DE2935994A1

DE2935994A1 - Print hammer with electromagnetic actuator - has hammer mounted on spring arm coupled to magnetic actuator

Info

Publication number: DE2935994A1
Application number: DE19792935994
Authority: DE
Inventors: Dr.rer.nat. Walter Hans 7031 Steinenbronn Hehl; Horst Dipl.-Ing. 7035 Waldenbuch Matthaei
Original assignee: IBM Deutschland GmbH
Current assignee: IBM Deutschland GmbH
Priority date: 1979-09-06
Filing date: 1979-09-06
Publication date: 1981-04-02

Abstract

An electromagnetically oowered impact hammer for printing is designed to give a fast controlled resoonse. The hammer (2) is mounted on the end of a spring arm (1) that is held in the stand-by position by two permanent magnets (4,5). The air gao, and consequently the retaining force, is set by the air gao as is determined by an adjusting screw. The bottom end of the spring is welded (10) into the pole piece (9) of an electromagnetic actuator. The pole piece is . hinged onto the yoke of an electromagnetic actuator (13), with a working air gap (12). When energised the generated force causes the hammer to separate from the permanent magnets.

Description

Druckhammerantriebsvorrichtung mit einer vorspannbaren, denPrint hammer drive device with a pre-tensionable, the

Druckhammer tragenden Blattfeder Die Erfindung betrifft eine Anordnung der im Oberbegriff des Anspruches 1 gekennzeichneten Art.Leaf spring carrying print hammer The invention relates to an arrangement of the type identified in the preamble of claim 1.

Eines der Hauptprobleme beim Entwuri von Druckhammerantrieben, insbesondere für schnelle Stahlbanadrucker, liegt im Erzielen einer sehr kurzen Kontaktzeit des Druckhammers mit dem Aufzeichnungsträger. Eine solche kurze Kontaktzeit läßt sich mit einer kleinen Druckhammermasse bei hohen Aufschlagsgeschwindigkeiten erreichen.One of the major problems in designing print hammer drives, in particular for fast steel line printers, lies in achieving a very short contact time of the Print hammer with the recording medium. Such a short contact time can be with a small print hammer mass at high impact speeds.

Es sind eine Vielzahl von Druckhammerannrdnungen mit F»derantrieb bekannt. So ist z. B. in der Deutscn.. Offenlegungsschrift 2 160 032 eine solche für fliegenden Druck beschrieben, bei der der Hammer unter arretier- und lösbarer Federwirkung steht, wobei eine drehbare und mit einer Zusatzmasse versehene Kupplungsklinke zwischen Hammer und Feder angebracht ist.There are a large number of spring-driven print hammer assemblies known. So is z. B. in the German. Offenlegungsschrift 2 160 032 such described for on-the-fly pressure, in which the hammer can be locked and released There is a spring action, with a rotatable coupling pawl provided with an additional mass is attached between hammer and spring.

Alle diese Anordnungen sind jedoch durch relativ große Hammermassen, welche die erreichbaren Druckgeschwindigkeiten begrenzen, gekennzeichnet.However, all these arrangements are due to relatively large hammer masses, which limit the achievable printing speeds.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Druckhammerantrieb zur Erzielung kurzer Kontaktzeiten und hoher Aufschlagsgeschwindigkeiten vorzusehen, bei dem keine diffizilen Toleranz- und Materialprobleme auftreten.It is the object of the invention to provide a print hammer drive to achieve this short contact times and high impact speeds, with no difficult tolerance and material problems arise.

