ELECTROMAGNETIC DRIVE, IN PARTICULAR FOR AN IMPACT PRINTER

Abstract: 1. Electromagnetic actuator for performing individual step, switch or impact movements, comprising an electromagnet assembly and a moving element (1) with a tongue-shaped contour, where-in the electromagnet assembly includes yokes (2, 3) excitable by an electromagnet coil (6), the facing pole ends of which define magnetic coplanar operating gaps (7, 8), the electromagnet assembly on either side of the plane of the operating gaps (7, 8), is yoke and coil symmetric, the longitudinal medium plane of the moving element (1) extends through the magnetic operating gaps and comprises a number of softmagnetic elements, the geometrical shape of which is of the order of that of the magnetic operating gaps (7, 8), and each soft-magnetic element in its starting position in the non-excited state of the electromagnet assembly is positioned substantially external to its associated magnetic operating gap (7, 8), being pulled into said gap upon excitation of the electromagnet assembly and accelerated in the process, thus actuating the moving element (1), charactérized in that the moving element (1) id frame-shaped, for obtaining a higher bending resistance, the frame perpendicular to the moving element's (1) direction of movement in the direction of the magnetic flux in the operating gap is wider than the soft-magnetic elements acting as armature bars (9-1, 9-2) and extending inside the frame, the electromagnet assembly comprises a basic yoke ( 6, 2-3, 3-3), encompassed by an excitation coil, extending perpendicularly through the plane of the moving element, said basic yoke continuing on either side of the plane of the moving element in the form of further yokes, between whose pole ends (2-10, 3-10 ; 2-20, 3-20), facing the plane of the moving element, operating gaps (7, 8) are formed, and between the operating gaps (7, 8) and the outer circumference of the excitation coil (6) adequate space is provided for the movement of the armature bars (9-1, 9-2).

Description: Elektromagnetischer Stösselantrieb, insbesondere für Anschlagdrucker Die Erfindung betrifft einen elektromagnetischen Stö Belantrieb, der sich insbesondere bei Anschlagdruckern einsetzen lässt. Dieser neuartige Antrieb basiert in seiner grundlegenden physikalischen Wirkungsweise auf einem Prinzip, wie es in der europäischen Anmeldung 80 103 387.9 (GE 9-80-014E) beschrieben ist. Sie bezieht sich auf einen schnellen, elektromagnetisch betätigbaren Stössel antrieb, der insbesondere für Anschlagdrucker eingesetzt werden kann. Der Elektromagnet besteht grundsätzlich aus im wesentlichen symmetrisch aufgebauten magnetisierbaren Jochhälften mit entsprechender(n) Erregerspule(n). Die einander zugewandten Polenden der Jochhälften bilden zueinander fluchtende magnetische Arbeitsspalte. Zwischen den magnetischen Arbeitsspalten ist ein in Richtung der Fluchtlinie der Arbeitsspalte verschiebbarer Stössel angeordnet. Der Querschnitt des Stössels ist an die Fläche der Arbeitsspalte angepasst. Er kann zylinderförmig oder quaderförmig ausgebildet sein. Er enthält z.B. scheiben- bzw. quaderförmig ausgebildete Ankerelemente aus magnetisierbarem Material und zwischen diesen angeordnete Abstandselemente aus vorwiegend nichtmagnetisierbarem Material. Die Ankerelemente weisen eine derartige geometrische Ausbildung auf, dass ihr Volumen in der Grössenordnung des Arbeitsspaltvolumens liegt. In der Ausgangslage des Stössels befinden sich die Ankerelemente im nichterregten Zustand der Elektromagneten im wesentlichen vor dessen Arbeitsspalten. Sie werden bei Erregung des Elektromagneten in diese Arbeitsspalte hineingezogen und erfahren dabei eine Beschleunigung. Bei Anordnungen dieser Art führt der Stössel eine geradlinige Bewegung aus. Bei einem Jochhälftenpaar kann nur eine der Jochhälften mit einer Spule