DE3043810A1 - Vorrichtung zur ueberwachung des tintenvorrats in tintenschreibeinrichtungen - Google Patents

Description

• Vorrichtung zur Überwachung des Tintenvorrats in Tinten-
• schreibeinrichtungen Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Überwachung des Tintenvorrats im Tintenbehälter von Tintenschreibeinrichtungen.
• Zur Überwachung des Tintenvorrats in Tintenschreibeinrichtungen ist es bekannt, eine Kapazitätsmessung zwischen zwei in die Tintenflüssigkeit des Tintenbehälters eintauchenden Elektroden durchzuführen und abhängig davon den Pegelstand im Tintenbehälter zu ermitteln (IBM Technical Die. Bulletin Vol. 16, Nr. 3, Seite 775). Dabei haben jedoch die elektrischen Eigenschaften der Tinte selbst auf die Meßgenauigkeit einen erheblichen Einfluß, der nur durch ein auf die Zusammensetzung der jeweils verwendeten Tinte abgestimmtes Eichverfahren auf ein vertretbares Maß reduziert werden kann. Außerdem eignet sich eine derartige Überwachungsvorrichtung nicht für einen geschlossenen, z.B. durch einen flexiblen Tintensack gebildeten Tintenbehälter.
• Es ist auch bekannt, anstelle einer Kapazitätsmessung den Tintenvorrat durch die Messung des Widerstandswertes zwischen zwei oder drei Elektroden zu überwachen (DE-OS 26 17 730, DE-OS 27 28 283). In diesem Falle stellt jedoch die Temperaturabhängigkeit' einen nicht zu vernachlässigenden Störfaktor dar, der durch besondere Schaltungen kompensiert oder zumindest reduziert werden muß.
• Wenn der Tintenbehälter dem Schreibkopf unmittelbar zugeordnet ist, also mit diesem sehr großen Beschleunigungen ausgesetzt ist, können infolge der damit verbundenen Flüs- sigkeitsbewegungen erhebliche Schwankungen des gemessenen Widerstandswertes auftreten, die eine exakte Überwachung des Tintenvorrates sehr erschweren. Diese Störeinflüsse nehmen vor allem bei nahezu leeren Tintenbehältern zu, wirken also gerade dann störend, wenn auf eine genaue Überwachung Wert gelegt werden muß.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Tintenvorrat weitgehend unabhängig von äußeren Einflüssen zu überwachen und eine ständige exakte Anzeige über den Tintenvorrat zur Verfügung zu stellen.
• Gelöst wird diese Aufgabe gemäß den im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmalen.
• Bei Anwendung der erfindungsgemäßen induktiven Tintenüber wachung, ergibt sich der Vorteil, daß die Überwachung weder von der Temperatur der Tinte noch wesentlich von der Bewegung der Tintenvorratseinrichtung störend beeinflußt wird.
• In Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist der Tintenbehälter von einer Ringspule umgeben. Der Sensor kann aus einem Material mit von 1 verschiedenen rlativrn Permeabilitätswerten, z.B. aus Metall bestehen; als Material für den Sensor kommt aber auch Ferritmaterial in Frage. Sowohl hinsichtlich des Aufbaus als auch hinsichtlich des Fertigungsverfahrens, erfordert das nur einen sehr kleinen Aufwand, der dann besonders gering wird, wenn gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Sensor z.B. in Form einer Scheibe ausgebildet ist und Bestandteil des flexiblen, die Tinte gegenüber dem Tintengehäuse abschließencen Tintensackes ist.
• Weitere im Rahmen der Erfindung liegende Ausgestaltungen sehen Schaltungen vor, in denen die Anderung der Spannung an der Ringspule oder die Änderung der Resonanzfrequenz eines die Spule enthaltenden Schwingkreises jeweils in Abhängigkeit von der Lageänderung des Sensors und damit abhängig vom Füllstand des Tintenbehälters bewertet wird. Das ermöglicht in vorteilhafter Weise eine kontinuierliche Anzeige in analoger oder in digitaler Form.
• Weitere Einzelheiten der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert.
• Es zeigen Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel für eine Tintenschreibeinrichtung mit am Schreibkopf befestigter Tintenvorratseinrichtung, Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel ffir eine- Schaltung zur Bewortung der vom Füllstand des Tintenbehälters abhängigen Spannung an der Spule, Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel für eine Schaltung zur Bewertung der vom Füllstand des Tintenbehälters abhängigen Resonanzfrequenz des die Spule enthaltenden Schwingkreises und Fig. 4 ein Spannungs-Zeitdiagramm zur Erläuterung der Wirkungsweise der Vorrichtung nach Fig. 3.
• Das in Fig. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt eine Tintenschreibeinrichtung, bei der der Schreibkopf 1 und eine Tintenvorratseinrichtung 2 eine bauliche Einheit bilden. Die Tintenvorratseinrichtung 2 ist in hier nicht näher dargestellter Weise auswechselbar mit dem Schreib- kopf verbunden. Sie enthält den eigentlichen Tintenbehälter 3, der als flexibler Tintensack ausgebildet ist.
• Im eingesetzten Zustand durchsticht eine Hohlnadel eine im unteren Bereich angeordnete elastische Dichtung und verbindet den Tintenbehälter über ein Tintenversorgungssystem mit dem Schreibkopf. Einzelheiten eines auswechselbaren Tintenvorratsbehälters sind in der DE-AS 26 10 518 beschrieben.
