DE3401797C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Heizleistungseinstellvor­ richtung für einen Tintenstrahlschreiber nach dem Ober­ begriff des Patentanspruches 1.

Ein Beispiel für eine bisherige Heizleistungseinstell­ vorrichtung dieser Art, wie er z. B. auch in der DE 32 18 263 C2 beschrieben ist, ist in Fig. 1 dargestellt. Bei dieser Heizleistungseinstellvorrichtung ist ein Heizwiderstand 1 als Heizelement zum Erwärmen der Tinte (Druckfarbe) in einer Tintenkammer eines Schreib­ kopfes des Tintenstrahlschreibers vorgesehen. Der Heiz­ widerstand 1 wird dabei durch einen Treiber 2 angesteu­ ert, bzw. mit Strom gespeist. Der Treiber 2 ist durch ein von einem Komparator 3 geliefertes Ein/Aus-Signal aktivierbar. Der Komparator 3 vergleicht ein Ausgangs­ signal bzw. ein Spannungssignal entsprechend der Tinten­ temperatur von einem Detektor 4 mit einem Ausgangssi­ gnal bzw. einer Spannung entsprechend einer vorgegebe­ nen oder Soll-Tintentemperatur eines Bezugssignalgene­ rators 5 und liefert ein Ein-Signal (Signal "1"), wenn das erstere Ausgangssignal kleiner ist als das letzte­ re, d. h. wenn die Ist-Temperatur nicht auf die Soll-Tem­ peratur angestiegen ist, sowie ein Aus-Signal (Signal "0"), wenn andererseits die Ist-Temperatur größer ist als die Soll-Temperatur.

Wenn jedoch der Heizwiderstand durch Aufdrucken eines gedruckten Widerstands auf einen Tintenbeutel herge­ stellt ist, ergibt sich dabei das Problem, daß sich der Widerstandswert des aufgedruckten Widerstands abhängig von einer Ausdehnung des Tintenbeutels ändert und inner­ halb eines weiten Bereich von z. B. 20-100 Ω schwankt. Infolge einer solchen Exemplarschwankung variiert auch bei Anlegung einer konstanten Spannung an den Heizwider­ stand dessen Erwärmungstemperatur, so daß der Schreib­ kopf beispielsweise überhitzt wird. Wenn insbesondere der an den Heizwiderstand angelegte elektrische Strom zu groß ist, wird die Einstellbarkeit der Heizelement­ temperatur, wie in Fig. 2 dargestellt ist, beeinträch­ tigt. In Abhängigkeit von der Hysterese in der Heizleistungseinstellvorrichtung oder der Über­ tragungsverzögerung vom Heizelement zum Meßfühler bzw. Detektor kann sich dabei die Heizelementtemperatur nicht auf einer Soll-Temperatur R₀ stabilisieren, so daß ein großes Überschwingen auftritt und demzufolge die Tintentemperatur in der Düse ungleichmäßig wird bzw. schwankt. Die Schwankung oder Welligkeit der Tempera­ tur sollte auf die in Fig. 2b gezeigte Weise unterdrückt werden.

Fig. 3 veranschaulicht in graphischer Darstellung die Beziehung zwischen der Tintenviskosität und der -tempera­ tur. Dabei sind die Temperatur auf der Abszisse, die Tintenviskosität auf der Ordinate aufgetragen, und γ₀ gibt die Tintenviskosität bei der Temperatur R₀ an. Die Tintenviskosität beeinflußt die Eigenschaften eines aus der Düse ausgestoßenen Tintenstrahls. Wenn die Tempera­ tur an der Düse auf die in Fig. 2a gezeigte Weise variiert, weicht die Tintenviskosität weit von der Größe γ₀ ab, so daß die Ausstoß-Geschwindigkeit der Tinten­ tröpfchen äußerst instabil wird; im Fall der in Fig. 2b dargestellten Änderung ist dagegen diese Geschwindig­ keit stabil.