versehen sein; ebenso ist es aber auch möglich, beide Jochhälften mit je einer Spule zu versehen. Sind einem Stössel mehrere Jochhälftenpaare zugeordnet, so vergrössert sich entsprechend die Anzahl der erforderlichen Spulen. Derartig wirkende Stösselanordnungen weisen jedoch folgende Nachteile auf: Für einen, von Seitenkräften freien Antrieb sind für jedes Jochhälftenpaar immer zwei Spulen (für jede Jochhälfte eine Spule) erforderlich. Bei Druckhammerbänken mit mehreren nebeneinanderliegenden Stösselanordnungen ist deren Baubreite durch den seitlichen Abstand benachbarter Stösseleinheiten begrenzt. In der europäischen Patentanmeldung 82 101 865.2 (GE 980 048E) ist ein elektromagnetischer Stösselantrieb beschrieben, der eine Weiterbildung des Antriebs nach der europäischen Patentanmeldung 80 103 387.9 (GE 9-80-014E) für einen quaderförmigen Stössel darstellt. In Fig. 3 der vorliegenden Anmeldung ist eine Explosionszeichnung einer Druckstösseleinheit mit zugehörigen elektromagnetischen Antriebseinheiten gezeigt. Diese Fig. 3 entspricht der Fig. 4 der erwähnten europäischen Patentanmeldung: Der Elektromagnet besteht aus zwei im wesentlichen symmetrisch aufgebauten, von einer Spule 45, 55 umfassten magnetisierbaren E-förmigen Jochhälften 41, 51. Die zueinander zugewandten Polenden der Jochhälften 41, 51 bilden drei einander fluchtende Arbeitsspalte 44/54, 43/53, 42/52. Zwischen den Arbeitsspalten ist ein in Richtung der Fluchtlinie der Arbeitsspalte verschiebbarer zungenförmiger Stössel 5 angeordnet. Der Querschnitt des Stössels 5 ist an die Fläche der Arbeitsspalte angepasst. Der Stössel enthält quaderförmig ausgebildete Ankerstege 60, 61, 62 aus magnetisierbarem Material. Die Ankerstege 60, 61, 62 weisen eine derartige geometrische Ausbildung auf, dass ihr Volumen in der Grössenordnung des Arbeitsspaltvolumens liegt. In der Ausgangslage des Stössels 5 befinden sich die Ankerstege im nichterregten Zustand des Elektromagneten im wesentlichen vor dessen Arbeitsspalte. Sie werden bei Erregung des Elektromagneten in dessen Arbeitsspalte hineingezogen und erfahren dabei eine Beschleunigung. Die Windungen 45, 55 der die Jochhälften 41, 51 erregenden Spulen 45, 55 verlaufen im wesentlichen zwischen den E-Schenkeln 44/43; 43/41; 54/53; 53/52 der Jochhälften. Bei einer solchen Ausbildung eines Stösselantriebs tritt jedoch der Nachteil auf, wonach der zungenförmige Stössel nicht genügend biegesteif ist. Zur Vermeidung der vorgenannten Nachteile ist es Aufgabe der Erfindung, einen elektromagnetischen Antrieb mit einem zungenförmigen Stössel grösserer Biegesteifigkeit vorzusehen, der bei symmetrischem Aufbau der Elektromagneteinheiten beidseits des Stössels mit nur einer Erregerspule auskommt. Diese Aufgabe der Erfindung wird in vorteilhafter Weise durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 angegebenen Massnahmen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen: FIG. 1 eine schematische Explosionszeichnung der er findungsgemässen elektromagnetischen Stösselein heit, FIG. 2 eine Schnittdarstellung der elektromagnetischen Stösseleinheit im zusammengebauten Zustand gemäss der Schnittebene A-A in FIG. 1, FIG. 3 eine schematische Explosionszeichnung einer elektromagnetischen Stösseleinheit nach dem Stand der Technik. In Fig. 1 ist eine Explosionszeichnung der für die erfindungsgemässe elektromagnetische Antriebseinheit wesentlichen Teile gezeigt. Diese Antriebseinheit besteht aus dem Stössel 1, dem Elektromagneten und einem Abstandsscheibenring 4. Der Elektromagnet wiederum besteht aus einem Paar symmetrischer Jochhälften 2 und 3 und einer Spule 6. Die Jochhälften, deren Schnittdarstellung gemäss der Schnittebene A-A auch aus Fig. 2 zu entnehmen ist, weisen auf der dem Stössel 1 zugewandten Seite ringsegmentartige, hervorstehende Pole 2-1, 2-2 bzw. 3-1, 3-2 mit glatten Polflächen 2-10, 2-20, 