Alps PTMFL 53, 61 und 63

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Bild 1: Alps PTMFL 53 im Sharp EL-1610. Das links erkennbare IC LB1256 ist in fast allen mir bekannten Rechnern mit diesem Druckwerk enthalten.
Bild 2: Alps PTMFL 63 aus einem Sharp EL-1611A. man erkennt die breitere Papierführung und die nach außen versetzte Tintenrolle.

Die Druckwerke PTMFL 53, PTMFL 61 und PTMFL 63 von Alps sind fast identische, sehr kompakte Gummiketten-Druckwerke für 10- oder 12stellige „Handrechner“. Das Modell 53 unterscheidet sich von den beiden anderen in der Papierbreite, nicht jedoch in den Abmessungen des eigentlichen Druckwerks. Das Modell 61 entspricht dem Modell 63, hat jedoch bei gleicher Breite und Tiefe einen etwas kleineren Elektromotor und damit eine um etwa einen Millimeter reduzierte Bauhöhe.

Erschienen sind diese Drucker spätestens 1984.

Typenbezeichnungen

Bild 3: Die Abdeckung der Kontaktscheiben im PTMFL 63 meines Sharp EL-1611L.

Wegen der vielen Aufschriften auf dem Elektromotor ist es schwer, eine Typenbezeichnung zu erkennen, aber egal wie man die Zahlen interpretiert hat, schien es zahlreiche verschiedene, mechanisch aber praktisch identische Versionen gegeben zu haben. Alle bis auf den PTMFL 61 werden von einem Mabuchi-Elektromotor vom Typ FK 130R (oder RH) angetrieben. Der (schönere) Aufkleber mit grüner Schrift hat also nichts mit Alps zu tun!

Der Drucker im Sharp EL-1611L brachte dann etwas Klarheit: Anders als bei den älteren Rechnern ist hier die Typenbezeichnung nicht nur auf einen Aufkleber auf dem Motor gedruckt, sondern in das Gehäuse eingeprägt. Sie lautet PTMFL 63 (Bild 3). Ebenso ist es beim noch jüngeren EL-1611E.

Dies macht die scheinbar vierstellig und bei den Buchstaben z.T. abgekürzt angegebene Typenbezeichnungen der anderen Exemplare bestenfalls zu Unterversionen, Revisionen oder gar nur Datumscodes, und die scheinbare Typenvielfalt reduziert sich auf zwei Modelle, die sich in der Breite der Papierführung auch klar unterscheiden (PTMFL 53: 38 mm und PTMFL 63: 57 mm). Der Rest der Mechanik ist gleich groß und weitestgehend identisch, unabhängig davon, ob der Rechner 10- oder 12stellig ist.

Daß die eigentliche Typnummer nur zweistellig ist, geht übrigens auch aus dieser Tabelle passender Rechen-ICs hervor.

Druckbreite

Bild 4: Das Druckbild des PTMFL 63. Die größere Papierbreite ist offensichtlich vollkommen überflüssig!

Die Druckwerke im Sharp EL-1611, EL-1611 S und EL-1611H (PTMFL 63) sind, wie bereits erwähnt, für 57-mm-Papier ausgelegt, ansonsten aber gleich aufgebaut wie das PTMFL 53 im Sharp EL-1610; insbesondere ist auch die Länge der Kette und der Laufschiene des Druckkopfs gleich (Bilder 1 und 2). Daraus kann man schließen, daß der zusätzliche Platz auf dem Papier schlicht und einfach nicht genutzt wird, was auch der Fall ist (Bild 4). Bleibt die Frage nach dem Vorteil des breiteren Papiers. Ist es billiger, weil es in größeren Mengen hergestellt wird? Oder war es ein Bedürfnis der Kunden, für kleine und große Rechenmaschinen das gleiche Papier verwenden zu können?

Auch der Drucker des zwölfstelligen EL-1611L ist ein PTMFL 63, also nicht breiter als der in den Vorgängermodellen. Daraus kann man schließen, daß die Druckwerke grundsätzlich 12 Stellen drucken können – eigentlich sind es sogar 14, denn es kommt noch das Dezimalkomma sowie ein Operationszeichen hinzu. Wahrscheinlich gilt das auch für den „schmalen“ PTMFL 53, denn der „Haltekamm“ hat auch bei diesem Modell 13 „Zinken“ (die 14 Stelle braucht keine Zinke, denn sie befindet sich ganz rechts am Anschlag). Auch andere mechanische Unterschiede sind nicht erkennbar.

