DE19747062C1

DE19747062C1 - Übernahme von Printmedien mit definierter Zugkraft

Info

Publication number: DE19747062C1
Application number: DE19747062A
Authority: DE
Inventors: Markus Gleichauf; Elmar Speck; Andreas Stadler
Original assignee: BDT Buero und Datentechnik GmbH and Co KG
Current assignee: BDT Buero und Datentechnik GmbH and Co KG
Priority date: 1997-10-24
Filing date: 1997-10-24
Publication date: 1999-06-10
Anticipated expiration: 2017-10-25
Also published as: US6169380B1

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur selbständigen Anpassung der Belegzugkraft einer Übernahmeeinheit für Belege aus Printern und Kopierern. Speziell betrifft die Erfindung das Steuerkonzept für eine Übernahmeein heit von Printmedien (Belege) zur Erkennung und Ausregelung der geräteinternen Reibung.

Die Übernahmeeinheit wird überwiegend an Drucker und Kopierer adaptiert, welche die Printmedien mit unterschiedlichen oder variierenden Geschwindigkeiten ausgeben.

In der nachveröffentlichten DE 196 33 740 A1 ist ein Verfahren beschrieben, bei dem Belege von einem Ausgabegerät durch eine Übernahmeeinheit zur geordneten Ablage übernommen werden.

Kernpunkt des beschriebenen Verfahrens ist, daß über ein defi niertes Motormoment für das Transportrollensystem der Übernah meeinheit eine Zugkraft auf die Belege ausgeübt wird, solange sich diese im Transportsystem von Übergabe- und Übernahmeein heit befinden.

Nachteilig bei diesem Verfahren ist, daß die Reibungsverhält nisse im Transportsystem großen Einfluß auf die resultierende Zugkraft des Beleges während der Übernahme haben können. Das Motormoment der Übernahmeeinheit muß so gewählt werden, daß bei maximaler Reibung der Beleg noch sicher transportiert wird. Ist die Reibung bei einem Gerät sehr niedrig, resultiert daraus bei gegebenem Motordrehmoment eine hohe Zugkraft am Beleg, so daß es zum Herausziehen der Belege aus dem Ausgabegerät kommen kann.

In der nicht veröffentlichten, deutschen Patentanmeldung 197 33 697.3 wird beim einlaufenden Beleg eine Krümmung erzwungen, aus welcher die Papiergeschwindigkeit des einlaufenden Beleges ab geleitet werden kann. Bei dieser Lösung wirkt nur die Rück stellkraft des Sensors, der den Grad der Krümmung erfaßt, als Zugkraft auf den Beleg. Nachteilig an diesem Verfahren ist die aufwendige Gestaltung des Einlaufbereiches sowie der Aufwand für die zusätzlich notwendige Sensorik.

Aus DE 26 42 818 A1 ist eine Anordnung zum Transport von Bele gen bekannt, mit einer Belegtransporteinrichtung, die eine Zug kraft auf die Belege ausführt.

Das Ziel der Erfindung ist es, die Zugkraft an den Belegen niedrig bzw. in definierten Grenzen zu halten.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, Belege von einem Ausgabegerät mit variabler Ausgabegeschwindigkeit sicher zu übernehmen, ohne daß unzulässige Zugkräfte auf die Belege ausgeübt werden.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Hier zu wird die Drehzahl des leerlaufenden Transportsystems der Übernahmeeinheit erfaßt und das Drehmoment des Antriebmotors z. B. durch Strombegrenzung soweit reduziert, bis die Transportge schwindigkeit der Übernahmeeinheit knapp über der maximal vor kommenden Transportgeschwindigkeit des Ausgabegerätes liegt. Der so ermittelte Drehmomentwert, der dem Drehmomentbedarf zur Überwindung der Reibung des Systems darstellt, wird abgespei chert und während der Belegübernahme als Sollwert eingestellt. Als Antriebsmotor können sowohl Gleichstrommotoren wie auch lastgeführte elektronisch kommutierte Motoren zum Einsatz kom men.

