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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Steuermodul zur Anbringung auf einer Verbrauchsmaterialkartusche, mit
- – einem Speicherbauelement mit Steuerlogik und Speicherzellen,
- – Kontaktelementen, die mit dem Speicherbauelement verbunden sind und die an Druckerkontakte anschließbar sind,
gekennzeichnet durch
mindestens ein Schaltelement, welches in einer Stromversorgungsleitung zwischen einem Stromspeicher und dem Speicherbauelement angeordnet ist,
wobei das Schaltelement einen Steuereingang aufweist und abhängig von einem an diesem Steuereingang anliegenden Steuersignal die Stromversorgungsleitung schließt oder unterbricht,
und der Steuereingang mit einem Kontaktelement des Steuermoduls verbunden ist.
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Eine Verbrauchsmaterialkartusche, nämlich eine Tintenkartusche mit einem derartigen Steuermodul ist ebenfalls Gegenstand der Erfindung.
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Im Stand der Technik sind Drucker, beispielsweise Tintenstrahl-Drucker, in einer Vielzahl von unterschiedlichen Ausführungsformen bekannt. Zur Versorgung mit Verbrauchsmaterial werden in der Regel austauschbare Einweg-Verbrauchsmaterialbehälter, sogenannte Verbrauchsmaterialkartuschen verwendet, beispielsweise Tintenkartuschen. Diese werden zum Betrieb in entsprechende Kartuschenaufnahmevorrichtungen in dem Drucker eingesetzt. Wenn eine Verbrauchsmaterialkartusche leer ist, wird sie aus der Kartuschenaufnahmevorrichtung entnommen, entsorgt und durch eine gefüllte Kartusche ersetzt oder mit Tinte oder Toner wiederbefüllt.
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Es ist weiterhin bekannt, Tintenkartuschen mit einem elektronischen Steuermodul zu versehen, beispielsweise mit einem elektrisch wiederbeschreibbaren Speicherbauelement (Speicherchip), das seinerseits ein Array von Speicherzellen zur Aufnahme der Dateninhalte und eine Steuerlogik (Speicherverwaltungsschaltung) zum Zugriff auf die Speicherzellen umfasst. Die Steuerlogik ist mit elektrischen Kontaktelementen verbunden, das sind von außen zugängliche Kontaktflächen. Wird die Tintenkartusche in einen Drucker eingesetzt, treffen die Kontaktelemente auf Drucker-Kontakte, beispielsweise Kontaktfedern, die in der Kartuschenaufnahmevorrichtung des Druckers angebracht sind. Diese Drucker-Kontaktelemente sind intern mit den Steuerbusleitungen des Druckers verbunden. Über die Steuerbusleitungen werden von dem Drucker zum einen die Versorgungsspannung für das Speicherbauelement und zum anderen Daten übertragen, in der Regel nach einem seriellen Datenübertragungsprotokoll. Die Steuerlogik dient zur Durchführung von Ein- und Ausgabeoperationen von über den Steuerbus gesendeten Daten in das bzw. aus dem Speicherzellen. Dadurch können vom Drucker Daten aus dem Speicherbauelement der Tintenkartusche ausgelesen werden, beispielsweise zu Typ, Tinte, Farbe (Tinten-Farbe) etc., und es können Daten in den Speicher geschrieben werden, beispielsweise zum aktuellen Rest-Tintenfüllstand.
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Durch die Speicherung der Tintenfüllstands-Daten kann ein Benutzer jederzeit über einen angeschlossenen Rechner über den aktuellen Tintenfüllstand einer Tintenkartusche informiert werden, und gegebenenfalls aufgefordert werden, eine in Kürze verbrauchte Tintenkartusche rechtzeitig zu ersetzen.
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Im Stand der Technik ist in der
EP 2 316 656 A1 eine Tintenkartusche mit einem Steuermodul beschrieben, welches ein Speicherbauelement mit Steuerlogik und Speicherzellen aufweist. Über die Steuerlogik tauscht der Drucker wie oben geschildert Daten mit dem Speicherbauelement (memory array) aus. Das Steuermodul weist eine Mehrzahl von Kontaktelementen auf, die mit dem Speicherbauelement verbundene Stromversorgungs- und Daten-Kontaktelemente, sogenannte erste Kontaktelemente, umfassen, sowie sogenannte zweite Kontaktelemente, die als Detektions-Kontaktelemente (SN und SP) genutzt werden um festzustellen, ob die Tintenkartusche korrekt in die Kartuschenaufnahme des Druckers eingesetzt ist und sämtliche Kontaktelemente mit den korrespondierenden Drucker-Kontaktelementen elektrisch leitend verbunden sind. Die Kontaktelemente sind in Reihen nebeneinander angeordnet.
