DE1963255B2 - Regler für die Stromversorgung eines Heizelements - Google Patents

Regler für die Stromversorgung eines Heizelements

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Description

Die Erfindung betrifft einen kontinuierlichen Regler für die Stromversorgung eines Heizelements aus einem Wechselstromnetz über antiparallel angeordnete steuerbare Halbleiter mittels Phasenanschnittsteuerung, insbesondere für eine Schmelzfixiereinrichtung in einem elektrophotographischen Kopiergerät, mit einer Einrichtung zur gesteuerten Erhöhung der am Heizelement anliegenden Effektivspannung während der Anheizperiode, derart, daß für den Dauerbetrieb zur Regelung auf konstante ESektivspannung am Heizelement ein Regelkreis vorgesehen ist, bei dem der Soll-Istwert-Vergleich in einem von der Summe von Strömen aufgeladenen integrierenden Kondensator erfolgt, dessen Spannung zur Zündwinkelsteuerung eines Thyristors dient.
In elektrophotographischen Kopiergeräten ist gewöhnlich eine Schmelzfixieremrichtung mit einem Heizelement vorgesehen, um das entwickelte Tonerbild auf dem Kopierblatt durch Anschmelzen mittels Strahlungswärme zu fixieren. Ein Problem ist immer die richtige Dosierung der beträchtlichen thermischen Energie, die zu diesem Zweck aufgebracht werden muß. Die Wirksamkeit hängt von vielerlei Faktoren ab, wie die Dichte der Kopie, Qualität und Feuchtigkeitsgehalt des Papiers, die Umgebungstemperatur und ob das Gerät bereits betriebswarm ist oder ob nur einzelne Kopien in großen zeitlichen Abständen anzufertigen sind. Die verschiedenen variablen Einflüsse fallen um so mehr ins Gewicht, je schneller das Kopiergerät zu arbeiten in der Lage sein soll, d. h. je weniger Zeit pro Kopie für den Fixiervorgang zur Verfügung steht. Andererseits sollen die Kopierblätter auch weder angekohlt noch gar verbrannt werden, weshalb eine Regelung der Stromversorgung zweckmäßig ist.
So wurde beispielsweise in der US-Zeitschrift »SCR-Manual«, 1. Auflage 1960, S. 92 und 93, eine Schaltungsanordnung beschrieben, die zur stufenlosen Regelung des Lichtstromes einer Glühlampe dient. Infolge des bekanntlich stark positiven Temperaturkoeffizienten von Glühlampen treten beim Einschalten einer kalten Lampe sehr große Stromspitzen auf, die besonders für mit Halbleitern bestückte Regelschaltungen Probleme aufwerfen. Um nun diese Einschaltstromspitzen auf Werte zu begrenzen, die der Kurzzeit-Belastbarkeit der in der Regelschaltung verwendeten Halbleiter entsprechen, ist in der genanntet
Schaltungsanordnung eta Schaltkreis vorgesehen, der m regelnden Geräts angebracht werden; es besteht während der ersten Perioden nach Einschaltung der nicht die Notwendigkeit, einen Meßwertgeber im oder piüWenwe die angelegte Spannung von NwU auf den mn Heizraum anzubringen. Dennoch wird eine effek-Uen Wert anhebt, Üve Regelung durchgeführt und die Erzielung einer
Dur diese bekannte Schaltungsanordnung wird 3 minimalen Aufheizzeit gewährleistet,
jedoch die für den Arbeitsprozeß notwendige Tempe- Weitere Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Ifttur keineswegs in einer möglichst kurzen Zeit er- Gegenstandes der Erfindung sind den Unteransprüchen reicht Außerdem kann auch die erreichte Tempe- zu entnehmen.