Es gibt aber ein größeres Modell mit 19 Druckstellen, den PTMFL 77, der außerdem zweifarbig drucken kann. Die Achsen der Gummikette stehen beim PTMFL 77 etwa 15 mm weiter auseinander als beim PTMFL 53/63.

Alps hat jedoch auch „nach unten“ weiterentwickelt: Das gegen Ende der 1980er Jahre erschienene Modell PTMFL 71 hat den gleichen Abstand zwischen den Kettenachsen wie die Modelle 53 und 63 und kann, so wie es aussieht, ebenfalls 14 Stellen drucken. Es ist aber wesentlich kompakter – die Bauhöhe ist von 21 mm auf 12 mm reduziert worden! Dies wurde unter anderem dadurch erreicht, daß ein kleinerer Elektromotor eingebaut wurde und die Kontaktscheiben jetzt auf der anderen Seite liegen, also nicht mehr unterhalb des Getriebes, sondern unterhalb des nicht angetriebenen Kettenrads. Die grundsätzliche Funktionsweise ist jedoch gleich geblieben.

Aufbau und Funktionsweise

Bild 5: Der etwas nach links gewanderte Druckkopf. Man erkennt die abgeflachte Form der Laufschiene, die zugleich als Antriebswelle dient.

Es ist auf den ersten Blick ersichtlich, daß die Typen auf einer umlaufenden Kette eingeprägt sind, wobei die Ziffern zur Erhöhung der Druckgeschwindigkeit viermal vorhanden sind und die Sonderzeichen doppelt. Wie die Anordnung im Detail ist, habe ich im Abschnitt Problembehebung beschrieben.

Im Gegensatz zu einem klassischen Kettendrucker, wie er in der Frühzeit der EDV zum extrem schnellen Bedrucken von Endlospapier verwendet wurde (auch Zeilendrucker genannt), hat dieses Druckwerk jedoch nicht für jede Spalte einen eigenen Druckhammer, sondern nur einen einzigen, der innerhalb der Kette auf einer Schiene wie ein Druckkopf hin- und herbewegt wird. Damit ist so ein Gerät prinzipiell langsamer als ein Trommel- oder Abwälzdruckwerk (die man auch als Zeilendrucker bezeichnen könnte).

Abgesehen vom Thermodrucker ist diese Bauform aber wohl die kompakteste Art, wie man ein Druckwerk bauen kann. In Bild 1 und 2 erkennt man erkennt die Führungsräder für die gegen den Uhrzeigersinn umlaufende Kette, die Tintenrolle, den Druckkopf auf seiner Laufschiene, den Antriebsmotor sowie ein erstaunlich kompliziertes Getriebe. Der Druckkopfhammer enthält keinen Elektromagneten, sondern wird rein mechanisch über die rotierende Laufschiene angetrieben, die dafür einen abgeflachten Querschnitt hat. Die kleine Feder zieht den Hammer wieder in die Ausgangslage zurück.

In Bild 5 habe ich den Druckkopf von Hand etwas nach links gezogen (das ist ohne weiteres möglich). Man erkennt unten rechts die Feder, die ihn in die Ausgangslage zurückzieht. Das zwischen Kette und Laufschiene zu sehende weiße Plastikteil verhindert mit seinen „Zinken“, daß der Druckkopf zurückschnellt. Beim sehr genauen Hinsehen ist zu erkennen, daß ich dieses Teil für das Bild nach hinten geklappt habe, damit der Druckkopf bleibt, wo er ist, während es auf den Bildern 1 und 2 in seiner Ruhestellung war.

Wie wird der Druckkopf gegen den Zug der Feder nach links bewegt? Erst dachte ich, daß er sich an der Innenverzahnung der Gummikette einhakt, die ja in die richtige Richtung läuft, aber beim manuellen Durchdrehen des Geräts habe ich gemerkt, daß der Antrieb über die rotierende Laufschiene erfolgt, die auch den Druckhammer betätigt. Dabei greift, soweit es ohne Demontage erkennbar ist, eine Art Schneckenrad in die Zinken bzw. Zähne des „Haltekamms“ ein.

Wie wird nun gedruckt, also Information vom Rechen-IC aufs Papier übertragen? Die Kette ist scheinbar fest mit dem Elektromotor verbunden. Aber wenn bestimmte Zeichen gedruckt werden sollen, darf der Antrieb des Druckhammers nicht fest mit diesem Teilen verbunden sein, sondern muß irgendwie über die Elektronik gesteuert werden.