Wenn die Schreibkopftemperatur auf die in Fig. 2a ge­ zeigte Weise variiert, sickert zudem Tinte (Druckfarbe) aus der Schreibkopf-Düsenöffnung an der Düsenfläche aus, weil die Tinte einen größeren Wärmeausdehnungskoeffi­ zienten besitzt als die Schreibkopf-Basis- oder -Grund­ platte. Bei einem Temperaturanstieg dehnt sich insbe­ sondere die Tinte aus, um aus der Düse herauszusickern; bei einem Temperaturabfall wird dagegen die Tinte in die Düse eingesaugt, wobei sich diese Erscheinungen wiederholen können. Durch größere Mengen heraussickernder Tinte kann das in der Nähe der Düsenfläche befindliche Druckpapier verschmutzt werden. Wenn bei heraussickernder Tinte ein Druckvorgang durch Austreiben von Tintentröpf­ chen durchgeführt wird, verhindert die vor der Düse be­ findliche, herausgesickerte Tinte das einwandfreie Aus­ treiben der Tintentröpfchen auf einer Flugbahn, und es werden Luftblasen in die Düse eingesaugt, wodurch die Zuverlässigkeit beeinträchtigt wird.

Zum Ausgleich der Widerstandsänderungen des Heizwider­ stands 1 ist daher bei dieser bisherigen Vorrichtung gemäß Fig. 4 ein Blindwiderstand 6 mit dem Heizwider­ stand 1 in Reihe geschaltet, um den Widerstandswert des Heizwiderstands 1 durch Verbrauchen des unnötigen bzw. überschüssigen Stroms im Blindwiderstand 6 einzustel­ len und ersteren mit einem konstanten Strom zu speisen. Ein für diesen Zweck geeigneter Blindwiderstand ist sehr groß und teuer, und es müssen verschiedene Arten von Blindwiderständen entsprechend dem Wert des Heiz­ widerstands bereitgestellt werden, wodurch sich der Aufbau des Tintenstrahlschreibers kompliziert. Zudem bedingt der im Blindwiderstand 6 verbrauchte Strom nutzlose Wärmeverluste, so daß die Temperatur im Inne­ ren des Druckers in nachteiliger Weise ansteigt.

Im Hinblick auf die vorstehend geschilderten Nachteile des Stands der Technik liegt der Erfindung damit die Aufgabe zugrunde, eine Heizleistungseinstellungsvor­ richtung der angegebenen Art zu schaffen, der keinen Wärmeverlust aufweist, einen Heizwiderstand auch im Fall erheblicher Exemplarschwankungen seines Wider­ standswerts mit konstanter Leistung zu speisen vermag, und in der Lage ist, ein schnelles Erwärmen bei niedri­ ger Temperatur zu gewährleisten.

Diese Aufgabe wird bei einer Heizleistungseinstellvor­ richtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 erfindungsgemäß durch die in dessen kennzeichnendem Teil enthaltenen Merkmale gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen 2 und 3.

Im folgenden ist eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung im Vergleich zum Stand der Technik anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 und 4 Blockschaltbilder bisheriger Heizlei­ stungseinstellvorrichtungen,

Fig. 2a und 2b graphische Darstellungen der zeitab­ hängigen Änderungen der Tintentemperatur im Schreibkopf,

Fig. 3 eine graphische Darstellung der thermi­ schen Abhängigkeit der Tintenviskosität,

Fig. 5 ein Blockschaltbild einer Heizleistungs­ einstellvorrichtung gemäß der Erfindung,

Fig. 6 ein Schaltbild eines Zerhackerkreises bei der Heizleistungseinstellvorrichtung nach Fig. 5 und

Fig. 7a bis 7d graphische Darstellungen zur Verdeut­ lichung der Arbeitsweise der Heizlei­ stungseinstellvorrichtung gemäß Fig. 5.

Die Fig. 1 bis 4 sind eingangs bereits erläutert wor­ den.