jatoT nicht konstant gehalten werden. Die Erfindung wird im folgenden an Hand eines
, Es ist außerdem aus der US-Patentschrift 3 327 096 w Ausführungsbeispiels und der Zeichnungen näher bekannt, die Stromversorgung eines Heizelements in erläutert. Es zeigt
der Schmelzfixiereinrichtung eines elektrophotogra- Fig. 1 eine schematische Seitenansicht eines elekphjsrthen Kopiergeräts über steuerbare Halbleiter mit- trophotographischen Kopiergerätes,
fels Phasenanschnittsteuerung zu regeln. Darüber Fig.2 ein Blockdiagramm der Stromversorgung hinaus ist vorgesehen, während der Anheizperiode »5 der Fixierstation,
dem Heizelement eine größere Leistung zuzuführen, Fig. 3 ein Schaltbild der Regelschaltung für die
ate für den Dauerbetrieb —- also bei erreichter End- Stromversorgung der Fixierstation und
temperatur — erforderlich ist Die Regelung erfolgt Fig. 4 eine Reihe von Kurven, die Spannungen an
in der Weise, daß ein im Heizraum angebrachter verschiedenen Punkten der Regelschaltung nach Temperaturfühler die herrschende Temperatur ab- »β F i g. 3 als zeitabhängige Funktionen darstellen,
nimmt und aus den von diesem Temperaturfühler F i g. 1 zeigt schematisch die Seitenansicht eines
ermittelten Werten Signale abgeleitet werden, die die elektrophotographischen Kopiergerätes, in dem die Heizleistung beeinflussen. Als Istwert für die Rege- Regelschaltung für die Stromversorgung der Fixierlung wird demnach die Temperatur verwendet. Dies station benutzt wird. Der elektrophotographische Teil bringt den Nachteil mit sich, daß als Istwertgeber ein as besteht aus einer Trommel 1.0, die sich in der durch Temperaturfühler verwendet werden muß. Solche den Pfeil 11 angezeigten Richtung dreht. Der äußere Temperaturfühler weisen nun verschiedene Nachteile Umfang der Trommel ist mit einem photoempfindauf. Sie sind einmal recht empfindliche Bauelemente, liehen Material 12 belegt, welches wiederum auf einer insbesondere dann, wenn sie höheren Qualitätsanfor- leitenden Grundschicht aufliegt. Dieser Photoleiter derungen genügen müssen. Zum anderen ist die Kon- 30 ist beispielsweise auf ein elastisches, leitendes Grundstanz ihrer Meßwerte vor allem über längere Ze:t nur material aufgezogen und auf Spulen im Inneren der schwierig zu erreichen. Besonders wenn angestrebt Trommel so gelagert, daß man die benutzte Schicht wird, Geräte möglichst robust und unempfindlich zu des Photoleiters leicht erneuern oder auswechseln konstruieren, sind empfindliche Bauelemente fehl am kann, ohne daß man die Trommel aus der Maschine Platze. 35 nehmen muß. Am Umfang der Trommel sind mehrere
Die Erfindung sucht nun diese Schwierigkeit da- Stationen angeordnet, die für den üblichen Verlauf durch zu umgehen, daß als Istwert — in bekannter des Kopierprozesses notwendig sind. Die erste Lade-Weise — die Effektivspannung am Heizelement station wird von einer Coronaeinheh gebildet und herangezogen wird. Dies ist eine Regelgröße, die in gibt im Dunkeln eine gleichmäßige Ladung auf die elektrischer Form zur Verfugung steht und daher mit \o Oberfläche des photoempfindlichen Materials. An der nahezu beliebiger Exaktheit ermittelt und in den folgenden Belichtungsstation 14 wird beim Drehen Regelkreis eingegeben werden kann. Damit verbun- der Trommel ein Lichtbild des optisch abgetasteten den ist jedoch die Schwierigkeit, daß die erstrebte Originals streifenweise auf die gleichmäßig elektrisch zusätzliche Heizleistung in der Aufheizperiode nichl: geladene Schicht des photoleitenden Materials gemehr über die Temperatur d^s Heizraumes geregelt. 45 worfen.
werden kann, da die Effektivspannung am Heiz-· Die nächste Station in der Drehrichtung der Trom-
element keine von der Temperatur des zu beheizen- mel 10 ist eine Kaskadenentwicklungseinheit 20, wo den Volumens abhängige Größe ist. Demnach besteht ein aus zwei Komponenten bestehender Entwickler die Aufgabe der Erfindung darin, einen Regler anzu- veranlaßt wird, kaskadenartig über die Trommelgeben, der trotz nicht bekannter Temperatur des 50 oberfläche zu rieseln. Dieser Entwickler enthält einen Heizraumes eine maximal schnelle Aufheizung eines durch Hitze fixierbaren Toner, welcher sich auf der zu erwärmenden Volumens gestattet. Oberfläche der photoempfindlichen Schicht nur au!
Diese Aufgabe wird durch einen Regler der ein- den Stellen des latenten elektrostatischen Bildes gangs genannten Art gelöst, der sich dadurch aus- niederschlägt. Diese Kaskadenentwicklung erzeugt ein zeichnet, daß die für die Anheizperiode zusätzlich 55 Tonerbild auf der Trommeloberfläche. Das Tonerbild vorhandene Steuerung dem Heizelement eine ent- wird an der Übertragungsstation 22 auf das Kopiersprechend der thermischen Zeitkonstanten des Heiz- blatt übet tragen.
