DE2452077A1 - Ansteuer- und stromrueckgewinnungsschaltung fuer impulsmaessig zu betreibende elektromagnete - Google Patents

Ansteuer- und stromrueckgewinnungsschaltung fuer impulsmaessig zu betreibende elektromagnete

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DE2452077A1
DE2452077A1 DE19742452077 DE2452077A DE2452077A1 DE 2452077 A1 DE2452077 A1 DE 2452077A1 DE 19742452077 DE19742452077 DE 19742452077 DE 2452077 A DE2452077 A DE 2452077A DE 2452077 A1 DE2452077 A1 DE 2452077A1
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Karl-Heinz Haverkamp
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F7/00Magnets
    • H01F7/06Electromagnets; Actuators including electromagnets
    • H01F7/08Electromagnets; Actuators including electromagnets with armatures
    • H01F7/18Circuit arrangements for obtaining desired operating characteristics, e.g. for slow operation, for sequential energisation of windings, for high-speed energisation of windings
    • H01F7/1877Circuit arrangements for obtaining desired operating characteristics, e.g. for slow operation, for sequential energisation of windings, for high-speed energisation of windings controlling a plurality of loads
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41JTYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J9/00Hammer-impression mechanisms
    • B41J9/26Means for operating hammers to effect impression
    • B41J9/38Electromagnetic means
    • HELECTRICITY
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    • H03K17/56Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices
    • H03K17/60Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices the devices being bipolar transistors
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Description

  • 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.

Claims (1)

  1. Patentansprüche
    Ansteuer- und Stromrückgewinnungsschaltung für impulsmäßig über Halbleiterschalter zu betreibende Elektromagnete mit hoher Selbstinduktionsspannung, insbesondere Druckm:tgnete bei Schnelldruckern, unter Verwendung von den Elektromagneten parallelgeschalteten Kondensatoren zur Speicherung 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, d a d u r c h e e k e n n z e i c h n e t, daß ein allen Elektromagneten (M - 1 bis M - 7) gemeinsamer ständig über nur eine Nachladeschaltung gespeister Kondensator (C) vorgesehen ist, an den jeder Elektromagnet (M - 1 bis M - 7) über für die Ladespannung (Uc) des Kondensators (C) in Sperrichtung gepolte Dioden (D - 1 bis D - 8) angeschaltet ist und daß zur An-und Abschaltung der einzelnen Elektromagnete ( - 1 bis M - 7) an die bzw. von der Ladespannung (Uc) jede Elektromagneten-Diodenstrecke von der Emitter-Kollektorstrecke eines Transistors (T - 1 bis T - 8) überbrückt ist.
    2. Ansteuer- und Stromrückgewinnungsschaltung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß als Nachladeschaltung für den Kondensator (C) ein an sich bekanntes ungeregeltes Stromversorgerteil (1),bestehend aus einem netzgespeisten Transformator (4) mit n,nchgesch;lltetetn Gleichrichter (5) mit R-C Siebglied,verwendet ist.
    5. Ansteuer- und Stromrückgewinnungsschaltung nach den Ansprüchen 1 und 2, d a-d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der den Elektromagneten (M - 1 bis M - 7) zugeordnete Kondensator (C) zugleich Siebkondensator des ungeregelten Stromversorgerteils (1) ist.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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