Die in Fig. 5 dargestellte Heizleistungseinstellvorrichtung gemäß der Erfindung unterscheidet sich von der Anordnung nach Fig. 1 dadurch, daß eine Hystereseschaltung 61, ein Oszillator 62 und ein Zerhackerkreis 63 zwischen den Komparator 3 und den Treiber 2 eingeschaltet sind und der Heizwiderstand 1 ohne Verwendung eines Blindwider­ stands unmittelbar an den Ausgang des Treibers 2 ange­ schlossen ist. Bei der Heizleistungseinstellvorrichtung gemäß Fig. 5 wird insbesondere das Ausgangssignal des Komparators 3 durch die Hystereseschaltung 61 geleitet, um der vor der Hysterese des Detektors 4 abhängigen Ausgangs­ spannung des Komparators 3 rechteckige Impulsform zu verleihen und dann im Zerhackerkreis 63 mittels eines vom Oszillator 62 gelieferten Takts (mit einer Frequenz im allgemeinen Bereich von 2-50 kHz) zerhackt. Der Zerhackerkreis 63 vermag dabei das Tast­ verhältnis jedes Impulses des Ausgangs-Impulssignals (nach­ stehend auch als Zerhackersignal bezeichnet) veränderlich einzustellen.

Fig. 6 veranschaulicht die Einzelheiten des Zerhacker­ kreises 63 und seiner peripheren Schaltkreise. In diesem Schaltungsteil werden Takte bzw. Taktsignale "0" und "1" (Fig. 7a) vom Oszillator 62 sowie Signale "0" und "1" (Fig. 7b) von der Hystereseschaltung 61 von einem UND-Glied 21 abgenommen, durch dessen Ausgangssignal ein monostabiler Multivibrator 22 erregt bzw. ange­ steuert wird. Der monostabile Multivibrator 22 liefert dabei ein in Fig. 7c dargestelltes Signal. Hierbei kann die Impulsbreite t des Signals durch Einstellung des Widerstandswerts R eines Widerstands 221 variiert wer­ den, der zur CR-Zeitkonstante beiträgt. Insbesondere kann das Tastverhältnis t/T des Ausgangsimpulses durch Änderung des Widerstandswerts R des Widerstands 221 eingestellt werden.

Wenn das Tastverhältnis mit α bezeichnet wird, läßt sich der dem Heizwiderstand 1 zugeführte Strom P wie folgt ausdrücken:

in obiger Gleichung bedeuten:

T = Periode des Takts bzw. Taktsignals
E = Ausgangsspannung des Treibers 2
Rh = Widerstandswert des Heizwiderstands 1.

Im folgenden sei angenommen, daß der Heizwiderstand 1 mit einer konstanten Leistung von 6,5 W bei E=24 V gespeist wird, wobei im Fall von α=1 Rh etwa 90 Ω und im Fall von α=0,225 Rh etwa 20 Ω beträgt. Infolge­ dessen ist es bezüglich der Änderung des Widerstands Rh zwischen 20 und 90 Ω möglich, durch Einstellung des Tastverhältnisses α in einem Bereich zwischen 22,5 und 100% jederzeit eine konstante Leistungszufuhr bzw. -ab­ gabe von 6,5 W zu realisieren. Fig. 7d veranschaulicht den Stromverbrauch bei der bisherigen Heizleistungseinstellvorrichtung unter der Bedingung Rh=20 Ω und bei einem Blindwider­ standswert von 22 Ω. Wenn der Heizwiderstand 1 mit einer konstanten Leistung von 6,5 W beschickt wird, verbraucht gemäß Fig. 7d der Blindwiderstand gleichzeitig 7,1 W (schraffierter Bereich). Bei der erfindungsgemäßen Heiz­ leistungseinstellvorrichtung entfällt dagegen dieser Stromverbrauch von 7,1 W völlig, so daß der Heizwiderstand 1 mit hohem Wirkungsgrad bzw. hoher Wirtschaftlichkeit betrieben werden kann.