elements und der der umgebenden Einrichtung ea,- Das zunächst leere Kopierpapier wird auf einei ponentiell abklingende erhöhte Leistung zuführt, Rolle 24 innerhalb der Kopiermaschine gelagert unc deren zeitlicher Verlauf von einem weiteren Regel- 60 auf der Bahn 25 in Pfeilrichtung durch die Schneide· kreis über die Aufladung eines weiteren Kondensators vorrichtung 26, die Übertragungsstation 22, die Fixier steuerbar ist, welcher dem integrierten Kondensator station 27 -ind dann zum Abgabemagazin 28 geführt einen entsprachenden Steuerstrom zuführt. Die Bedienungskraft kann eine beliebige Länge fü
Dadurch, daß Lierbei auf eine Meßwertumfonnumg das Kopierpapier wählen, und das geschnittene Blat von vornherein verzichtet wird, ergibt sich ein preis- «s kommt dann mit der Trommel in Berührung. Dii werter und robuster Regler, der nmr aus bewährten Übertragungs-Coronaeinheit 29 unterstützt die Über elektrischen und elektronischen Bauteilen besteht. tragung des Tontrbildes auf das Kopierblatt. Dam Weiterhin kann jeder Regler an beliebiger Stelle eines wird das Kopierblatt von der Trommel getrennt, da
Tonerbild wird durch Hitze angeschmolzen und die Kondensator 50 bilden ein Tiefpaßfilter, das die Ausfertige Kopie anschließend zum Ausgabemagazin 28 breitung von Störspannungen zur Netzspannungsgeleitet. quelle 42 zurück unterdrückt. Es wird empfohlen, Nicht immer wird das ganze Tonerbild auf das den Thyristorschalter 48 und das Filter in einen Me-Kopierblatt übertragen. Deshalb muß der etwaige 5 tallbehälter einzubauen, um Hochfrequenzstörstrah-Rest des Toners von der Trommeloberfläche entfernt lung abzuschirmen.
werden. Dafür sorgen die Coronaeinheit 30, deren Die Regelschaltung 45 erhält außerdem ein Signal Entladung den restlichen Toner löst, und die Reini- über die Rückkopplungsleitung 54, das der Spannung guügsbürste 31, welche sich mit hoher Geschwindig- an der Heizlampe 38 entspricht. Der stromregelnde keit in der durch den Pfeil 32 angegebenen Richtung io Schaltkreis benutzt dieses Rückkopplungssignal, um dreht. Der von dem photoempfindlichen Material den Phasenwinkel der Zündung des Thyristorschalheruntergebürstete Toner wird durch Unterdruck in ters 48 zu steuern. Die Zündsignale werden über die einen Filtersack gesogen, der in dem Gehäuse 33 Leitungen 51 und 52 gesendet. Die synchronisierenuntergebracht, auf der Zeichnung aber nicht extra den Signale auf den Leitungen 46 und 47 setzen den angeführt ist. Die Fixierstation 27 liegt an dem nach 15 Zündwinkel, d. h. die Triggerimpulse, die den Thyoben geneigten Teil der Laufbahn 25 für das Kopier- ristorschalter 48 zünden, in Beziehung zur Phase der papier zwischen der Übertraguogsstation 22 und dem Netzspannung. Die Schaltung ist so angelegt, daß die Abgabemagazin 28. Sie enthält ein Heizelement 34 effektive Spannung an der Heizlampe durch die und z.B. einen länglichen, fest ruhenden Unterdruck- Steuerung des Zündwinkels des Thyristorschalters 48 hohlraum 35, der unterhalb der Bahn liegt und der *e konstant geregelt werden kann. In manchen Fällen eine Vorrichtung zum Transport des Kopiefpapieres kann das durch die Spule 49 und den Kondensator 50 durch die Fixierstation hindurch trägt. Das Heiz- gebildete Tiefpaßfilter weggelassen werden, nämlich element 34 befindet sich oberhalb der Bahn 25, wenn die Störstrahlung kein Problem ist und/oder gegenüber dem Unterdruckhohlraum 35, und besteht wenn das Rückkopplungssignal von den Leitungen 51 beispielsweise aus einer Quarzlampe 38 und einem as oder 52 abgenommen werden kann und keine beson-Reflektor 39. Die Lampe 38 und der Reflektor 39 dere ftückkopplungsleitung 54 vorgesehen werden haben eine längliche Form und erstrecken sich quer muß.
