen parallel zum Balken längs einer zweiten Achse verläuft, wobei er dort ein • weiteres bewegliches Bauteil (37) trägt.

6. Differentialantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden translator!sehen Antriebselemente in sich geschlossene, parallel und antiparallel bewegliche Elemente (43, 45; 47, 49) sind, mit denen das bewegliche Bauteil (41) auf zwei gegenüberliegenden Seiten im Eingriff steht.

7. Differentialantrieb nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebselemente Zahnstangen (43, 45) sind und daß das bewegliche Bauteil ein mit den Zahnstangen im Eingriff stehendes Ritzel (41) ist.

8. Differentialantrieb nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Antriebselemente voneinander getrennte Riementrieben (47, 51; 49, 53) sind und daß das bewegliche Bauteil ein mit beiden Riementrieben im Eingriff stehender Zylinder (41) ist.

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