Diese Aufgabe der Erfindung wird in vorteilhafter Weise durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 genannten Maßnahmen gelöst.This object of the invention is advantageously achieved by in the characterizing part of claim 1 mentioned measures resolved.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.Further advantageous refinements of the invention are set out in the subclaims refer to.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben: Es zeigen: Fig. 1 eine schematische Darstellung eines federgetriebenen Druckhammers mit einem Haltemagneten, bei dem eine den Druckhammer tragende Blattfeder mit einem schwenkbaren Teil eines Magnetkreises verbunden ist; Fign. 2A bis 2D schematische Darstellungen zur theoretischen Betrachtung des sogenannten Schnappeffektes; Fign. 3 und 4 schematische Diagramme für den Bewegungsvorgang der am Schnappeffekt beteiligten Hammer- und Magnetjochmasse.An embodiment of the invention is shown in the drawings and is described in more detail below: FIG. 1 shows a schematic representation a spring-driven print hammer with a holding magnet, one of which is the print hammer supporting leaf spring is connected to a pivotable part of a magnetic circuit; Figs. 2A to 2D schematic representations for the theoretical consideration of the so-called Snap effect; Figs. 3 and 4 are schematic diagrams for the movement process of FIG hammer and magnet yoke mass involved in the snap effect.

In Fig. 1 ist die erfindungsgemäße Druckhammerantriebsvorrichtung schematisch dargestellt. Auf einer Blattfeder 1 ist am oberen Ende der Druckhammer 2 angebracht. Auf der dem Druckhammer 2 entgegengesetzten Seite der Blattfeder 1 ist ein Kontaktglied 3 vorgesehen. Die Feder 1 ist an ihrem unteren Ende in der Nut 8 eines um eine Achse 11 schwenkbaren Gliedes 9 eines elektromagnetischen Kreises fixiert. Diese Fixierung kann beispielsweise durch Schweißverbindung 10 erfolgen. Die freibleibenden Teile der Nut können mit einem elastischen Kunststoff ausgefüllt sein, um den Einfluß möglicher Biegebeanspruchungen an der Einspannstelle zu mindern. In der vorgespannten Position wird die Blattfeder an ihrem oberen Ende durch zwei Permanentmagnete 4 und 5 in einer vorgespannten Position gehalten. Beide Permanentmagnete 4 und 5 sind auf einem gemeinsamen Trägerelement angeordnet.In Fig. 1 is the print hammer drive device according to the invention shown schematically. The print hammer is on a leaf spring 1 at the upper end 2 attached. On the dem Print hammer 2 opposite side the leaf spring 1 is provided with a contact member 3. The spring 1 is at its lower End in the groove 8 of a member 9 pivotable about an axis 11 of an electromagnetic Circle fixed. This fixation can, for example, be achieved by a welded connection 10 take place. The remaining parts of the groove can be covered with an elastic plastic be filled in to the influence of possible bending stresses at the clamping point to reduce. In the preloaded position, the leaf spring is at its upper end held in a prestressed position by two permanent magnets 4 and 5. Both Permanent magnets 4 and 5 are arranged on a common carrier element.

Dieses Trägerelement 6 dient der Führung einer Justierschraube 7. Diese Justierschraube 7 wirkt für das Kontaktelement 3 auf der Feder 1 als Anschlag und dient der Einstellung des Luftspaltes zwischen dem Haltemagneten 4 und 5 und der Feder 1. Zur Freigabe des auf der vorgespannten Feder 1 sitzenden Druckhammers 2 in der durch den Pfeil gekennzeichneten Druckrichtung erfährt der elektromagnetische Kreis, welcher aus den Elementen des schwenkbaren Ankers 9 und des festangeordneten Joches 13 besteht, über die Spule 14 eine entsprechende elektrische Erregung. Aufgrund dieser elektrischen Erregung und des sich in diesem elektromagnetischen Kreis aufbauenden magnetischen Feldes erfolgt eine Schwenkung des magnetischen Joches 9 um seine Achse 11 zur Verkleinerung und Überwindung des Luftspaltes 12. Bei dieser Schwenkbewegung wird auf die vorgespannte Feder 1 eine zusätzliche Kraft ausgeübt, durch dessen Wirkung der obere Teil der Feder 1 aus dem Fangbereich der Haltemagneten 4 und 5 gelöst wird. Dabei erfährt der Druckhammer durch die Feder 1 eine beschleunigende Kraft in Druckrichtung und eine zusätzliche kinetische Energie. Dieser physikalisch dynamische Vorgang ist in den Fign. 2A und 2B dargestellt.This carrier element 6 serves to guide an adjusting screw 7. This adjusting screw 7 acts as a stop for the contact element 3 on the spring 1 and is used to adjust the air gap between the holding magnets 4 and 5 and the spring 1. To release the pressure hammer sitting on the pretensioned spring 1 2 in the direction of pressure indicated by the arrow experiences the electromagnetic Circle, which consists of the elements of the pivoting armature 9 and the fixed Yoke 13 is a corresponding electrical excitation via the coil 14. Because of this electrical excitation and that which builds up in this electromagnetic circuit magnetic field, the magnetic yoke 9 is pivoted about its axis 11 to reduce and overcome the air gap 12. During this pivoting movement an additional force is exerted on the pretensioned spring 1, by means of which Effect of the upper part of the spring 1 from the catching area of the holding magnets 4 and 5 is resolved. The print hammer is accelerated by the spring 1 Force in the direction of pressure and an additional kinetic energy. This physically dynamic process is shown in FIGS. 2A and 2B.