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Eine Besonderheit des beschriebenen Steuermoduls ist, daß ein Kontaktelement zur Stromversorgung des Steuermoduls (Stromversorgungs-Kontaktelement VDD) in einer Reihe zwischen zwei Detektions-Kontaktelementen angeordnet ist. Dadurch soll der Vorteil erreicht werden, daß der einwandfreie Anschluß des zum Betrieb des Steuermoduls besonders wichtigen Stromversorgungs-Kontaktelements mit besonderer Sicherheit detektiert werden kann.
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Ein Nachteil ist jedoch, daß bei der beschriebenen Anordnung das Stromversorgungs-Kontaktelement in derselben Kontaktreihe und damit relativ nahe bei den Detektions-Kontaktelementen liegen muß, wodurch die Gefahr von Kurzschlüssen zwischen dem Stromversorgungs-Kontaktelement und den Detektions-Kontaktelementen besteht. Diese Anordnung kann im Stand der Technik auch nicht verändert werden, da ansonsten das Steuermodul nicht mehr vom Drucker mit Strom versorgt werden kann.
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Angesichts der vorangehend erläuterten Probleme im Stand der Technik liegt der Erfindung die Motivation zugrunde, ein Steuermodul und eine Verbrauchsmaterialkartusche (Tintenkartusche) mit einem derartigen Steuermodul zur Verfügung zu stellen, welches Kurzschlüsse zwischen der Versorgungsspannung und den übrigen Kontaktelementen sicher vermeidet und zu einer höheren Funktionssicherheit führt.
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Zur Lösung der vorgenannten Problematik wird erfindungsgemäß ein Steuermodul und eine Verbrauchsmaterialkartusche (Tintenkartusche oder Tonerkartusche) mit einem derartigen Steuermodul vorgeschlagen, das mindestens ein Schaltelement aufweist, welches in einer Stromversorgungsleitung zwischen einem Stromspeicher und dem Speicherbauelement angeordnet ist, wobei das Schaltelement einen Steuereingang aufweist und abhängig von einem an diesem Steuereingang anliegenden Steuersignal die Stromversorgungsleitung schließt oder unterbricht, und der Steuereingang mit einem Kontaktelement des Steuermoduls verbunden ist.
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Der wesentliche Unterschied des erfindungsgemäßen Steuermoduls zum Stand der Technik besteht darin, daß das Steuermodul eine unabhängige Stromversorgung für das Speicherbauelement einschließlich Steuerlogik und Speicherzellen aufweist. Dadurch ist es prinzipiell möglich, Daten in die Speicherzellen zu schreiben oder aus diesen zu lesen, ohne daß das Stromversorgungs-Kontaktelement des Steuermoduls mit dem Drucker verbunden ist. Als Folge daraus kann das Stromversorgungs-Kontaktelement am Steuermodul weggelassen werden.
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Der besondere Vorteil des erfindungsgemäßen Steuermoduls ergibt sich daraus, daß die Stromversorgung des Speicherbauelements autonom, d. h. unabhängig vom Anschluß des Stromversorgungs-Kontaktelements an den Drucker durch die im Stromspeicher gespeicherte Energie erfolgen kann: Dadurch kann das Stromversorgungs-Kontaktelement am Steuermodul nämlich einfach ersatzlos wegfallen. Entsprechend wird die Wahrscheinlichkeit eines Kurzschlusses mit den übrigen Kontaktelementen verringert. Die Stromversorgung des Speicherbauelements wird durch ein Steuersignal nur dann eingeschaltet, wenn tatsächlich Daten zwischen Drucker und Steuermodul ausgetauscht werden sollen. Dies geschieht über einen Steuereingang, der vom Drucker mit einem Signal „Steuermodul aktivieren” (chip enable) oder „Steuermodul zurücksetzen” (chip reset) angesteuert wird. Derartige Signale gibt der Drucker nämlich immer vor Beginn eines Datenaustausches ab. Die restliche Zeit, also wenn kein aktivierendes Signal anliegt, bleibt das erfindungsgemäße Schaltelement gesperrt, d. h. die Stromversorgung des Steuermoduls bleibt abgeschaltet. Diese bedarfsweise Aktivierung trägt dazu bei, daß der erfindungsgemäße Stromspeicher jeweils nur für kurze Zeit beansprucht wird, dadurch kann er mit relativ kleiner Kapazität dimensioniert werden, beispielsweise in Form einer Miniaturbatterie (Knopfzelle) oder eines wiederaufladbaren Akkus oder Kondensators.
