-
Ansteuer- und Stromrückgewinnungsschalturig rur impulsmäßig zu betreihende
Elektromagnete Die Erfindung betrifft eine Ansteuer- und Stromrückgewinnungsschaltung
für impulsmäßig über Halbleiterschalter zu betreibende Elektromagnete mit hoher
Selbstinduktionsspannung, insbesondere Druckmagnete bei Schnelldruckern, unter Verwendung
von den Elektromagneten parallelgeschalteten Kondensatoren zur Speicnerung der beim
Abschalten der Magnete erzeugten Induktionsspannungen, wobei jedem Kondensator eine
Nachladeschaltung vorgeschaltet ist, die nach jedem Ansteuerzyklus anspricht und
den Kondensator auf eine bestimmte Ladespannung nachlädt.
-
Eine derartige Schaltung ist durch die Druckschrift "IBM Technical
Disclosure Bulletin", Vol. 12, Nr. 7, Seiten 963 und 964, Dezember 1969 bekannt
geworden.
-
Die Verwendung von Thyristoren wie bei der bekannten Schaltung zur
An- und Abschaltung der Elektromagnete an die zugehörigen Kondensatoren bringt den
Nachteil mit sich, daß man infolge der selbsttätigen Löschung der Thyristoren keinen
direkten Einfluß auf die Einschaltdauer der Elektromagnete hat. Außerdem führen
Änderungen der elektrischen Werte der verwendeten Schaltungselemente zu änderungen
dieser Schaltzeiten. Eine exakt festgelegte Einsohaltdauer ist jedoch bei schnell
arbeitenden Druckern zur Erlangung eines guten wischfreien Druckbilde von maßgebender
Bedeutung. Um ferner in einem exakten Druckbild auch eine hohe Aurzeichnungsgeschwindigkeit
zu erzielen, ist es notwendig, den Ausgangszustand, d.h. die zum sicheren Betrieb
erforderliche Kondensatorladespannung rasch wieder hierbeizurühren. Auch hier weist
die bekarinte Schaltung infolge ihrer Schwingkreiseigenschaft erhebliche Nachteile
auf.
So kann z.B. mit der Neeittadung eines Kondensators auf die
ursprüngliche Ladespannung erst nach der Ausbildung einer vollen Schwingung der
wirkenden Kondensatorspannung wieder begonnen werden.
-
Durch die DT-OS 2 208 562 ist ferner eine Schaltungsanordnung zur
impulsmäßigen Ansteuerung von Elektromagneten bekannt geworden, bei der zur An-
und Abschaltung eines Elektromagneten an die Ladespannung eines Kondensators ein
Transistor anstelle eines Thyristors eingesetzt ist. Das Anlegen eines Steuersignals
vorbestimmter Zeitdauer an den Transistor führt hier zu einer exakt definierten
Einschaltdauer des Elektromagneten.
-
Die bekannte Steuerschaltung bedient sich aber nicht der Nutzung der
beim Abschalten der Elektromagneten erzeugten Indulctionsspannung. Für schnell arbeitende
Druckwerke ist diese Steuerschaltung infolge der relativ großen Nachladezeit des
Speicherkondensators nicht geeignet. Ebenfalls ist die Spannungsdifferenz zwischen
der Restladespannung nach erfolgter Ansteuerung des Elektromagneten und der vorbestimmten
Ladespannung des Kondensators sehr hoch. Für Drucker, bei denen mehrere derartige
Schaltungen parallel liegen und anzusteuern sind, müßte somit außerdem für eine
betriebssichere Arbeitsweise der Magnete ein überdimensioniertes Stromversorgerteil
verwendet werden. Aus Platz- und Kostengründen ist dies jedoch nicht immer vertretbar.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung
zur Stromrückgewinnung bei impulsmäßig an%usteuernden Elektromagneten,insbesondere
Druckermagnete bei Schnelldruckern, anzugeben, die betriebssicher, mit sehr geringen
Energieverlusten und abweichend von dem bekannten Schwingkreisprinzip zur Strcmrückgewinnung
arbeitet. Gelöst wird diese Aufgabe durch die im Patentanspruch 1 charakterisierte
Erfindung. In den Unteransprüchen sind dazu einige vorteilhafte Ausgestaltungen
genannt.