In den Figuren 2A bis 2C ist eine vereinfachte Darstellung zur Erläuterung des sogenannten Schnappeffektes gezeigt. In.A simplified illustration is provided in FIGS. 2A to 2C for the purpose of explanation the so-called snap effect shown. In.

diesen Darstellungen ist der Klappanker des Magneten als starrer, massebehafteter Hebel 17 dargestellt. Dieser Hebel ist um den Schwenkpunkt 16 drehbar. Identisch mit diesem Schwenkpunkt soll auch der Einspannpunkt der Feder 15 sein, deren Masse m im Punkt 18 vereinigt zu denken ist. Die Länge des Hebels 17 beträgt R, die der Feder von ihrem Einspannpunkt 16 bis zum Punkt 18 L. Zur Erklärung der Wirkungsweise des Schnappeffektes wird gemäß Darstellung in Fig. 2A davon ausgegangen, daß die völlig entspannte Feder mit ihrer Masse m an einem Haltemagneten 19 anliegt und gehalten wird. In Figur 2B ist gezeigt, daß bei einer Schwenkun des starren, massebehafteten Hebels 17 in angegebener Pfeil.ichtung (durch elektromagnetische Anziehungskräfte wird vergleichsweise in Fig. 1 das schwenkbare Magnetjoch 9 in einer Richtung zur Schließung des Luftspaltes 12 angezogen) die Feder eine Vorspannung erhält, wobei sie an ihrem äußeren Ende noch von dem Haltemagneten festgehalten wird.these representations is the hinged armature of the magnet as more rigid, massed lever 17 shown. This lever can be rotated about the pivot point 16. The clamping point of the spring 15 should also be identical to this pivot point, whose mass m is to be thought of as combined at point 18. The length of the lever 17 is R, that of the spring from its clamping point 16 to point 18 L. To explain the The mode of operation of the snap effect is assumed, as shown in FIG. 2A, that the completely relaxed spring rests with its mass m on a holding magnet 19 and is held. In Figure 2B it is shown that with a pivoting of the rigid, massed lever 17 in the indicated arrow direction (by electromagnetic Attractive forces are comparatively shown in Fig. 1, the pivotable magnet yoke 9 in a direction to close the air gap 12 attracted) the spring a bias receives, with it still held at its outer end by the holding magnet will.

Die an dem Hebel 17 angreifende Anziehungskraft ist mit FM gekennzeichnet, die im Punkt 18 gegen die Anziehungskraft FH des Magneten 19 wirkende Kraft FF ist durch die Auslenkung der Biegefeder 9 und die Federkonstante c zu F F = c L y bestimmt. Bei weiterer Schwenkung des Hebels 17 in Richtung der Kraft FM wird die Federkraft FF eine Größe erlangen, welche den Wert der Anziehungskraft F H des Haltemagneten übersteigt.The force of attraction acting on the lever 17 is marked with FM, the force FF acting against the attractive force FH of the magnet 19 at point 18 determined by the deflection of the spiral spring 9 and the spring constant c to F F = c L y. With further pivoting of the lever 17 in the direction of the force FM, the spring force is FF attain a size which corresponds to the value of the attractive force F H of the holding magnet exceeds.

