Nadeln in Aktion

Mit den immer höheren Leistungen der Computer stiegen auch die Anforderungen an die Ausgabegeräte. Für die Drucker bedeutete das: höhere Geschwindigkeit und bessere Qualität. Wer versteht, wie hochmoderne Nadelmatrixdrucker funktionieren, kann dazu beitragen, daß sich sein Meisterwerk aus Elektronik und Feinmechanik eines langen Lebens erfreut.

Die vorrangige Aufgabe eines Druckers ist, die entsprechende digitale Computerinformation in eine vom Menschen lesbare Information umzuwandeln. Bei dieser Umsetzung verfahren fast alle Drucker nach der gleichen Arbeitsweise.

Wie Bild 1 zeigt, gelangen die ankommenden Daten zuerst einmal in den Druckerpuffer. Dort arbeitet der Drucker sie für die Ansteuerung der eigenen Zeichensätze auf. Diese Zeichensätze sind in einem ROM gespeichert und entweder per Software oder durch entsprechende Schalterstellungen abzurufen. Der druckereigene Prozessor übernimmt die Ansteuerung der verschiedenen Schrittmotoren, des Druckkopfes und die Abfrage des Bedienfeldes. Ist der Druckerpuffer leer, holt sich der Drucker die nächsten Daten vom Computer, und das ganze Spiel beginnt von neuem. Ein großer Druckerpuffer erleichtert das Arbeiten, da zwischen der Ausgabe und dem neuen Einlesen von Daten nur kurze Pausen entstehen.

Ein lang verbreitetes Ärgernis für alle Peripheriegeräte war die Inkompatibilität mancher Schnittstellen zueinander. Zumindest bei den Druckern einigten sich die Hersteller sehr schnell auf zwei Formen (leider keine Normen!): die parallele und die serielle Schnittstelle. Der Unterschied ist ganz einfach und ergibt sich bereits aus der Benennung. Bei der seriellen Schnittstelle erfolgt die Übermittlung der Daten bitweise hintereinander in Kombination mit diversen Kontrollbits. Der Drucker trennt diese Bit-Pakete und wandelt sie in 7-Bit- bzw. 8-Bit-Informationen um. Vorteilhaft bei dieser Art der Datenübertragung ist die geringe Störanfälligkeit und die relativ große Entfernung, die hiermit zu überbrücken ist. Nachteilig wirken sich bei dieser Übertragungsform die zusätzlich notwendige Steuerelektronik und die relativ langsame Übertragung aus.

Bei der gebräuchlicheren Parallelschnittstelle kommt parallel über acht Leitungen immer gleich ein ganzes Byte am Drucker an. Diese Schnittstelle benötigt allerdings noch ein Busy- und Strobe-Signal zur Synchronisation von Drucker und Computer. Die Vorteile dieser Verbindung: die schnelle Übertragung und der geringe Schaltungsaufwand der Elektronik. Der ziemlich kurze Übertragungsweg von 2 bis 3 m ist gegenüber der seriellen Verbindung sicherlich eine Einschränkung.

Der typische, nur den Matrixdruckern eigene »Sound« hängt in starkem Maße vom Druckkopf ab (Bild 2 zeigt das Funktionsprinzip einer Nadel). Sobald die Elektronik den Elektromagneten unter Strom setzt, bewegt sich die Nadel nach vorne und drückt das Farbband gegen das Papier. Da diese »Schwärzung« des Papiers rein mechanisch geschieht, ordnet man diese Drucker den Impact- (mechanischen) Druckern zu. Und weil die entsprechenden Zeichen hintereinander (seriell) auf das Papier kommen, spricht man bei dem Arbeitsprinzip der Punktmatrixdrucker auch von seriellen Druckern.

Das Schriftbild hängt in starkem Maße von der Anzahl der Nadeln ab. Je mehr Nadeln zur Verfügung stehen, desto enger sind die Abstände zwischen zwei Anschlägen und desto sauberer erscheint der Buchstabe auf dem Papier. 9-Nadel-Drucker sind das absolute Minimum für ein sauberes Schriftbild. Hier finden die oberen sieben Nadeln zur Abbildung der Zeichen »o«, »A« etc. Verwendung. Die unteren beiden Nadeln sorgen für Unterstreichungen und Unterlängen bei Buchstaben wie »g« und »p«.

Bild 1. Der Prozessor steuert die beiden Schrittmotoren und den Druckkopf

Um das Schriftbild zu verbessern, ließen sich die Entwickler verschiedene Methoden einfallen. Das trivialste Verfahren ist der sog. Fettdruck: Hier nadelt der Drucker jedes Zeichen, um einen halben Punkt versetzt, zweimal auf das Papier. Eine andere Methode ist der reine Doppeldruck. Bei diesem Verfahren steuert die Software jede Nadel zweimal an, und das Schriftbild erscheint klarer. Die Kombination beider Methoden ergibt bereits eine sehr beachtliche Schriftqualität. Doch diese Schönheit hat leider auch ihren Preis. Die Druckgeschwindigkeit sinkt um mehr als die Hälfte gegenüber dem einfachen Ausdruck.