-
Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß auch
bei Verwendung mehrerer wirkungsmäßig parallelgeschalteter Elektromagnete, wie es
bei Schnelldruckern, z.B. Nadeldruckern der Fall ist, nur ein Speicherkondensator
verwendet ist und daß dieser Speicherkondensator zugleich Glättungskondensator für
die ungeregelte Gleichspannung des die Ansteuerschaltung speisenden Stromversorgerteils
ist.
-
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der Darstellung in
Verbindung mit der Beschreibung.
-
Es zeigen: Fig. 1 eie Ansteuer- und Stromrückgewinnungsschnltung für
einen impulsmäßig zu betreibenden Elektromagneten, Fig. 2 eine Stromrückgewinnungs-
und Ansteuerschaltung für mehrere impulsmäßig zu betreibende Elektromagnete, Fig.
da bis Dc Strom-Zeit-Diagramme.
-
Die in Fig. 1 dargestellte Schaltung zum impulsweisen Betrieb eines
Elektromagneten M besteht im wesentlichen aus einem Stromversorgerteil 1 und einer
nachgeschalteten Steuerelektronik 2 für den Elektromagneten M. Das Stromversorgerteil
1 weist hierfür einen über Anschlüsse 3 und 4 mit Netzwechselspannung Uw gespeisten
Transformator 5 auf, dem sekundärseitig ein Gleichrichter 6, vorzugsweise ein Brückengleichrichter,
nachgeschaltet ist. Zur Glättung der ungeregelten Gleichspannung ist dem Gleichrichter
6 in an sich bekannter Weise ein Siebglied, bestehend aus einem Widerstand R und
einem Kondensator C, nachgeschaltet. Mit Uc ist die Ladespannung des Kondensators
C bezeichnet, die über Leiter 7, 8 der nachgeschalteten Steuerelektronik 2 zugeführt
ist. Im Leitungsweg eines jeden Leiters 7 und 8 ist ein npn-Transistor T1 bzw. T2
als Schalter angeordnet, von denen der dem Leiter 7 zugeordnete Transistor T1 an
diesen Leiter 7 mit seinem Kollektor und der dem anderen
Leiter
8 zugehörige Tran istor T2 emitterseitig mit diesem verbunden ist. Der schon genannte
Elektromagnet M verbindet den Emitter von T1 mit dem Kollektor von T2. Das impulsweise
Ansteuern des Elektromagneten M erfolgt durch gleichzeitiges Anlegen von Steuerimpulsen
vorbestimmter Dauer an die Basen S1, S2 der beiden Transistoren T1, T2. Ferner sind
zwei im Ruhestand der Schaltung in Sperrichtung gepolte Dioden D1 und D2 (Kommutierungsdioden)
vorgesehen, die jeweils einen der Wicklungsanschlüsse des Elektromagneten M mit
einem der Leiter 7, 8 verbinden. Durch diese erfindungsgemäße Anordnung und Polung
der Dioden D1, 22 wird erreicht, daß die beim Abschalten des Elektromagneten M in
dessen Wicklung vorhandene magnetische Energie nicht verloren geht, sondern sich
der nach der Elektromagnetansteuerung noch im Kondensator C gespeicherten Restenergie
überlagert und damit die Nachladezeit des Kondensators C verkürzend beeinflußt.
Die Kapazität des Kondensators C ist so bemessen, daß sein Energieinhalt ausreicht,
den Elektromagneten er M zu erregen und außerdem noch eine Restladung beibehält.
-
In Fig. 2 ist das erfindungsgemäße Prinzip der Stromrückgewinnung
bei einer typischen Ansteuerschltung für einen Drucker, der z.B. ein Nadeldrucker
sein kann, gezeigt. Insgesamt sind sieben einzeln steuerbare Elektromagnete M -
1 bis M - 7 zum Antrieb der nicht dargestellten Drucknadeln vorgesehen, wobei jeder
Elektromagnet M - 1 bis M - 7 in an sich bekannter und nicht ausgeführter Weise
jeweils einer bestimmten Drucknadel zugeordnet ist. Die wahlweise ansteuerbaren
Elektromagnete X - 1 bis M - 7 sind einerseits jeweils für sich an den Kollektor
eines zugehörigen npn-Transistors T - 1, T - 2, ....