über die Bahn 25. Der Reflektor ist gewöhnlich von In die Rückkopplungsleitung 54 sind die Widerelliptischer Form und sollte stark reflektierend aus- ständeA1 und R2 eingeschaltet (s. Fig. 3). Ein pulgebildet sein. Die Heizlampe 38 und der Reflektor 39 30 sierender Strom wechselnder Polarität fließt durch erzeugen zusammen einen querliegenden und relativ diese Widerstände zum Transistor T1. Zur Vereinfaschmalen infraroten Strahlungsstreifen auf der Ober- chung des Schaltbildes der Fi g. 3 ist jede zu der Bafläche des Kopierpapier. Das Heizelement 34 ist an sis eines Transistors führende Leitung direkt mit jeder einem nicht dargestellten Schlitten befestigt, der sich anderen Leitung verbunden, die zur gleichen Tranquer über die Bahn hin und her bewegen kann. Im 35 sistorbasis führt. Der Strom in der Rückkopplungs-Betrieb wird das Heizelement 34 von der Ausgangs- leitung ist direkt proportional der Spannung an der position zur Endposition (durch die gebrochene Linie Heizlampe 38. Die Transistoren T1, T2 und T3, die dargestellt) geführt, während sich das Kopierpapier Widerstände Äs und A4 und die Diode D9 bilden eine durch die Fixierstation hindurch auf der Laufbahn 25 Gleichrichterschaltung, die das Rückkopplungssignal bewegt. Diese Vorrichtung verlängert so wesentlich 40 auf der Leitung 54 empfängt und ein Gleichstromsidie Zeit, in der das Heizelement auf das Kopierpapier gnal auf Leitung 55 produziert, welches direkt proeinwirkt, portional zum Betrag der Amplitude der Spannung
Der Stromversorgungskreis für die Heizlampe 38 an der Heizlampe 38 ist
ist in den F i g. 2 und 3 dargestellt. Der Abwärts- Wenn die Rückkopplungsspannung negativ ist.
transformator 40 ist mit seiner Primärwicklung 41 45 leitet der Transistor T1 nicht, und Strom fließt durch
mit einer Wechselstromquelle 42, z. B. dem Licht- den Transistor T3. Eine positive Spannung schaltet
netz, verbunden. Ein Zweiweggleichrichter, bestehend hingegen den Transistor Ts ab und Strom fließt jetzi
aus den Dioden D7 und D8, dem Widerstand A27 und durch T1. Dieser Strom erzeugt eine Spannung an dei
dem Glättungskondensator C8, ist mit dem Ausgang Basis der Transistoren T1 und T2, so daß durch dei
der Sekundärwicklung 43 des Transformators ver- 50 Transistor T2 annähernd der gleiche Strom wie durcl
bunden und versorgt die Regelschaltung 45 über die den Transistor T1 fließt. Daraus resultiert: Aus den
Leitung 44 mit Gleichstrom. Die Sekundärwicklung Gleichrichter fließt ein pulsierender Gleichstrom I1
des Transformators 43 liefert außerdem zwei syn- auf die Leitung 55 und zum Knotenpunkt 56, der al:
chronisierendeNiederspannungs-Wechselstromsignale Istwertsignal möglichst genau den in der Phase an
über die Leitungen 46 und 47 an die Regelschaltung. 55 geschnittenen Wechselstrom auf der Rückkopplung
Die Heizlampe 38 der Fixierstation ist mit dem leitung 54 größenmäßig annähert.
Thyristor 48, der Spule 49 und dem Kondensator 50 Ein den Sollwert verkörpernder Gleichstrom fließ
in Reihe an die Wechselstromquelle angeschlossen. als Bezugsstrom IR zu dem Summierknotenpunkt Si
Der Thyristor 48 besteht aus zwei antiparallel ge- der von dem Transistor T10 und den dazu gehören
schalteten Siliciumtrioden für hohen Stromdurch- 60 den Schaltkreisen geliefert wird. Der Emitter de
gang, deren Zündwinkel davon abhängig ist, wann Transistors T10 ist mit den Widerständen R9 und Äs
die Steuerspannung zwischen den Leitungen 51 und hintereinandergeschaltet und durch die Leitung 4
52 einen bestimmten Schwellenwert überschreitet. mit der Gleichstromquelle der Regelschaltung vei
Wenn der Thyristor 48 während einer Halbperiode bunden. Ein Widerstand Re ist zwischen den Emitte
der Netzspannung gezündet ist, bleibt er bis zum 65 des Transistors J10 und Erde geschaltet. Dieser W:
Nulldurchgang der Netzspannung leitend, d. h. bis derstand ermöglicht einen automatischen Ausgleic
die Netzspannung zu Beginn der nächsten Halb- zwischen der mittleren und der effektiven Spannunj
Deriode ihre Polarität umkehrt. Die Spule 49 und der Die Basis des Transistors T10 erhält eine Vorspai
nung durch einen Schaltkreis mit einer Diode D3 und von dem Kondensator^ integriert Diese Anordnung einer Zenerdiode Z1. Die Zenerdiode liefert ein kon- erzeugt eine Spannung an erweiche nur konstant ist, stantes Bezugspotential an die Basis des Transistors wenn die Summe der Ströme gleich Null ist. Wenn } T10, so daß diese die Funktion einer Konstantstrom- der Bezugsstrom /,, größer als der Rückkopplungsquelle übernimmt, die nicht von Netzspannungs- 5 sitrom 1P ist, was eintritt, wenn der Transistor T9 : f,rawankungen beeinflußt wird. nicht leitet und der Anfangsstrom /, gleich Null ist, ; liin wichtiges Merkmal der Regelschaltung besteht dann fällt die Spannung über dem Kondensator C1 ι darin, daß sie auch befähigt ist, eine erhöhte Strom- «o lange ab, bis entweder die Stromaufnahme der menge an die Heizlampe 38 in einem vorbestimmten Heizlampe 38 konstant wird und der Rückkopplungs-Zeitraum zu lief em, nämlich wenn die Maschine nach ίο strom If und der Bezugsstrom IR gleich sind oder längerem Stillstand eingeschaltet wird. Diese automa- aber, bis der Transistor T10 gesättigt ist. Wenn umgetische Steuerfunktion wird vom Transistor T9 und kehrt der Rückkopplungsstrom 1F größer als der Be- '·, den zugehörigen Schaltkreisen und dem Kondensator izugsstrom 1R ist, dann steigt die Spannung über dem ', C1 ausgeführt. Wenn die Kopiermaschine unter Kondensator C2, bis entweder die Ströme durch Re- ! Strom gesetzt wird, leitet der Transistor T9, und ein 15 gelung des an die Hsizlampe gelieferten Stroms wie-Anfangsstrom/; fließt zum Summierknotenpunkt56. der auf den gleichen Wert gebracht sind oder die ' Der Kondensator C1 ist zunächst völlig entladen, Transistoren T2 und T3 gesättigt sind.
nimmt aber sofort Ladung mit zeitlich exponentiel- Die Transistoren T11 und T12 bilden zusammen lern Anstieg über einen Ladekreis auf, der aus der eine Differentialverstärker-Stromquelle, deren AusLeitung 44 und dem Widerstand R8 besteht. Die an- ao gangsstrom sich proportional zu der Differenz der wachsende Spannung im Kondensator C1 vermindert von der Zenerdiode Z1 gelieferten Bezugsspannung fortschreitend den Stromdurchgang durch den Tran- und der Spannung an dem Kondensator C2 verhält, sistor T9. Schließlich erreicht die Spannung am Kon- Der Strom im Widerstand R14 ist fast konstant, und densator C1 den Punkt, bei dem der Transistor T9 ab- seine Aufteilung zwischen den leitenden Transistoren geschaltet, also nichtleitend wird. as T11 und T12 wird von der Spannung über dem Konin einem Ausführungsbeispiel leitet der Transistor densator C2 bestimmt, welcher im Basiskreis desTran-T9 etwa 45 see lang, gerechnet von dem ersten Strom- sistors T11 liegt. Der durch den Transistor T12 fliefiuß im Regelkreis an, wenn der Kondensator C1 ßende Strom lädt den Kondensator C4 über einen noch völlig entladen ist. Diesen Zeitraum benötigt Schaltkreis, in dem auch der Widerstand A18 liegt, eine elektrophotographJsche Kopiermaschine, wie sie 30 Diese Schaltungsanordnung erzeugt im Kondensator die F i g. 1 darstellt, um etwa sieben Kopien von C4 eine linear ansteigende Spannung, deren Zunahme einem Original herzustellen. Wenn die Heizlampe 38 oder Steigung von der Spannung an dem Kondensazum ersten Mal unter Strom gesetzt wird, hat sie eine tor C2 abhängig ist. Die Spannung an Kondensator Leistungsaufnahme von 1050 W; das ist etwa 123°/o C2 dagegen hängt ab von der Summe der am Sumder 850 W, die von der Heizlampe im Dauerbetrieb 35 mierknotenpunkt 56 zusammenfließenden Ströme /,, verbraucht werden. Die Leistungsaufnahme der Heiz- //> und IK.