Bei beiden bisher erwähnten Methoden läßt sich die Schriftqualität nur mit einem Versetzen des Zeichens in horizontaler Richtung verbessern. Um wirkliche »Near Letter Quality« (Beinahe-Schreibmaschinen-Qualität) zu erreichen, sind weitere Maßnahmen erforderlich.

Durch einen Versatz des Zeichens sowohl in der Horizontalen als auch in der Vertikalen, also einer Verdoppelung der gesamten Punktmatrix, entsteht ein nochmals verbessertes Schriftbild. Leider ist auch bei diesem Verfahren eine Abnahme der Druckgeschwindigkeit unvermeidlich. Abhilfe schafft nur eine Erhöhung der Nadelzahl. Wenn ein 9-Nadel-Drucker ca. 40 Zeichen (NLQ) aufs Papier bringt, erreicht ein 18-Nadel-Drucker bereits annähernd 100 Zeichen.

Seit einiger Zeit sind die 24-Nadel-Drucker in das Rennen um die beste Schriftqualität eingestiegen und erreichen eine weithin als Standard akzeptierte Druckqualität. Die Anordnung der beiden Nadelreihen mit jeweils zwölf Nadeln im Druckkopf ist in der Höhe um einen halben Nadelabstand versetzt. Um nun eine hochwertige Schrift zu erzielen, steuert die Elektronik zunächst die erste Nadelreihe und später die zweite Reihe an. Das Ergebnis ist ein aus 24 Punkten bestehendes Zeichen.

Doch alle diese Kniffe erschöpften den Einfallsreichtum der Entwickler noch lange nicht. Die Techniker der Firma NEC brachten ihren Druckern die horizontale Papiersteuerung um V360 Zoll (also einen halben Nadelabstand) bei, was zu einer weiteren Schriftbildverbesserung führte.

Bei der Definition der Auflösung spricht man von »Dots per Inch«, der Anzahl von Punkten pro Inch. Moderne Drucker erreichen hier 360 dpi horizontal und 180 dpi vertikal. Arbeiten die Drucker dann noch mit dem bereits erwähnten Papiervorschub um 1/360 Zoll, so steigt auch die Vertikalauflösung auf 360 dpi. Die Werte für ältere 9-Nadel-Drucker liegen hier bei 240 x 216 dpi.

Die Erzeugung solch kleiner Vorschübe erfordert natürlich den Einsatz hochpräziser Schrittmotoren in Verbindung mit feinmechanischen Bauteilen und exakter Verarbeitung. Diese aufwendige Mechanik bestimmt wesentlich die Leistungsfähigkeit und die Lebensdauer eines Druckers. Mechanische Präzisionsteile unterliegen aber nicht dem Preisverfall der elektronischen Bauteile; ein Umstand, der maßgeblich für den relativ hohen Preis eines guten Nadeldruckers verantwortlich ist.

Damit die Verbesserung der Druckqualität nicht zu sehr auf Kosten der Druckgeschwindigkeit geht, bieten die meisten Geräte verschiedene Formen zur Optimierung der Druckwege. Teilweise überspringen die Drucker freie Flächen in der Druckzeile selbst. Sehr verbreitet ist der Einsatz des bidirektionalen Drucks. Dabei druckt der Kopf nicht immer nur von einer Seite Zeichen aufs Papier (unidirektional), sondern auch bei seiner Rückbewegung. Berechnet der Drucker nach dem Ende einer kurzen Zeile die günstigere Bewegung zur nächsten Zeile (Beginn vom Anfang oder vom Ende der Zeile), spricht man von Druckwegoptimierung.

Problematisch ist der bidirektionale Druck bei Grafikanwendungen, da diese eine besonders hohe Wiederholgenauigkeit erfordern. Um hier keine Qualitätseinbußen durch versetzte senkrechte Linien hinnehmen zu müssen, wendet man in diesem Fall den unidirektionalen Druck an.

Betrachten wir nun einige vorbeugende und regelmäßige Maßnahmen, die das Drucker-Leben verlängern. Bei der Pflege des Druckers sollten Sie vor allem einige grundsätzliche Fehler vermeiden.

Verwenden Sie für manche Ausdrucke dicke Medien wie z.B. Pappe oder starkes Papier, dann vergewissern Sie sich, daß der Einsatz der Druckes erst auf dem Medium beginnt. Ist dies nicht der Fall, dann drückt der horizontale Transport die ausgefahrenen Nadeln an den Papierrand und verursacht irreparable Beschädigungen oder verbogene Nadeln.

Sicherlich stellt ein flaches Gerät wie der Drucker eine hervorragende Ablage für diverse Überbleibsel der letzten Hacker-Abende etc. dar. Doch erzeugen die hochmodernen Druckertypen mit ihren schnellen Schrittmotoren und Druckköpfen eine enorme Hitze, die, wenn sie nicht abgeführt wird, leicht zum Erlöschen der Druckerfunktionen führt.

Sollten Sie Ihren Drucker nach dem letzten Mammutausdruck derart bedauern, daß Sie eine Inspektion für nötig halten, verfahren Sie folgendermaßen:

Wenn Sie diese Wartungstips und die Anweisungen Ihres Handbuches befolgen, haben Sie alles Denkbare unternommen, um Ihrem Drucker ein langes Leben zu bescheren. (wk)

Bild 2. Ein Elektromagnet feuert die Nadeln aufs Papier

Hans Hoffmann
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