Bild 6: Die magnetische Kupplung mit dem im Text erwähnten Hebelchen
Bild 7: Die Unterseite. Zur Orientierung: Das Schild mit der grünen Schrift klebt auf dem Elektromotor. Die Kontaktscheiben sind normalerweise von einem Deckel geschützt, der bei dem hier gezeigten Exemplar schwarz ist, bei neueren Druckern transparent (erkennbar auf den Bildern 3 und 8)

Tatsächlich ist das am linken Ende der Druckkopfachse erkennbare Kegelradgetriebe nicht fest mit mit dem Kettenrad verbunden, sondern es wird über die in Bild 6 erkennbare Mechanik ein- und ausgekuppelt. Die Details habe ich noch nicht ergründet, aber der entscheidende Teil bei der Umsetzung von Elektronik auf Mechanik ist der im Vordergrund sichtbare zylinder- bzw. glockenförmige Permanentmagnet, der gegen den Uhrzeigersinn rotiert. Zusammen mit einem Elektromagneten sorgt er für das Einkuppeln des Kegelradgetriebes. Ein kleines Metallhebelchen auf der Unterseite des Magneten (im Bild rot umkreist) kann auch von Hand bewegt werden, so daß das Einkuppeln auch beim manuellen Durchdrehen des Druckwerks simuliert werden kann. Es reicht dabei ein kleiner „Anstoß“; die Kupplungskraft muß also nicht während des gesamten Durckvorgangs aufrechterhalten werden oder gar die dafür notwendigen Kräfte übertragen, was der Dimensionierung und dem Stromverbrauch des Elektromagneten sehr entgegen kommt.

Die Gummikette ist, entgegen dem ersten Anschein, nicht fest mit dem Motor verbunden: Sie wird nämlich genau dann ausgekuppelt, wenn der Druckhammer und die damit verbundene Druckkopfbewegung eingekuppelt werden, womit verhindert wird, daß der Hammer auf ein bewegliches Ziel schlagen muß, was das Druckbild seitlich verschmieren würde und wobei der Hammer auch in der Innenverzahnung der Kette hängenbleiben würde.

So weit, so gut. Werfen wir einen Blick auf die Unterseite (Bild 7)!

Die große Kontaktscheibe sitzt auf der Achse eines der Kettenräder; links davon ist noch eine zweite Kontaktscheibe zu erkennen. Beide zusammen teilen der Elektronik mit, in welcher Position sich das Druckwerk gerade befindet. Die zweite Kettenradachse ist ganz links erkennbar; man sieht, daß das Plastikrad und seine Achse ein gemeinsames Bauteil bilden, das einfach in den Rahmen eingeklipst wurde.

Die gelbliche Rolle oben in der Mitte bewegt das Papier und drückt gegen die auf den Bildern 1, 2 und 5 erkennbare Papierrolle, deren gebogene Achsen zeigt, daß das Papier recht kräftig eingeklemmt wird. Das kleine Zahnrad wird über eine Schnecke angetrieben (schwarz mit Feder); die etwas kompliziert erscheinende Mechanik ist deshalb notwendig, weil das Papier ja nicht permanent bewegt werden darf, sondern erst, wenn der Druck einer Zeile abgeschlossen ist.

Unterhalb des schwarzen Schneckenrads erkennt man den Antrieb des weiter oben beschriebenen „Kamms“, der den Druckkopf in seiner Position hält. Am Ende einer Druckzeile wird der Kamm wieder nach vorne geklappt, und der Druckkopf schnellt zurück. Die links davon zu sehende Feder ist übrigens das Ende der Feder, die den Druckkopf zurückzieht. Sie ist deshalb so lang, damit die Kräfte auf dem gesamten Weg etwas gleichmäßiger sind.

Anschluß an den Rechner

Bild 8: Das Anschlußkabel des PTMFL 63 im Sharp EL-1611A. Auch hier sieht man das Treiber-IC LB1256

Die in Bild 1 erkennbare Platine ist nur scheinbar Bestandteil des Druckers und ist in anderen Rechnermodellen in dieser Form nicht vorhanden. So trägt die „Druckerplatine“ im EL-1611H und EL-1611L nicht mehr als die Lötpunkte für das Anschlußkabel, und im EL-1611A ist das Kabel direkt am Druckwerk angelötet (Bilder 2 und 8).

Weil er keine Platine hat, ist die Verkabelung am Drucker des EL-1611A am besten zu erkennen. Das Anschlußkabel ist siebenpolig; im Folgenden zähle ich, bezogen auf Bild 8, die Kontakte und Kabel von links nach rechts.