3-10, 3-20 auf. Beim Zusammenbau der Teile der elektromagnetischen Antriebseinheit liegen sich die flachen Polflächen 2-10 und 3-10 bzw. 2-20 und 3-20 unter Bildung zweier Arbeitsspalte 7 und 8 gegen über, die in einer Ebene liegen. Die Jochhälften kann man sich aus rotationssymmetrischen, entsprechend modifizierten deckelförmigen Gebilden entstanden denken, bei denen ein oberer und unterer Abschnitt weggeschnitten wurde. Die obere Gleitfläche der Jochhälfte 2 ist mit 2-30, die untere mit 2-40 bezeichnet. Die oberen Schnittflächen 2-30 und 2-40 verlaufen parallel. Diese Gleitflächen dienen als Führungsfläche für den Rahmen des Stössels 1. Die Gleitflächen der Jochhälfte 3 sind mit 3-30 und 3-40 bezeichnet. Die Jochhälften weisen mittig eine Bohrung 50 auf, durch die sie durch eine entsprechende Verbindung, z.B. eine Schraubverbindung, zusammengehalten werden können. Jede Jochhälfte hat auf ihrer dem Stössel zugewandten Innenseite um diese Bohrung herum einen scheibenringförmig-ähnlichen Vorsprung 2-3 bzw. 3-3. Dieser Vorsprung dient dazu, die ringförmige Erregerspule 6 in ihrer Lage zu fixieren. Dabei ist die Erregerspule quasi auf die beiden Vorsprünge 2-3 bzw. 3-3 der Jochhälften aufgesteckt; zwischen den beiden Vorsprüngen liegt der Abstandsscheibenring 4, durch dessen Höhe (in Richtung beider Jochhälften) die Abmessung der magnetischen Arbeitsspalte 7 und 8 festgelegt ist. Wie aus Fig. 2 zu ersehen ist, weist der äussere Umfang der Erregerspule 6 einen Abstand zur Innenseite der Pole 2-1, 2-2, 3-1, 3-2 auf. Dieser Abstand ist ausreichend gross, um eine entsprechende Bewegung der Ankerstege 9-1, 9-2 des Stössels 1 (in Pfeilrichtung und zurück) zuzulassen. Der Stössel 1 ist rahmenförmig ausgeführt. Die für die Stössel führung wichtige obere 1-1 und untere 1-2 Rahmenteile haben auf ihrer Innenseite glatte, einander parallele Führungsflächen 1-10 und 1-20. Zwischen dem oberen und unteren Rahmenteil sind kreisbogenförmige Ankerstege 9-2 und 9-1 angeordnet, die aus Gründen einer einfachen Herstellung Teile des Ankerringes 9 aus magnetisierbarem Material sind. Der Ankerring 9 ist mit dem Rahmen 1 vergossen. Die Breite B des Rahmens 1 ist grösser als die Breite C des Ankerringes 9. Dieser Umstand ist wesentlich, denn erst dadurch ist es möglich, dass der Stössel 1 mit den Innenflächen 1-10 und 1-20 der oberen und unteren Rahmenteile im Bereich D, beidseits des Ankerringes durch Gleiten auf den Flächen 2-30 und 2-40 der Jochhälfte 2 und den Flächen 3-30 und 3-40 der Jochhälfte 3 geführt werden kann. Zur Erzielung einer Stösselbewegung in Pfeilrichtung, z.B. zur Erzeugung eines Abdruckes bei Anschlagdruckern, wird die Elektromagneteinheit erregt. Dabei bildet sich in den beiden Arbeitsspalten 7 und 8 ein magnetisches Feld aus. Zum Zeitpunkt der Erregung sollen sich vor diesen Arbeitsspalten 9-1 bzw. 9-2 die Ankerstege des Stössels 1 befinden. Sie werden bei Erregung der Elektromagnete in diese Arbeitsspalte hineingezogen und dabei beschleunigt und dienen so einer Antriebsbewegung des Stössels in Pfeilrichtung. In diesem Zusammenhang ist es wesentlich, dass die den Arbeitspalten zugeordneten Ankerstege eine Ausbildung und Abmessungen aufweisen, die in etwa der Ausbildung und den Abmessungen des Arbeitsspaltes entsprechen. In Fig. 1 sind die Ankerstege 9-1 und 9-2 als ringförmige Segmente ausgebildet. Sie sind entsprechend den ringsegmentförmigen Arbeitsspalte auch ringsegmentförmig ausgebildet. Ihre Breite C ist geringfügig geringer als der Ab stand der Polflächen 2-10/3-10; 2-20/3-20, zwischen denen die Arbeitsspalte 7 und 8 gebildet werden. Da die Jochhälften aus rotationssymmetrischen Teilen hergestellt werden, ist es verständlich, dass die Ankerstege 9-1 und 9-2 Teile einer gemeinsamen Ringstruktur sind können. Aus fertigungstechnischen Gründen ist es zweckmässig, die Ankerstege nicht separat