In Fig. 2C ist die Anordnung unmittelbar nach dem Abreißen der Feder vom Haltemagneten gezeigt. Bei der nunmehr freien Feder setzt sich ihre ehemals durch die Vorspannung in ihr gespeicherte potentielle Energie in kinetische Energie der Masse m um. Die Feder zeigt in ihrem weiteren Bewegungsablauf ein über die strichpunktiert dargestellte Linie hinausgehendes Uberschwingen. (Siehe Fig. 2D) Bei freier schwingender Feder ist das System, wenn man einmal die Anziehungskraft FM unberücksichtigt läßt, als ein frei schwingendes, um den Drehpunkt 16 schwenkbares, gekoppeltes Drehpendel aufzufassen. Typisch für solche gekoppelten Drehpendelanordnungen ist die Tatsache, daß bei einer Pendelbewegung, z. B.In Fig. 2C the arrangement is immediately after the spring has been torn off shown by the holding magnet. In the now free pen, its formerly is set by the tension in it stored potential energy in kinetic energy of mass m um. The spring shows in its further course of movement an overshoot that goes beyond the line shown in dash-dotted lines. (Please refer Fig. 2D) With a freely oscillating spring, the system is once the force of attraction FM disregarded, as a freely oscillating, pivotable about the pivot point 16, to understand coupled rotary pendulum. Typical of such coupled rotary pendulum arrangements is the fact that with a pendulum movement, e.g. B.

der Masse m am starren Hebel 17 eine Kraft auftritt. Die Begründung dafür liegt im Drehimpulssatz. Unter Berücksichtigung des vorstehend erläuterten Koppel-Pendel-Prinzips läßt sich mit Bezug auf die Darstellung in Fig. 2C sagen, daß bei einem Schwingen der Masse m nicht über die strichpunktiert dargestellte Position hinaus an den Hebel 17 eine Kraft der Größe FS in angegebener Richtung angreift, weiche der Anziehungskraft FM entgegenwirkt, wodurch der Hebel 17 gebremst wird. Hierbei erfährt jedoch die Hammermasse m eine Geschwindigkeitserhöhung. Die Energie dafür entstammt dem in seiner Bewegung gebremsten Hebel 17.the mass m on the rigid lever 17 a force occurs. The reasoning for this lies in the angular momentum law. Taking into account the above Coupling-pendulum principle can be said with reference to the representation in Fig. 2C, that when the mass m oscillates, it does not go beyond the dot-dashed line Position also on the lever 17 a force of the size FS in the specified direction attacks, soft counteracts the attractive force FM, whereby the lever 17 is braked will. Here, however, the hammer mass m experiences an increase in speed. the The energy for this comes from the lever 17, which is braked in its movement.

Die Geschwindigkeit der Hammermasse m ist am größten, nn die Blattfeder in ihrem Bewegungsablauf li Position dc punkt-gestrichelt dargestellten Linie erreicht hat (Zu diesem Zeitpunkt sollte der Druckvorgang erfolgen). Schwingt sie darüber hinaus (Fig. 2D), so nimmt die Geschwindigkeit der Hammermasse m wieder ab durch Wirkung der jetzt in Richtung der Kraft FM am Hebel 17 wirkenden Kraft F5. Die für das System aufzubringende Gesamtenergie stammt aus der magnetischen Energie des Luftspaltes. Während die Darstellung in den Figuren 2A bis Fig. 2D für eine vereinfachte Erklärung der Wirkungsweise des Systems simplifiziert war, ergeben sich für die praktische Realisierung des Schnapphammers gemäß Fig. 1 einige Abänderungen: So ist zum Beispiel die Einspannstelle der Feder 8, die im wesentlichen der oberen Schweißverbindung 10 entspricht, nicht mit der Schwenkstelle 11 des schwenkbaren Joches 9 identisch, jedoch bedingt diese Abänderung keine qualitative Änderung der Wirksamkeit des sogenannten Schnappeffektes.The speed of the hammer mass m is greatest, nn the leaf spring reached in their movement li position dc dot-dashed line has (printing should be done at this point). Swing them over addition (Fig. 2D), the speed of the hammer mass m decreases again Effect of the force F5 now acting on the lever 17 in the direction of the force FM. The for The total energy to be applied to the system comes from the magnetic energy of the Air gap. While the illustration in Figures 2A to 2D for a simplified Explanation of the mode of operation of the system was simplified, arise for the practical implementation of the snap hammer According to Fig. 1, some changes: For example, the clamping point of the spring 8, which is essentially the upper one Welded connection 10 corresponds, not to the pivot point 11 of the pivotable Yoke 9 identical, but this change does not result in a qualitative change in the Effectiveness of the so-called snap effect.

