Software: SimX - Nadelantrieb - Wirkprinzip - Aufgabe

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Prägenadel-Antrieb
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Als Komponente eines Druckers für Braille- (Blinden)schrift ist eine Baugruppe zu entwickeln, welche die notwendigen Grübchen in das Papier prägt. Jedes Zeichen besteht aus einer 2x4-Punktmatrix, um auch Sonderzeichen codieren zu können. Bei der klassischen manuellen Prägung haben das Papier, die verwendete Matrize und die Prägenadel-Kuppe folgende Abmessungen:
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Es soll eine Prägegeschwindigkeit von mindestens 130 Zeichen/s erreicht werden. Mit einer einzelnen Nadel müsste man ca. 1000 Punkte/s prägen, was als kaum realisierbar angesehen wird. In der zu untersuchenden Antriebsvariante ist deshalb ein Prägekopf mit einer Spalte aus 4 Präge-Nadeln vorgesehen. Jede Nadel der Baugruppe erhält einen eigenen elektromagnetischen Antrieb in Form eines Topfmagneten. Die Prägenadel soll starr mit dem Anker des Topfmagneten verbunden sein:

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Es wird von folgenden Annahmen ausgegangen:

  • Die Dicke des zu prägenden Papiers beträgt maximal 0,15 mm. Nach dem Prägen in der 0,65 mm tiefen Matrize besitzt das Papier an dieser Stelle nur noch eine Dicke von 0,10 mm.
  • Der erforderliche Hub für die Präge-Nadel beträgt also minimal ca. 0,70 mm. Falls man eine "Freiflug"-Phase der Nadelspitze über dem Papier vorsieht, vergrößert sich der erforderliche Hub entsprechend.
  • Es müssen mindestens 260 Spalten/s geprägt werden. Für einen Prägezyklus stehen nur 1/260 s = ca.3,8 ms zur Verfügung. Mit einem Sicherheitszuschlag von ca. 10% = ca. 0,4 ms sollte ein Nadel-Antrieb einen kompletten Prägezyklus in 3,4 ms vollenden können.
  • Es wird geschätzt, dass jede Präge-Nadel eine Masse von ca. 0.5 g bis 2 g benötigt.