lampe nimmt fortschreitend vom Anfangs- zum Der Kondensator C4 wird automatisch und syn-Dauerbetrieb, und zwar umgekehrt proportional zum chron mit jeder Halbwelle der Wechselstromquelle 12 Spannungsaufbau im Kondensator C1, ab. Die expo- auf den Nullwert zurückgesetzt oder entladen. Zu den nentielle Abnahme der Leistungsaufnahme bedeutet 40 synchronisierenden Schaltkreisen für die periodische einen großen Vorteil gegenüber etwa einer stufen- Entladung des Kondensators C4 gehören die Transiweisen Abnahme, die z. B. durch Schalten verschie- stören T4 und T6 und die entsprechenden Eingangsdener Stromkreisteile erreicht wird, weil dieses ex- netzwerke. In eines dieser Netzwerke des Transistors ponentielle Zeitverhalten der thermischen Charakte- T4 sind ein Diodenpaar D6 und D12 gegensinnig mit ristik der Fixierstation sehr nahe kommt. 4.5 verbundenen Anoden und außerdem die Vorspan-Wenn der Regelschaltung nach Beendigung eines nungsdiode D10 geschaltet. Der Verbindungspunkt dei Fixiervorganges kein Strom mehr zugeführt wird, ent- Anoden der Dioden D6 und D12 ist mit der Leitung lädt sich der Kondensator C1 über die Widerstände 44 über den Widerstand R11 verbunden. Wenn keir R6 und A12. Die Zeitkonstante der Entladung des positives Spannungssignal auf der Leitung 47 besteht Kondensators C1 ist relativ groß und wird entspre- 50 fließt ein Strom über den Widerstand R11 und die ii chend der Wärmeausstrahlung und dem Wärmever- Vorwärtsrichtung vorgespannte Diode D8. Es fließ lust der Fixierstatioii gewählt. Wenn also eine Kopie kein Strom zur Basis des Transistors T4, der dam unmittelbar nach der anderen angefertigt wird, dann nicht leitet. Wenn aber das Signal auf Leitung 4' ist die Fixierstation von der vorangegangenen Kopie durch Überwindung des Spannungsabfalles über de noch wann und die restliche Ladung im Kondensator 55 Diode D10 positiv wird, dann ist die Diode D6 rück C1 begrenzt die zusätzliche Leistungsaufnahme der wärts und die Diode D12 vorwärts vorgespannt, si Heizlampe 38 auf einen relativ niedrigen Betrag. Die daß dem Transistor T4 ein Basisstrom zugeführt win Entladungszeit oder Zeitkonstante des Entladungs- und T4 sofort leitet. Die Spannung über R16 schalte kreises für den Kondensator C1 wird so gewählt, daß unter diesen Umständen sofort den Transistor T4 ar sie praktisch der Abkühlungszeit der Fixierstation 60 und der zunehmende Spannungsabfall über Widei entspricht. Diese Auswahl kann mit großer Genauig- stand R13 spannt den Transistor T5 in seinen niet keit getroffen werden, da beides Exponentialfunk- leitenden Zustand vor.
tionen sind. Das andere Eingangsnetzwerk ist in gleicher Weis
Der dem Rückkopplungssignal als Istwert entspre- wie das gerade beschriebene aufgebaut Es umfaf chende Strom /F, der den tatsächlichen Stromver- 65 die Dioden D5 und D11, die mit verbundenen Anode
brauch der Heizlampe 38 angibt, und die von den in die Leitung 46 gegensinnig gelegt sind. Der Trar
Transistoren T9 und T10 gelieferten Ströme fließen an sistor T4 leitet bei positiven Spannungsausschlägen i
dem Summierknotenpunkt 56 zusammen und werden der Leitung 46, sobald die Spannung hoch genug is
9 10
um die von der Diode D10 zugeführte Vorspannung stör l-'eibt dann so lange leitend, bis die Polarität de
ZU überwinden. Die Spannungen in den Leitungen 46 speisenden Spannung wechselt, und zwar zu Begitt
und 47 sind um 180° phasenverschoben, so daß der des nächsten Halbzyklus der Netzspannung.
Transistor T4 nur in einer relativ kurzen Zeit nicht Die Summe der Anfangs-, Bezugs- und Rückkopp
leitet, und zwar zu Beginn jeder Halbwelle der Netz- 5 lungsströme wird am Knotenpunkt 56 gebildet un<
spannung. In diesen Zeitabschnitten, in denen der lädt dann entsprechend den Kondensator C2. Di<
Transistor T4 nicht leitet, leitet der Transistor T8 und Spannung am Kondensator C2 steuert und/oder regel
bildet einen Entladungsweg für die Ladung des Kon- die Stromaufnahme der Heizlampe. Nachdem dei
densators C4. So entlädt sich der Kondensator C4 zu steuernde Anfangsstromfluß den Nullpunkt erreich
Beginn jedes Halbzyklus der Netzspannung. Die zeit- io hat, ändert jede Änderung des Rückkopplungssignal!
abhängigen Spannungskurven der Fig. 4 veranschau- als Istwert die Spannung an dem KondensatorC2
liehen die Arbeitsweise der Transistoren T4 und T6 und die Stromaufnahme der Heizlampe wird geregelt
mit Bezug auf die Spannungsverläufe in den Leitun- bis der dem Sollwert entsprechende Bezugsstrom unc
gen 46 und 47 und in der Spannungsquelle 42. der Rückkopplungsstrom als Istwert wieder entgegen-
Der aus den Transistoren J11 und T12, dem Kon- 15 gesetzt gleich sind.