Die Erfindung soll anhand der Zeichnungen Fig. 1 bis Fig. 4 in einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.

Die Zeichnungen zeigen dabei folgende Details:

Fig. 1: die prinzipielle Anordnung der Komponenten des Über gabe- und Übernahmegerätes.

Fig. 2: Darstellung des Programmablaufes zur Ermittlung des Strombedarfes, zur Überwindung der Reibung und der Übernahme eines Beleges vom Ausgabegerät.

Fig. 3a und 3b: Die Oszillogramme zeigen den Verlauf des Motor stromes in einer Wicklung des Schrittmotors, den Stromsollwert und der Geschwindigkeit des Transport systems bei Reibung 100% (3a) bzw. ca. 200% (3b) wäh rend der Drehmomentermittlung.

Fig. 4: Grafische Darstellung einer Meßreihe, bei der das be schriebene Konzept zur Ausregelung der Reibung einge setzt wird. Auf der X-Achse ist der prozentuale Wert der künstlich beeinflußten Reibung aufgetragen. Auf der Y-Achse ist die effektive Zugkraft am Be leg sowie das Stromsollwert-Signal aufgetragen.

Für ein Belegübernahmegerät, das für Drucker und Kopierer mit unterschiedlichen Belegausgabegeschwindigkeiten gedacht ist, soll eine Übernahmeeinheit entwickelt werden, die sich den un terschiedlichen Geschwindigkeiten selbständig anpaßt. Die Ge schwindigkeiten können sowohl zwischen verschiedenen Belegen, wie auch innerhalb eines Beleges wechseln. Der Bereich der Be leggeschwindigkeit schwankt dabei zwischen 29 mm/s und 154 mm/s. Ziel ist es, die Zugkraft an den Belegen auf 0,5 N zu begrenzen.

Zur Lösung dieser Anforderung werden die Transportrollen des Transportsystems (3) der Übernahmeeinheit (12) mit einem Schrittmotor (Antriebsmotor) (5) angetrieben, der über einen Encoder (6 und 7) verfügt. Aus dem Encodersignal lassen sich sowohl Information über Geschwindigkeit wie auch Rotorlage ab leiten. Dadurch ist es möglich die Kommutierung der Phasenströ me lastgeführt durchzuführen. Ist die Sollgeschwindigkeit des Transportsystems (3) gleich oder größer als die Geschwindigkeit der Ausgabeeinheit (1), so kann das Transportsystem (3) der Übernahmeeinheit (12) ohne Schrittverlust auf diese Geschwin digkeit abgebremst werden. Das Drehmoment des Schrittmotors (5) und somit die Zugkraft am Beleg kann durch Begrenzung des Pha senstromes in der Treiberstufe (9) variiert werden.

Toleranzen beim Schrittmotor (5) und dem Transportsystem (3), bedingt durch Fertigung und Umgebungseinflüsse, wirken sich hierbei jedoch als Veränderung der Belegzugkraft aus. Um die Zugkraft in den geforderten engen Grenzen zu halten, ist es notwendig diese Toleranzen, die in erster Linie durch Schwankungen der Reibungsverluste im Antriebssystem (19) verur sacht werden, zu berücksichtigen.

Die Ermittlung der Reibung kann nach dem Einschalten des Sy stems oder vor der Zuführung eines Beleges erfolgen. Dabei wird ein ankommender Beleg von der Ausgabeeinheit (1) über eine Kom munikationsleitung (17) an die Übernahmeeinheit gemeldet. Nach dieser Meldung startet der Microcontroller (8) den Schrittmotor mit dem Stromwert I_start. Dieser Stromwert muß so gewählt sein, daß auch ein System mit der größten vorkommenden Reibung sicher eine Drehzahl erreicht, die über der maximalen Beleggeschwin digkeit liegt. Die sich ergebende Geschwindigkeit des Antriebs motors (5) wird über den Encoder (6 und 7) erfaßt und dem Microcontroller (8) gemeldet. Wie aus dem Flußdiagramm Fig. 2a ersichtlich ist, wird die Geschwindigkeit mit einem Grenzwert verglichen, der gleich oder geringfügig größer sein muß als die größte vorkommende Beleggeschwindigkeit des Ausgabegerätes. So lange der Istwert der Geschwindigkeit größer ist als der Grenz wert, wird der Motorstrom stufenweise verringert.