-
bzw. T - 7 und andererseits gemeinsam an den Emitter eines Leistungstransistors
T - 8, der über einen Transistor T - 9 gesteuert ist, geschaltet. Die Emitter der
Transistoren T - 1 bis T - 7 und T - 9 sind dabei mit dem schon genannten Leiter
8 des in Fig. 1 gezeigten Stromversorgerteils 1 verbunden, das hier symbolisch dargestellt
ist. Ebenfalls an den Leiter 8 ist eine Diode D - 8 anodenseitig angeschaltet, deren
Kathode an
den Emitter des Leistungstransistors T - 8 gelegt ist.
Die Diode D - 8 dient hier allen Elektromagneten M - 1 bis M - 7 als gemeinsame
KommutierunOsdiode. Ferner steht die Basis des Transistors T - 8 über einen Widerstand
Rb zur Vorspanntmg erzeugung mit dem zweiten vom Stromversorgerteil 1 kommenden
Leiter 7 in Verbindung. An diesen Leiter 7 sind weiterhin eine der Anzahl Elektromagnete
M - 1 bis M - 7 entsprechend Anzahl im Ruhezustand der Schaltung in Sperrichtung
gepolte Dioden D - 1 bis D - 7 geschaltet, von denen jede anodenseitig an den Kollektor
eines der Transistoren T - 1 bis T - 7 geführt ist. Mit S - 1 bis S - 8 sind die
linsen der Trensistoren T - 1 bis T - 7 und T - 9 bezeichnet, die zur Ansteuerung
der zugehörigen Elektromagnete M - 1 bis M - 7 in der schon in Fig. 1 beschriebenen
Weise mit Steuerimpulse vorgegebener Dauer (Fig. ja) von einer nicht näher gezeigten
Impulsgebereinrichtung beaufschlagt werden. Die Fig. jb und jc zeigen die dazu typischen
Stromkurven der Schaltung in den einzelnen Ansteuerphasen. Die Wirkungsweise der
erfindungsgemäßen Schaltung ist folgende: Vor Beginn einer Ansteuerung ist der Kondensator
C Ruf die Ladesplnnung Uc (Fig. 1) aufgeladen und der Transistor T - 9 (Fig. 2)
durch das an seiner Basis S - 8 anliegende positive Signal (Fig. ja) leitend gesteuert.
Der Transistor T - 8 sowie die übrigen in den Zuleitungswegen der Elektromagneten
M - 1 bis M - 7 liegenden Transistoren T - 1 bis T - 7 sind gesperrt.
-
Die in Sperrichtung geschalteten Dioden D - 1 bis D - 8 verhindern
ein Abfließen der Kondensatorladung. Zum Zeitpunkt tl (Fig. Da) wird der Transistor
T - 8 über T - 9 leitend gesteuert Parallel hierzu werden diejenigen der Transistoren
T - 1 bis T - 7 durchgeschaltet, deren zugehörige Elektromagnete M - 1 bis M - 7
für einen Druckvorgang benötigt werden. Der Erregerstrom in den jeweils angesteuerten
Elektromagneten M - 1 bis M - 7 folgt dabei dem in Fig. db dargestellten Verlauf.
Die Fig. 5c zeigt entsprechend den Stromverlauf in den Leitern 7 und 8. Zum vorgegebenen
Zeitpunkt t2 werden die Elektromagnete
M - 1 bis M - 7 durch en:
sprechendes Umsteuern der jeweils zugeordneten Transistoren T - 1 bis T - 9 wieder
von dem Stromversorgerteil 1, d.h. dem Kondensator getrennt, wobei die in den Erregerspulen
der Elektromagnete M - 1 bis M - 7 induzierte Induktionsspannung über die für diese
Spannung in Durchlaßrichtung geschalteten Dioden in des Stromversorgerteil 1 zurückgespeist
wird. Bei ts ist die Rückspeisung und damit auch ein Ansteuerzyklus beendet. Der
allen Elektromagneten M - 1 bis i - 7 gemeinsame Kondensator C erreicht in kürzester
Zeit wieder seine ursprüngliche Ladespannung Uc.