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Als Schaltelement wird bevorzugt ein Halbleiter-Schalter wie etwa ein Transistor, vorzugsweise ein FET (Feldeffekt-Transistor) eingesetzt, vorzugsweise in MOS-Technologie.
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Eine bevorzugte Ausführungsform des Steuermoduls sieht vor, daß das Schaltelement an eine Zeitgeberschaltung angeschlossen ist. Diese bewirkt, daß das Schaltelement nach dem Auftreten eines Steuersignals für eine bestimmte, vorgegebene Zeitdauer eingeschaltet bleibt. Dadurch wird sichergestellt, daß das Steuermodul für den Datenaustausch hinreichend lange eingeschaltet bleibt, auch wenn das Steuersignal selbst nur ein kurzer Impuls ist. Eine Zeitgeberschaltung kann einfach durch eine Kondensatorschaltung realisiert werden mit einem Kondensator, der parallel zum Steuereingang gegen Masse eingesetzt wird.
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Vorteilhaft kann es weiterhin sein, daß das Steuermodul mit einer Stromerzeugungseinrichtung ausgerüstet ist. Hierzu kann beispielsweise ein mikromechanischer Generator vorgesehen sein, der die Bewegung des Druckkopfes im Druckbetrieb in elektrische Energie umwandelt („micro energy harvester”), oder eine Fotozelle, die Licht in Strom umwandelt oder dergleichen. Durch die Stromerzeugungsvorrichtung kann der Stromspeicher aufgeladen werden, so daß dieser insgesamt kleiner dimensioniert werden kann und auch auf lange Zeit besonders funktionssicher bleibt.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Im Einzelnen zeigen:
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1 ein erfindungsgemäßes Steuermodul,
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2 ein elektrisches Schaltbild eines erfindungsgemäßen Steuermoduls gemäß 1,
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3 eines Steuermodul nach dem Stand der Technik,
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4 ein elektrisches Schaltbild eines Steuermoduls nach dem Stand der Technik gemäß 3,
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5 eine Tintenkartusche mit einem erfindungsgemäßen Steuermodul:
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In 1 zeigt eine Ansicht auf die Vorderseite eines erfindungsgemäßen Steuermoduls.
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Das Steuermodul 1 ist bevorzugt auf einer Leiterplatte aus Isoliermaterial, einer sogenannten Platine 2 aufgebaut. Auf dieser sind elektrisch leitende Kontaktelemente 10, 11, 12, 13, 14 und 15 ausgebildet. Die Kontaktelemente 10, 11, 13 und 14 sind mit einem schematisch angedeuteten Speicherbauelement 3 verbindbar, welches auf der Vorder- oder Rückseite der Platine 2 angeordnet sein kann. Im Einzelnen haben sie die Funktionen:
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Speicherbauelement Aktivieren/Zurücksetzen (chip enable/Reset = CE/RST),
- 11
- Takt (clock = SCK),
- 13
- Masseleitung (GND bzw. VSS), und
- 14
- Datensignale (SDA).
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Die Kontaktelemente 12 und 15 sind nicht mit dem Speicherbauelement 3, sondern über einen Widerstand 4 miteinander verbunden. Diese beiden Kontaktelemente 12 und 15 dienen als Detektions-Kontaktelemente (SN und SP), d. h. der Drucker erkennt eine Tintenkartusche nur dann als korrekt eingesetzt, wenn er zwischen seinen Drucker-Kontaktelementen, welche die Kontaktelemente 12 und 15 kontaktieren sollen, den vorgegebenen Wert des Widerstands 4 erfasst.