Dieser Vorgang wird wiederholt, bis die Geschwindigkeit nicht mehr über dem gewählten Grenzwert liegt.

Mit diesem Stromwert erzeugt der Motor ein Drehmoment, welches gerade benötigt wird um die Übernahmeeinheit mit der vorgege benen Geschwindigkeit anzutreiben und somit die Zugkräfte an den Belegen in engen Grenzen hält.

Der Sollwert des Motorstromes wird vom Microcontroller (8) über ein pulsweiten-moduliertes Signal (13) vorgegeben. Das Signal wird mittels eines Tiefpasses (15a und 15b) in ein analoges Si gnal gewandelt, im Verstärker (10) verstärkt und der Motortrei berstufe (9) zugeführt.

Die Auflösung der Stromstufen wurde in diesem Anwendungsfall mit 5% des Maximalstromes gewählt. Abhängig vom verwendeten Digital-Analog Wandler (15a und 15b) und der zur Verfügung stehenden Zeit zwischen Belegankündigung und Belegausgabe ist diese Auflösung anzupassen. Es muß konzeptionell sichergestellt sein, daß die Zeit zwischen Ankündigung eines Beleges und Er reichen des Transportsystems (3) ausreicht, um die Grenzge schwindigkeit zu erreichen. Erreicht der Beleg das Transportsy stem zuvor, wird das System durch den Beleg unter die Grenzge schwindigkeit abgebremst und falsche Reibungsverhältnisse vor getäuscht. Dies führt dazu, daß Belege mit unzulässig großer Zugkraft übernommen werden.

Sind zwischen den einzelnen Belegen keine großen Schwankungen zu erwarten, empfiehlt es sich beim Einschalten des Systems ei nen größeren Startwert des Stromes zu wählen als zwischen den einzelnen Belegen. Abhängig von dem zuvor eingestellten Strom wert, wird der nächste Startwert um einen gewissen Faktor hö her gewählt. Die Zahl der notwendigen Stromreduktionsschritte, zum Erreichen der Grenzgeschwindigkeit, kann mit dieser Maßnah me für zeitkritische Anwendungen verringert werden.

Der gefundene Stromwert wird abgespeichert und während der Be legübernahme eingestellt (Fig. 2b). Erreicht der Beleg das Transportsystem (3) der Übernahmeeinheit (12), wird deren Ge schwindigkeit auf die Beleggeschwindigkeit der Ausgabeeinheit (1) abgebremst. Die resultierende Zugkraft hängt dabei vom ver wendeten Motor und der Drehzahldifferenz ab.

Für einen sicheren Transport der Belege muß der Strom des Schrittmotors (5) erhöht werden, sobald der Beleg das Trans portsystem (2) der Ausgabeeinheit (1) verlassen hat.

Dieser Zeitpunkt kann über die Kommunikationsleitung (17) oder bei bekannter Beleggröße über einen Sensor (18) im Belegpfad der Übernahmeeinheit (12) ermittelt werden.

Die Oszillogramme Fig. 3a und 3b wurden am realisierten Anwen dungsbeispiel aufgenommen und zeigen die stufenweise Stromredu zierung zur Ermittlung des notwendigen Strombedarfs bei ver schiedenen Reibungsverhältnissen in der Übernahmeeinheit. Bei Fig. 3b wurde die Reibung im Transportsystem (3) künstlich um den Faktor 2 erhöht, im Vergleich zu Fig. 3a.