Es ist darauf hinzuweisen, daß die Schaltung zur Reali­ sierung der Erfindung selbstverständlich nicht auf die Schaltung gemäß Fig. 5 beschränkt ist. Falls dabei der Takt bzw. das Taktsignal vom Oszillator auch zur An­ steuerung anderer Haupt-Leistungselemente benutzt wird, etwa eines piezoelektrischen Elements zum Austreiben der in der Tintenkammer enthaltenen Tinte (Druckfarbe) aus der Düse, kann die an der Stromquelle liegende Last groß werden, wenn ein solches zusätzliches Element und der Heizwiderstand in ihren Ansteuerungszeiten mitein­ ander koinzidieren. Aus diesem Grund kann dem Oszillator ein Phasenschieber nachgeschaltet sein, um die Phase des Takts bzw. Taktsignals für die Ansteuerung des Heiz­ widerstands so zu verschieben, daß dieser während der Zeitspanne angesteuert bzw. gespeist wird, in welcher das andere stromabnehmende Element nicht angesteuert wird.

Bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform der Erfindung wird somit das Ein/Aus-Ausgangssignal des Komparators mittels des eine vorbestimmte Periode be­ sitzenden Takts bzw. Taktsignals in ein Gleichspannungs-Zer­ hackersignal umgewandelt, und der Multivibrator wird nach Maßgabe des Zerhackersignals betätigt, um den Heiz­ widerstand durch den Ausgangsimpuls des Multivibrators anzusteuern. Auch im Fall von Änderungen des Widerstands­ werts des Heizwiderstands ist es daher möglich, durch einfache Einstellung des Tastverhältnisses des Ausgangs­ impulses jederzeit ohne weiteres eine vorbestimmte konstante Leistung zu liefern. Außerdem ist kein großer und teuerer Blind­ widerstand mit hoher Leistung nötig, wie er bei der bisherigen Heizleistungseinstell­ vorrichtung erforderlich ist, und eine zusätzliche Erwärmung durch den Strom­ verbrauch des Blindwiderstands entfällt.

Insbesondere können Widerstandswert­ änderungen des Heizwiderstands durch Verwendung eines Einstellwiderstands einer wesentlich kleineren Größe als derjenigen des Blindwiderstands berücksichtigt werden, so daß die Stromverluste verringert werden und der Tinenstrahlschreiber wirtschaftlich arbeitet.

Weiterhin ist bei der bisherigen Vorrichtung parallel zum Blindwiderstand eine Kurzschließeinheit angeordnet, die betätigbar ist, um die dem Heizelement zum Aufwärmen bei niedriger Temperatur zwecks Verringerung der Warm­ laufzeit zugeführte Leistung zu ver­ größern. Diese Kurzschließeinheit wird dabei durch einen Transistor o. dgl. mit großem Stromausgang ge­ bildet. Bei der erfindungsgemäßen Heizleistungseinstellvorrichtung kann dagegen die maximale Leistung ohne weiteres dadurch ge­ liefert werden, daß das Tastverhältnis auf 100% ein­ gestellt wird. Die Erfindung bietet somit einen großen industriellen Nutzeffekt.

Claims (3)

1. Heizleistungseinstellvorrichtung für einen Tinten­ strahlschreiber, bei dem die Temperatur der Tinte (Druckfarbe) in einem Schreibkopf des Tintenstrahl­ schreibers zur Einstellung der Strom- bzw. Lei­ stungszufuhr zu einem im Schreibkopf angeordneten Heizelement nach Maßgabe eines Meßsignals gemessen wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssi­ gnal eines Komparators (3) zum Vergleichen des Meß­ signals mit einem Bezugssignal mittels eines Takt­ signals einer vorbestimmten Periode zerhackbar und in ein Impulssignal umwandelbar ist, dessen Impuls­ breite in Abhängigkeit vom Wert des Heizelementes (1) einstellbar ist.

2. Heizleistungseinstellvorrichtung nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß ein Einstellwiderstand (221) zur Einstellung des Tastverhältnisses des Im­ pulssignals vorgesehen ist.

3. Heizleistungseinstellvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die das Impuls­ signal bildenden Impulse gegenüber den einer anderen impulsgesteuerten Last zugeführten Impulsen phasen­ verschoben sind.