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Die Schaltung des erfindungsgemäßen Steuermoduls 1 ist in 2 schematisch wiedergegeben. Das Speicherbauelement 3 ist über Datenleitungen direkt mit den Kontaktelementen 11 (SCK) und 14 (SDA) verbunden, sowie über die Masseverbindung mit dem Masse-Kontaktelement 13 (GND).
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Die erfindungsgemäße Besonderheit besteht darin, daß die Stromversorgungs-Leitung 5 (VDD) des Speicherbauelements 3 nicht mit einem der genannten Kontaktelemente, sondern über ein Schaltelement 6 mit einem Stromspeicher 7, beispielsweise einer Batterie oder einem Akku verbunden ist. Das Schaltelement 6 ist in der dargestellten Ausführung als MOS-FET ausgebildet, d. h. als Transistor-Schalter, dessen Steuereingang 8 an das Kontaktelement 10 (chip enable CE/reset RST) angeschlossen ist.
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Dem Steuereingang 8 ist eine aus dem Kondensator C, den Widerständen R1 und R2 sowie der Diode D gebildete Zeitgeberschaltung vorgeschaltet.
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Das erfindungsgemäße Steuermodul 1 wird aktiviert, wenn der Drucker einen Steuerimpuls auf das Kontaktelement 10 abgibt, das ist jedes Mal der Fall vor einer Datenübertragung, also dem Lesen von Daten aus dem oder dem Schreiben von Daten in das Speicherbauelement 3. Der Steuerimpuls gelangt an den Steuereingang 8 des Schaltelements 6, so daß dieses durchschaltet und den Stromversorgungs-Anschluß 5 (VDD) des Speicherbauelements 3 mit dem Stromspeicher 7 verbindet. Durch die Zeitgeberschaltung C, R1, R2, D bleibt das Schaltelement 6 für eine voreingestellte Zeitdauer durchgeschaltet, welche für die Durchführung der Datenübertragung ausreichend ist.
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In 4 ist das Schaltbild eines im Stand der Technik bekannten Steuermoduls 22 wiedergegeben, wobei für die gleichen Funktionselemente dieselben Bezugszeichen wie in 1 verwendet werde. Dieses kann nur vom Drucker mit Strom versorgt werden. Daraus ergibt sich die Notwendigkeit, es durchgehend über eine feste Leitungsverbindung und ein Stromversorgungs-Kontaktelement 16 mit dem Drucker zu verbinden.
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Ein entsprechend gestaltetes Steuermodul 22 wird in 3 gezeigt. Dabei ist deutlich erkennbar, wie das Stromversorgungs-Kontaktelement 16 unmittelbar neben einem Detektions-Kontaktelement 12 angeordnet ist, wodurch die Gefahr von Kurzschlüssen zwischen dem Stromversorgungs-Kontaktelement 16 und den Detektions-Kontaktelementen 12, 15 besteht.
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Im Vergleich zu der bekannten Ausführung eines Steuermoduls 22 wie in 3 hat das in 1 dargestellte erfindungsgemäße Steuermodul 1 den Vorteil, daß kein Stromversorgungs-Kontaktelement (16 in 3) vorhanden ist.
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Das erfindungsgemäße Steuermodul 1 kann wie im Stand der Technik bekannt an einer Verbrauchsmaterialkartusche, beispielsweise einer Tintenkartusche 100 wie in 5 dargestellt, angebracht werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Steuermodul
- 2
- Platine (Leiterplatte)
- 3
- Speicherbauelement
- 4
- Widerstand
- 5
- Stromversorgungs-Anschluß (VDD)
- 6
- Schaltelement
- 7
- Stromspeicher
- 8
- Steuereingang
- 9
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- 10
- Kontaktelement (CE/RST)
- 11
- Kontaktelement (SCK)
- 12
- Kontaktelement (SN)
- 13
- Kontaktelement (GND)
- 14
- Kontaktelement (SDA)
- 15
- Kontaktelement (SP)
- 16
- Kontaktelement (VDD)
- 22
- Steuermodul
- 100
- Tintenkartusche
- C
- Konsensator
- R1
- Widerstand
- R2
- Widerstand
- D
- Diode
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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