vorzusehen, sondern als Teil eines gemeinsamen ganzen Ankerringes 9. Dabei sind die oberen und unteren Segmente 9-3 und 9-4 des Ankerringes 9 für die elektromagnetische Wirkungsweise des Antriebes ohne Belang. Ein Ankerring als Ganzes lässt sich leichter im Rahmen des Stössels in Kunststoff vergiessen als es bei zwei getrennten Ankerstegen 9-1, 9-2 der Fall ist. Ausserdem verleiht der Ankerring der Stösselanordnung eine grössere Festigkeit. Aus Fig. 2 geht hervor, dass im nichterregten Zustand des Elektromagneten der Ankersteg 9-2 sich vor dem Arbeitsspalt 7 ausserhalb des Jochhälftenpaares 2/3 befindet, während sich der Ankersteg 9-2 innerhalb dieser Anordnung befindet. Bei Erregung des Elektromagneten wird der Ankersteg 9-1 in den Arbeitsspalt 7 und der Ankersteg 9-2 in den Arbeitsspalt 8 in Pfeilrichtung hineingezogen und dabei beschleunigt. Sobald sich die Ankerstege bei dieser Bewegung in einer Position befinden, in der sie in etwa den Raum des Arbeitsspaltes einnehmen, wird die Erregung abgeschaltet; die Bewegung des Stössels wird sich dabei fortsetzen. Für die Wirkungsweise der Antriebsanordnung ist es selbstverständlich Voraussetzung, dass zur Leitung des Magnetflusses die Jochhälften 2, 3 und der Abstandsscheibenring 4 aus weichmagnetischem Material hergestellt sein müssen. Ausserdem sei darauf hingewiesen, dass der innere Radius der Ankerstege auch dem äusseren Radius der ringsegmentartigen Pole (2-1, 2-2 etc) und umgekehrt entsprechen kann um ein optimales Beschleunigungsverhalten beim Hineinziehen der Ankerstege in die Arbeitsspalte zu erreichen. Die Anwendung solcher Stösselbewegungen ist vielfältig und im Stand der Technik bereits eingehend gewürdigt. Besonders vorteilhaft lässt sich dieser Stössel für Anschlagdrucker verwenden. Aus diesem Grunde ist der in Fig. 1 gezeigte Stössel mit einem Hammerkopf" 10 versehen. Die Aufhängung des Stössels sowie Massnahmen zur Zurückführung des Stössels nach erfolgtem Druckanschlag sind bereits eingehend im Stand der Technik beschrieben (siehe auch europäische Patentanmeldung 80 103 387.9). Aus diesem Grunde wird auf diese Einzelheiten hier wiederholend nicht eingegangen. Bei dem erfindungsgemässen elektromagnetischen Stösselantrieb wird im Vergleich zum Stand der Technik eine höhere Biegesteifigkeit des Stössels erreicht. Es ist verständlich, dass in sogenannten Druckhammerbänken" von Anschlagdruckern die Stösseleinheiten eine bestimmte Breite nicht überschreiten dürfen, um einer vorgegebene Teilung für die Buchstabenpositionen zu entsprechen. Solche Stösseleinheiten sind gemäss der europäischen Patentanmeldung 80 103 387.9 durch beidseits des Stössels angeordnete Magnetjochhälften mit jeweils einer Erregerspule gekennzeichnet. Da auf jeder Seite des Stössels eine solche Erregerspule vorgesehen ist zur Aufrechterhaltung der Symmetrie der Elektromagneteinheit - erfordert eine solche Stösseleinheit eine grössere Baubreite als es bei Verwendung nur einer Spule möglich wäre. Wenn man jedoch die Symmetrie der Elektro magneteinheit unter Verwendung nur einer einzigen Spule aufrechterhält, ist eine Verringerung der Baubreite der Antriebseinheit möglich. Dies ist nach der vorstehend beschriebenen Erfindung möglich, wonach eine symmetrische Elektromagneteinheit mit nur einer einzigen Spule ausgestattet ist. Dabei lässt sich eine verringerte Baubreite der Antriebseinheit erzielen. Wenn man diesen letztgenannten Vorteil nicht ausnutzt, gewinnt man mehr Raum für eine Verbreiterung des Stössels, um diesem eine noch höhere Biegesteifigkeit zu verleihen. Diese höhere Biegesteifigkeit des Stössels wird dadurch erreicht, dass er erfindungsgemäss rahmenförmig ausbildet wird, wobei der Rahmen eine grössere Breite aufweist als es bei einer Stössel anordnung nach dem Stand der Technik (aufgrund der Baubreitenbeschränkung für Druckhammereinheiten) möglich ist.