Die Justierschreibe 7 um Haltemagneten 4, 5 dient dazu, die Blattfeder 1 bei einer bestimmten Vorspannung aus dem Fangbereich der Haltemagneten 4, 5 abreißen zu lassen.The adjusting disk 7 around holding magnets 4, 5 is used to hold the leaf spring 1 tear off at a certain bias from the catching area of the holding magnets 4, 5 allow.

Ebensogut ist es auch denkbar, den Permanentmagneten 4, 5 z. B. durch einen Elektromagneten zu ersetzen und den Zeitpunkt des Abreißens der Blattfeder von diesem Elektromagneten durch den Zeitpunkt der Auslöseerregung festzulegen.It is just as well conceivable that the permanent magnets 4, 5 z. B. by to replace an electromagnet and the time when the leaf spring was torn off set by this electromagnet by the time of trigger excitation.

In Fig. 3 ist der Geschwindigkeitsverlauf VH des Hammers mit der Masse m sowie der Geschwindigkeitsablauf VM des massebehafteten Hebels 17 in Abhängigkeit von der Zeit gezeigt. Diese Darstellung erfolgt unter der Randbedingung, daß die Anziehungskraft FM ständig weiterwirkt. t1 ist der Ablösezeitpunkt der Feder von der Haltevorrichtung. Die Geschwindigkeit VH der vom Haltemagneten losgelösten Hammermasse nimmt zum Zeitpunkt t2 ein Maximum an, und wenn die Hammermasse frei weiterschwingen würde (ohne daß ein Druckvorgang an dieser Stelle erfolgt), würde sie bei ihrem Zurückschwingen ein Geschwindigkeitsminimum zum Zeitpunkt t3 erreichen, wonach die Geschwindigkeit VH wieder ansteigen würde. An dieser Stelle sei allerdings bemerkt, daß sich das gesamte Pendelgebilde in einer um den Schwenkpunkt 16 rotierenden Bewegung durch Wirkung der anhaltenden Kraft FM befinden würde. Zum Verlauf der für den Klappanker maßgeblichen Kurve VM ist zu sagen, daß die Geschwindigkeit dieses Ankers vom Zeitpunkt tO bis zum Zeitpunkt t4 ansteigen würde, um danach wieder abzufallen, später wiederum anzusteigen usw.In Fig. 3 is the speed curve VH of the hammer with the mass m as well as the speed sequence VM of the mass-afflicted lever 17 as a function shown by the time. This representation takes place under the boundary condition that the The attraction of FM continues to have an effect. t1 is the point in time when the spring detaches from the holding device. The speed VH of the hammer mass detached from the holding magnet assumes a maximum at time t2, and when the hammer mass continues to vibrate freely would (without printing at this point), it would at hers Swing back to reach a minimum speed at time t3, after which the Speed VH would increase again. At this point, however, it should be noted that the entire pendulum structure is in a rotating movement about the pivot point 16 by action of the sustained force FM would be located. To the course of the for the hinged anchor authoritative curve VM is to say that the speed of this anchor from the point in time t0 would rise up to time t4 and then fall again, again later to rise, etc.