densatorC4 und den synchronisierenden Schaltkreisen Die Kurven der F i g. 4 erleichtern das Verständnis zusammengesetzte Differentialverstärker erzeugt eine der Arbeitsweise der synchronisierenden und steuernlineare Spannung in jedem Halbzyklus der Netzspan- den Schaltkreise, die die Spannung am Kondensatoi nung, deren Steigung eine lineare Funktion der Span- C2 zu Triggersignalen umwandeln und dann denThynung an dem Integrationskondensator C2 ist und die- so ristor zum rechten Zeitpunkt während jedes Halb· ser entspricht. Diese Spannung an dem Kondensator zyklus der Netzspannung zünden. Die Spannung am C4 steuert den Eingang eines Schmitt-Triggers, der Kondensator C4 nimmt linear zu mit einer Steigung, aus den Transistoren T7 und T6 besteht. Der Schwel- die von der Spannung am Kondensator C2 abhängt, lenwert des Triggers ist durch das Verhältnis der Wi- wie im Kurvenabschnitt 60 dargestellt Sobald die derstände A22 und A24 festgelegt. Angenommen, daß as Spannung am Kondensator C4 den gestrichelt dargeder Kondensator C4 zu Beginn entladen ist leitet stellten Schwellenwert der Spannung zur Steuerung Transistor T7 nicht, wohl aber der Transistor T8. Die des Schmitt-Triggers im Punkt 61 überschreitet, Spannung für Transistor T8 ist festgelegt durch den schaltet der Trigger seinen Zustand um und ein Aus-Spannungsteiler, der durch die Widerstände A22 und gangsimpuls 62 wird dem Thyristor zugeführt, um Rs4 gebildet wird. Es entsteht ein Spannungsabfall 30 diesen zu zünden. Der Transistor T6 wird leitend, soüber Widerstand A81, da Transistor T8 jetzt leitet bald die Netzspannung sich dem Nullpunkt nähert Der Schmitt-Trigger schaltet um, wenn die Spannung und ihre Polarität ändert. Das bewirkt sofort eine am Kondensator C4 etwas größer als der Spannungs- Entladung der restlichen Spannung am Kondensator abfall über Widerstand RS1 ist. Wie bereits beschrie- C4, wie es im Kurvenabschnitt 63 dargestellt ist. Unben, wird der Spannungsanstieg im Kondensator C4 35 ten in der Figur ist die phasengeschnittene Wechselim Einklang mit der Regelschaltung der Stromversor- spannung am Heizelement 38 aufgezeichnet, gung verändert und dadurch auch der Zeitpunkt, an Ein wesentlicher Gesichtspunkt der Regelschaltung welchem der Trigger in jeder Halbphase der Speise- ist ihre Fähigkeit, mehr die wrkliche Leistungsaufspannung betätigt wird. Die Zündzeit des Triggers in nähme des Heizelementes zu regeln als nur gerade jedem Halbzyklus der Netzspannung ist deshalb ab- 40 die mittlere Spannung oder den mittleren Strom. Die hängig von den jeweiligen Werten von Anfangs-, durch eine ohmsche Belastung aufgenommene Lei-Rückkopplungs- und Bezugsstrom, die im Knoten- stung bei Wechselstrom ist bekanntlich das Produkt punkt 56 zusammentreffen. Wenn der Schmitt-Trigger aus den Effektivwerten von Strom und Spannung. Bei betätigt wird, leitet Transistor T1, und Transistor T8 phasenangeschnittenem Wechselstrom kann über schaltet sich aus. Der Spannungsabfall über Wider- 45 einen gewissen Spielraum der Arbeitsbedingungen die stand A21 wird geringer, während der Trigger um- mittlere Spannung, die erforderlich ist, den Effektivschaltet, da der Widerstand A22 viel größer als der wert der Spannung zu erhalten, als praktisch lineare Widerstand A23 ist und die Spannung über Konden- Funktion der speisenden Netzspannung angesehen sator C4 nur langsam unter die Schaltbedingung ab- werden. Eine sehr brauchbare und genaue Kompenfällt Der Trigger stellt sich zurück, wenn der Kon- 50 sation des Unterschiedes von mittlerer und effektiver densator C4 sich über Transistor T5 entladt, und zwar Spannung wird bei der beschriebenen Regelschaltung dann, wenn die Netzspannung die Polarität wechselt durch den Widerstand Rn erreicht, der zwischen dem Wenn der Schmitt-Trigger betätigt und der Tran- Emitter des Transistors T10 und Erde angeordnet ist sistor T8 abgeschaltet ist macht der entstandene Im- Dieser Widerstand setzt den durch den Transistor T10 puls über Kondensator C5 den Transistor T13 leitend. 55 gelieferten Bezugsstrom IR linear mit der ansteigen-Ein Strom fließt durch den Transistor J18, den Wider- den Netzspannung herab und kompensiert so das bei stand A28 und die Primärwicklung des Impulstrans- kleinen Zündwinkeln des Thyristors bei hohen Spanformators 59. Die Sekundärwicklung des Impulstrans- nungen ansteigende Verhältnis von Efiektivwert zu formators59 ist über die Gleichrichterdiode D4 mit Mittelwert der Spannung. Der einstellbare Widerden Leitungen 51 und 52 verbunden. Immer wenn 60 stand A28 im Emitterkreis des Transistors J10 gestattet der Transistor T13 leitet, wird ein Impuis auf den die Vor-Einstellung des Kreises, um Töleranzabwei-Thyristor 48 gegeben und zündet diesen. Der Thjni- chungea verschiedener Bauelemente auszugleichen.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