Vier der Kabel (Nr. 3 bis 6) sind direkt mit den fünf Zungen der Kontaktscheiben verbunden. Die Zungen 2 und 4 hängen gemeinsam an Kabel 5 und sind über einen Widerstand mit der Betriebsspannung beaufschlagt, wie man dem Layout der anhängenden Rechnerplatine entnehmen kann. Die Kabel 3, 4 und 6 bilden also die eigentlichen Rückmeldeleitungen. Die Kabel 1 und 2 sind am Motor angeschlossen, wobei Kabel 2 direkt auf der Versorgungsspannung liegt, während Kabel 1 über ein Treiber-IC gesteuert wird. Kabel 7 kommt ebenfalls vom Treiber-IC und übernimmt die eigentliche Datenübertragung; es stößt nämlich den oben beschriebenen „Einkuppelvorgang“ an.

Das bereits erwähnte Treiber-IC ist ein achtbeiniger LB1267 von Sanyo, der mit Ausnahme des Triumph-Adler Concorde PD und des MBO Micro 190 PD bei allen mir bekannten Rechnern mit diesen Druckwerken vorhanden ist. Es ist ein „2-Channel, High-Current, Low-Saturation Driver Array“, das jedoch nicht speziell für diesen Druckertyp entworfen wurde, sondern nur zwei Operationsverstärker enthält, jeweils mit einer Diode zur Funkenunterdrückung (Datenblatt siehe externe Links). Die beiden verstärkten „Kanäle“ sind in unserem Fall natürlich der Druckermotor und der Kupplungs-Elektromagnet, stromfressende Bauteile, die man nicht direkt an den Ausgang eines Logik-ICs anschließen kann.

Alles weitere übernimmt, jedenfalls im EL-1611A, die CPU des Rechners, die direkt mit den beiden Eingängen des Treiber-ICs und mit den drei Rückmeldeleitungen von den Kontaktscheiben verbunden ist.

Bei dem erwähnten TA Concorde PD erfolgt die Ansteuerung nicht über ein LB1267, sondern über diskrete Transistoren. Im MBO Micro 190 PD findet sich ein Mitsubishi IC vom Typ M5264L, ein „Dual Power Driver“, also im Grunde das Gleiche wie ein LB1267.

Spannung

Einige der Rechner mit diesem Druckwerk arbeiten mit 4,5 V (3 AA-Zellen), andere mit 6 V (4 AA-Zellen). Gibt es Unterversionen der Druckwerke für verschiedene Betriebsspannungen?

Aus der Schaltung über das oben beschriebenen Treiber-IC ergibt sich, daß die Betriebsspannung dem Motor und dem Elektromagneten ohne Umwege und Regelung zugeführt wird – tatsächlich befindet sich jeweils nur ein im IC enthaltener Transistor im Stromkreis, was die Spannung üblicherweise um etwa 0,7 V verringert. Daraus ergibt sich bei neuen Batterien eine tatsächliche Betriebsspannung von 3,8 oder 5,3 V – ein relativ gesehen doch erheblicher Unterschied!

Doch sind Magnet und Motor speziell auf diese Spannungen ausgelegt? Ich glaube nicht. Beim Motor selbst spricht ganz klar dagegen, daß es in beiden Fällen der gleiche Typ ist, und die unter „Problembehebung“ beschriebenen Empfindlichkeit der Druckwerke auf zu niedrige Betriebsspannung läßt mich vermuten, daß auch der Magnet immer der gleiche ist.

Der EL-1610 arbeitet im Gegensatz zu den Modellen EL-1611 und EL-1611S mit 6 V, obwohl er insgesamt kleiner ist. Da er jünger ist als als mein EL-1611 und etwa gleich alt wie mein EL-1611S könnte die Erhöhung auf 6 V ein Zugeständnis an das Druckwerk sein. Dafür spricht auch, daß der EL-1611H und die späteren (12stelligen) Modelle der EL-1611-Reihe wie der EL-1610 mit 6 V arbeiten und auch mit „angebrochenen“ Batterien weniger Probleme machen. Auch der MBO Micro 110 PD, der MBO Micro 190 PD, der Privileg LCD 3 und der Walter 10 PD arbeiten mit 6V.

Problembehebung

Bei einem meiner beiden EL-1610 ist der Papiervorschub defekt, was auch der Anstoß war, mich so ausgiebig mit dem Druckwerk zu beschäftigen. Woran es liegt, konnte ich allerdings trotz allem noch nicht herausfinden.