Durch Vergleich beider oszillierenden Kurvenverläufe kann gesagt werden, daß in etwa das Geschwindigkeitsmaximum der Hammermasse m zum Zeitpunkt t2 mit einem Geschwindigkeitsminimum der schwenkbaren Jochmasse zusammenfällt. Bei der praktischen Ausführungsform eines sogenannten Schnapphammers muß das Abschalten der Spulenerregung 14 zu einem bestimmten Zeitpunkt erfolgen. Dieser Zeitpunkt ist zweckmäßigerweise so festzulegen, (Fig. 4) daß sich zu einer späteren Zeit die Geschwindigkeit VM des Joches dem Wert 0 nähert und keine weiteren Oszillationen der Kurve VM um die Zeitabszisse auftreten. Mit anderen Worten: Die Abschaltzeit der Spulenerregung 14 ist so zu wählen, daß das Magnetjoch vor dem Aufschlag der Masse m nicht zurückschwingt. Zu diesem Zeitpunkt soll dann auch gemäß Fig. 4 der Aufschlag der Hammermasse m auf dem Aufzeichnungsträger erfolgen, da zu diesem Zeitpunkt VH ein Maximum hat. Wenn der Aufschlag des Druckhammers m auf dem Aufzeichnungsträger zu einem Zeitpunkt maximaler Geschwindigkeit erfolgt, bei dem die Feder eine nicht vorgespannte Position einnimmt, ergeben sich besonders günstige energetische Verhältnisse. Eine derartige optimale Kondition läßt sich durch gegenseitige Abstimmung des Zeitpunktes des Ablösens der Hammermasse vom Haltemagneten unter Beachtung der Schwingungsparameter des gesamten Systemes erreichen.By comparing the two oscillating curves it can be said that that roughly the maximum speed of the hammer mass m at time t2 with a The minimum speed of the pivotable yoke mass coincides. In the practical Embodiment of a so-called snap hammer must switch off the coil excitation 14 take place at a certain point in time. This point in time is appropriate so set (Fig. 4) that at a later time the speed VM of the yoke approaches the value 0 and no further oscillations of the curve VM around the Time abscissa occur. In other words: the turn-off time of the coil excitation 14 is to be selected so that the magnet yoke does not swing back before the impact of the mass m. At this point in time, according to FIG. 4, the impact of the hammer mass m on the record carrier, since VH has a maximum at this point in time. When the impact of the print hammer m on the recording medium at a time maximum speed takes place at which the spring is in a non-preloaded position takes, there are particularly favorable energetic conditions. Such a one Optimal condition can be achieved by mutually coordinating the time of detachment the hammer mass of the holding magnet taking into account the vibration parameters of the entire System.

Claims

PATENT CLAIMS Print hammer drive device with a print hammer supporting leaf spring and with a leaf spring in a pretensioned state holding holding arrangement, through the release of which the printing process can be initiated, characterized in that the leaf spring (1) has at its end remote from the pressure hammer one about an axis (11) pivotable magnetizable hinged armature (9) of an electromagnetic Circle (9, 13, 14) is connected that this electromagnetic circuit one through the pivoting movement of the armature (9) has a variable working air gap (12), that when the electromagnetic circuit is excited, the working air gap is reduced (12) as a result of the pivoting movement of the armature (9), the leaf spring (1) is pretensioned Position of the holding arrangement (4, 5) can be released and with the pivotable yoke (9) performs a coupling pendulum movement.

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the holding arrangement consists of one or more permanent magnets (4, 5).

3. Arrangement according to one of claims 1 to 2, characterized in that that to adjust the air gap between the upper part of the leaf spring (1) and an adjusting screw (7) is provided for the holding magnet (3, 4).

4. Arrangement according to claim 1, characterized in that by voting the time of excitation of the pivotable magnet armature (9) and / or the time of release of the print hammer from the holding device (4, 5) on the vibration parameters of the elements (1, 9) involved in the coupling pendulum movement to the printing process a point in time of maximum print hammer speed can be carried out at which the pivotable armature (9) is braked in its pivoting movement without a stop.