Claims: PATENTANSPRUCHE 1. Elektromagnetische Antriebsanordnung zur Ausfüh rung einer einzelnen Schritt-, Schalt- oder Stoss bewegung, bestehend aus einer Elektromagneteinheit und einem Bewegungsglied, wobei die Elektromagneteinheit von einer Elektro magnetspule erregbare Joche einschliesst, deren einander gegenüberstehende Polenden magne tische, in einer Ebene liegende Arbeitsspalte definieren, dass die Elektromagneteinheit beidseits der Ebene der Arbeitsspalte joch- und spulensymmetrisch auf gebaut ist, dass das Bewegungsglied mit durch die magnetischen Arbeitsspalte verläuft und eine Anzahl weichmagnetischer Elemente enthält, deren geometrische Ausbildung in der Grössenord nung der geometrischen Ausbildung der magnetischen Arbeitsspalte liegt, und von denen sich ein jedes im nichterregten Zu stand der Elektromagneteinheit in seiner Ausgangs lage im wesentlichen vor einem ihm zugeordneten magetischen Arbeitsspalt befindet und bei Erregung der Elektromagneteinheit in diesen Arbeitsspalt hineingezogen und dabei beschleunigt wird, wodurch der Antrieb des Bewegungselementes bedingt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Bewegungsglied < 1) rahmenartig mit zungenförmiger Kontur ausgebildet ist, dass die Bewegungsgliedebene in der Ebene der Arbeitsspalte (7, 8) liegt, dass der Rahmen (1) senkrecht zur Bewegungsrichtung des Bewegungsgliedes und der Magnetflussrichtung im Arbeitsspalt zur Erlangung einer höheren Biegesteifigkeit breiter (B) ausgebildet ist als die als Ankerstege (9-1, 9-2) ausgebildeten weichmagnetischen Elemente, die innerhalb des Rahmens verlaufen, dass die Elektromagneteinheit ein senkrecht durch die Bewegungsgliedebene verlaufendes, von einer Erregerspule umgebenen Basis-Joch (6, 2-3, 3-3) umfasst, welches sich auf jeder Seite der Bewegungsgliedebene in weiteren Jochen fortsetzt, zwischen deren der Bewegungsgliedebene zugewandeten Polenden (2-10, 3-10; 2-20, 3-20) sich jeweils die Arbeitsspalte (7, 8) ausbilden, und dass zwischen den Arbeitsspalten (7, 8) und dem äusseren Umfang der Erregerspule (6) ein für die Stösselbewegung ausreichender Abstand vorgesehen ist. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die die Arbeitsspalte (7, 8) bildenden, sich gegenüberliegenden Polenden der Jochschenkel eine kreisringsegmentartige Polfläche (2-10, 2-20, 3-10, 3-20) aufweisen und die Ankerstege (9-2,; 9-1) ent sprechend kreisringsegmentartig ausgebildet sind.

Inventors: MATTHAEI, HORST, DIPL.-ING.
Applicants: IBM DEUTSCHLAND GMBH, INTERNATIONAL BUSINESS MACHINES CORPORATION
Application year: 1984
Main classification: B41J9
IPC codes: H01F7, B41J9