Ärgerlicherweise haben die Drucker einen Schwachpunkt: Sie funktionieren nicht, wenn die Batterien nicht mehr ganz neu sind, was daran erkennbar ist, daß kein Papiervorschub mehr erfolgt. Die Gummikette bewegt sich trotzdem noch; es scheitert also anscheinend an dem weiter oben beschriebenen elektromagnetischen Einkuppeln der Druckmechanik. Die Rechner erkennen dieses Problem und stellen es im Display dar, indem neben dem üblichen Fehler-E ein P dargestellt wird.

Bestätigen konnte ich das zuerst beim EL-1611, der mit einem Netzteil tadellos arbeitet, mit Batterien jedoch nicht oder nicht sehr lange. Der EL-1611S zog mit Netzteil zwar das Papier ein, produzierte jedoch weiter die Fehlermeldung. Hier schien noch etwas anderes nicht in Ordnung zu sein, äußerlich daran zu erkennen, daß der Druckkopf nicht ganz in seine rechte Ausgangsposition zurückfuhr. Nach einigem Probieren hat sich dieses auf Verschmutzung und/oder lange Nichtnutzung zurückzuführende Problem aber von selbst behoben, wobei das Druckbild aber etwas unsauber ist (einige Spalten sind seitlich verschoben). Eine gründliche Reinigung würde das wahrscheinlich beheben.

Ob mein EL-1610, der keinen Netzteilanschluß hat, auch nur an Strommangel leidet, muß ich noch herausfinden. Ich befürchte jedoch eher ein mechanisches Problem.

Das Druckwerk meines Privileg LCD 3 litt unter einem mechanischen Problem: Als ich das Gerät erhalten habe, war der Drucker völlig funktionsunfähig. Die Ursache war schnell gefunden, die Gummikette war nämlich am Antriebsrad "entgleist" und verklemmt. Nach dem Beseitigen des Mangels lief die Mechanik zwar wieder, allerdings wurden falsche Zahlen gedruckt – es war klar, daß die Kette als Folge des ersten Fehlers verrutscht war, also zum richtigen Zeitpunkt die falschen Ziffern am Druckkopf vorbeigewandert sind, und zwar um 4 versetzt. Statt einer 1 wurde also eine 5 gedruckt, statt einer 2 eine 6 und so weiter, außerdem eine 2 statt des Dezimalpunks und ein = statt einem +. Das in diesem Fall also notwendige Verschieben der Kette geht ohne größere Gewaltanwendung nur, wenn die obere Halteplatte des Antriebsrades abgenommen wird, was zum Glück kein Problem ist. So weit, so gut.

Vorher hatte ich mir die Position einer 4 am Gehäuse markiert und mein Ziel war, eine 0 an diese Stelle zu befördern. Danach habe ich die nächste Überraschung erlebt: Statt 1111111 wurde jetzt 1-1-1-1-1 gedruckt und statt 222222 2X2X2X2. Das war für mich ein Anlaß, mir die Anordnung der Zeichen auf der Kette etwas genauer anzusehen. Ich habe die Kette also völlig entfernt, was am Druckkopf etwas fummelig ist, und das Erste, was mir dabei aufgefallen ist, waren die zwei Lücken in der inneren Verzahnung. Möglicherweise haben sie keinen tieferen Sinn als das Montieren bzw. Entfernen der Kette ohne vorherige Demontage des Druckkopfs zu ermöglichen.

Das den Lücken entsprechende Zeichen ist jeweils ein Strich (kürzer als das Minuszeichen), der wegen des fehlenden Zahns vermutlich nicht druckbar ist. Ausgehend von einer Lücke bzw. dem kurzen Strich ist die Zeichenfolge wie folgt:

.01234567890123456789+-X÷=%√M#*◊

Der Drucker kennt also 22 verschiedene Zeichen, von denen die zehn Ziffern doppelt sind, um die Druckgeschwindigkeit zu steigern. Diese 32 Zeichen (für digitale Rechner eine runde Zahl!) werden zweimal wiederholt; insgesamt hat die Kette also 64 Typen, was zuzüglich der beiden Lücken 66 Glieder ergibt. Es wird auch sofort klar, warum es nicht egal ist, auf welche 0 man die Kette im Grundzustand positioniert, denn was aus der einen Position z.B. die zweite 2 ist, ergibt aus der anderen Position das X, was das oben beschriebene Druckbild erklärt.

Eingebaut in

PTMFL 53:

PTMFL 61:

PTMFL 63:

Externe Links

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