Um die kinetische Energie im Transportsystem gering zu halten, wird der Schrittmotor zu Beginn des Einstellvorganges mit einer stromunabhängigen Geschwindigkeit angesteuert.

Der Microcontroller (8) gibt dabei zeitgesteuert den Phasen wechsel des Schrittmotors (5) vor. Die gewählte Geschwindigkeit muß dabei mindestens gleich oder größer als die Grenzgeschwin digkeit v_lim sein. Das geschwindigkeitsproportionale Spannungs signal verringert sich deshalb erst gegen Ende des Einstellvor ganges.

In Fig. 4 stellt die Variation der Belegzugkräfte sowie den Sollwert des Motorstromes bei unterschiedlichen mechanischen Reibungswerten im Transportsystem (3) dar. Die Belegzugkraft wird durch den Teil des Motordrehmoments aufgebracht, der nicht zur Überwindung der Reibung benötigt wird. Die Zugkraft nimmt deshalb mit steigender Reibung innerhalb einer Stromstufe ab. Die Schwankungen zwischen der minimalen und maximalen Belegzug kraft hängen dabei von der Abstufung der Stromwerte ab. Durch eine feinere Auflösung der Stromstufen werden diese Schwankun gen verringert.

Bezugszeichenliste

1

Belegausgabegerät

2

Transportsystem des Ausgabegerätes

3

Transportsystem des Belegübernahmegerätes

4

Beleg

5

Antriebsmotor des Übernahmegerätes

6

Taktrad zur Drehzahl- und Rotorlageerkennung (Encoder)

7

Sensorik zur Drehzahl- und Rotorlageerfassung (Encoder)

8

Microcontroller

9

Motortreiberstufe mit Stromregelung

10

Verstärker

11

Elektronikbaugruppe des Belegübernahmegerätes

12

Belegübernahmegerät

13

Digitales Stromsollwert-Signal

14

Analoges Stromsollwert-Signal

15

a und

15

bTiefpaß zur Digital-Analog Wandlung

16

Elektronikbaugruppe des Belegübergabegerätes

17

Kommunikationsleitung

18

Sensor im Belegpfad der Übernahmeeinheit

19

Übertragungselement zwischen Motor und Transportrollen

20

Digitale Phasensignale zur Schrittmotorsteuerung
I_mot

Motorstrom
I_max

maximal zulässiger Motordauerstrom
I_soll

Sollwert des Motorstromes
I_start

Ausgangsstromwert für die Drehmomentermittlung
vTransportgeschwindigkeit des Übernahmegerätes
v_lim

Grenzwert der Transportgeschwindigkeit des Übernahmegerätes

Claims

1. Anordnung zur selbständigen Anpassung der Belegzugkraft ei ner Übernahmeeinheit (12) für Belege aus Printern und Kopie rern durch Erfassung und Ausregelung der Reibung der Übernah meeinheit durch Steuerung des Stromes für den Antriebsmotor (5) der Übernahmeeinheit.

2. Anordnung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß das Drehmoment des Antriebsmotors (5) der Übernahmeeinheit (12) durch eine Stromsteuerung veränderbar ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß die Transportgeschwindigkeit der Übernahmeeinheit (12) durch einen oder mehrere Sensoren (18) erfaßbar ist.

4. Anordnung nach Anspruch 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, daß durch eine stufenweise Reduzierung des Motorstromes die Ge schwindigkeit des freilaufenden Transportsystems (3), an die Geschwindigkeit der Ausgabeeinheit (1) angeglichen wird.

5. Anordnung nach Anspruch 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, daß der Wert des eingestellten Motorstromes speicherbar ist und während der Belegübernahme konstant bleibt.

6. Anordnung nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, daß die stufenweise Reduzierung des Motorstromes zyklisch wie derholt wird, damit Veränderungen an der Übernahmeeinheit (12) erfaßt werden.