I 965 Patentansprüche:
1. Kontinuierlicher Regler für die Stromve*· lorgung eines Heizelements aus einem Wechsel· »traranetz über antiparallel angeordnete steuerbare Halbleiter mittels Phasenanschnittsteuerung, insbesondere tür eine Schmelzfixiereinrichtung in einem elektrophotographischen Kopiergerät, mit einer Einrichtung zur gesteuerten Erhöhung der am Heizelement anliegenden Effekttapannuag während der Anheizperiode, derart, daß für den Dauerbetrieb zur Regelung auf konstante Effektivspannung am Heizelement ein Regelkreis vorgesehen ist, bei dem der Soll-Istwert-Vergleich in einem von der Summe von Strömen aufgeladenen integrierenden Kondensator erfolgt, dessen Spannung zur Zündwinkelsteuerung eines Thyristors dient, dadurch gekennzeichnet, daß die für die Anheizperiode zusätzlich vorhandene »o Steuerung dem Heizelement (38; F i g. 2) eine entsprechend der thermischen Zeitkonstanten des Heizelements und der der umgebenden Einrichtung exponentiell abklingende erhöhte Leistung zuführt, deren zeitlicher Verlauf von einem weite- as ren Regelkreis (T9, Rv R6) über die Aufladung eines weiteren Kondensators (C1) steuerbar ist, welcher dem integrierenden Kondensator (C,) einen entsprechenden Steuerstrom zuführt.
2. Regler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eiü Belag, des integrierenden Kondensators (Cs) mit einer Gleichspannung führenden Leitung (44) verbunden ist und der andere Belag mit einem Schaltungsknotenpunkt (56), in dem der Bezugsstrom (IR), der Rückkopplungsstrom (Zf) und gegebenenfalls der Anfangsstrom (//) zusammenfließen.
3. Regler nach Anspruch 1, bei welchem zur Bereitstellung des Bezugsstromes (7S) der Emitter eines Transistors (T10) über Emitterwiderstände *o (R28, A9) mit der Gleichspannungsleitung (44) verbunden ist, der Kollektor den Strom zum Schaltungsknoten (56) führt und die Basis an eine konstante Vorspannungsquelle angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß zur Kompensation des Unterschiedes von mittlerer und effektiver Spannung im Sollwertgeber ein Widerstand (R6) zwischen dem Emitter des Transistors (T10) und Erde angeordnet ist.
4. Regler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bereitstellung des Anfangsstromes (//) der Emitter eines Transistors (T9) über einen Emitterwiderstand (R.) mit der Gleichspannungsleitung (44) verbunden ist, daß der Kollektor den Strom zum Schaltungsknoten (56) führt, daß die Basis direkt mit einem Belag des Kondensators (C1) verbunden ist, dessen anderer Belag an die Basis des Transistors (T10) im Sollwertgeber angeschlossen ist.
5. Regler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator (C1) über einen Ladewiderstand (R6) mit der Gleichspannungsleitung (44) verbunden ist.
6. Regler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltungsknoten (56) mit der Basis eines Transistors (T11) verbunden ist, der zusammen mit einem weiteren Transistor (T12) eine Differentialverstärker-Stromquelle bildet, fieren AiMgangytrjm proportional sur Differenz; der von einer !pÖiode (Z1) gelieferten Bezugsspannung und der Spannung an dem integrieren" den Kondensator (C,) ist,
7. Regler nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Kollektor des zweiten Transistors (Tti) im Differentialverstärker über einen Ladewiderstand (A18) mit dem nicht geerdeten Belag eines Kondensators (C,) verbunden ist, an dem sich eine lineare Rampenspannung aufbaut, deren SteUben} proportional zur Spannung am « integrierenden Kondensator (C8) ist
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E77 Valid patent as to the heymanns-index 1977
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