• Zur Überwachung des Pegelstandes im Tintenbehälter ist eine den Tintenbehälter umgebende Ringspule 4 sowie ein+-im oberen Bereich des Tintenbehälters angeordnete Sensorscheibe 5 vorgesehen. Zur Erzeugung eines den Tintenbe-Kälter 3 durchdringenden Magnetfeldes, kann die Ringspule 4 entweder in einem, einen ständig schwingenden Oszillator 6 enthaltenden Stromkreis angeordnet sein. Sie kann aber auch, worauf später eingegangen wird, Bestandteil eines periodisch ein- und ausschaltbaren Schwingkreises sein. In beiden Fällen verändern sich die induktiven Werte eines die Ringspule enthaltenden Schaltkreises abhängig von der räumlichen Lage des Sensors in Bezug auf die Ringspule. Gemäß Fig. 1 erzeugt die mit dem Oszillator verbundene Ringspule 4 ein den Tintenbehälter 3 durchdringendes Magnetfeld. Bei einer Lageänderung der Sensorscheibe 5 im Bereich des Magnetfeldes der Ringspule 4, ändert sich die Spannung UL an der Ringspule. Bewegt sich mit zunehmender Entleerung des Tintenbehälters 3 die Sensorplatte 5 von oben nach unten auf die eingebaute Ringspule 4 zu, so stellt die Änderung der Spannung UL ein Maß für den Füllstand des Tintenbehälters dar. Verwendet man als Sensor z.B. eine Metallscheibe, so verringert sich mit zunehmendem Eintauchen der Sensorscheibe 5 in das Magnetfeld die Spannung UL. Wird als Sensor eine Ferritscheibe oder Ferritplatte verwendet, so steigt, die Spannung IJL bei Annäherung an die Ringspule 4 an. Die erfindungsgemäße induktive Überwachung des Tintenvorrates ermöglicht eine kontinuierliche Messung der im Tintenbehälter 3 enthaltenen Tintenmenge.
• Zur Auswertung der am Ausgang der Ringspule zur Verfügung stehenden Spannung Ul wird die in Fig. 2 angegebene Schaltung verwendet. Die Ringspule 4 ist dort in einem den ständig schwingenden Oszillator 6 enthaltenden Stromkreis geschaltet. Zur Bewertung der Ausgangsspannung der Ringspule 4 ist eine im wesentlichen drei Operationsverstärker 12, 13, 16 enthaltende Schaltung vorgesehen, an deren Ausgang eine analoge Anzeige in Form der Ausgangsspannung UA für den Füllstand des Tintenbehälters abgegeben wird.
• Die Wirkungsweise der Schaltung ist folgende. Die Oszillatorausgangsspannung wird über einen ersten Spannungsteiler 8, 9 dem einen Operationsverstärker 12 und über den die Ringspule 4 enthaltenden Kreis 7, 4 dem aneren Operationsverstärker 13 zugeführt. Die von den beider Operationsverstärkern 12 und 13 abgegebenen Spannungen werden gleichgerichtet (14,15) und dem dritten Operationsverstärker 16 zugeführt. Die an dessen Ausgang abgegebene Spannung UA stellt den für einen Füllstandsanzeige auswertbaren Spannungswert dar. Der angegebene Schaltungsaufbau hat den Vorteil, daß die als Spannungswert abgegebene Meßgröße von Amplitudenschwankungen der Oszillatorspannung nahezu unabhängig ist.
• Bei einem zweiten in Fig. 3 dargestellten Beispiel fürdie Auswertung der Lageänderung eines Sensors 5 in Bezug auf die Ringspule 4, bildet die Ringspule 4 zusammen mit einer Kapazität 19 einen Schwingkreis. In diesem Falle wird die Änderung der Resonanzfrequenz des Schwingkreises in Abhängigkeit von der Lageänderung des Sensors ausgenützt.
• Der Oszillator 6 steuert über Frequenzteiler 17, die im praktischen Einsatz durch Zählerbausteine realisiert sein können, einen Transistor 18 impulsmäßig an, über den der Schwingkreis 4, 19 angeregt wird. Die Ausgangsspannung ULC des Schwingkreises, deren Frequenz durch die Lage des Sesors bestimmt ist, wird über einen Komparator 20 und bedarfsweise einer weiteren Teilerschaltung 21 einem Decodierer 22 zugeführt. Dieser gibt jeweils nach einer Anzahl von n Schwingungen der Ausgangsspannung ULC ein Ausgangssignal AS an eine Auswerteeinheit 23 ab. Abhängig von der Änderung der stesonanzfrequenz des Schwingkreises 4, 19 ändern sich auch die Zeitpunkte, zu denen das Ausgangssignal AS bezogen auf den Anstoß einer Schwingung auftritt. Die Zeitdauer zwischen dem Erregerimpuls für den Schwingkreis 4, 19 und dem Ausgangssignal AS, ist ei Maß für den Pegelstand im Tintenbehälter. Daraus abgeleitete Anzeigewerte stehen in einer Anzeigeeinheit 24 zur Verfügung. Zur näheren Erläuterung dieser Vorgänge wird auf das in Fig. 4 dargestellte Spannungs-Zeitdiagramm hingewiesen.
• Die Darstellung in Fig 4 zeigt die durch Anregung des Schwingkreises erzeugte Ausgangsspannung ULC in Abhängigkeit von dereit t, wobei angenommen wird, daß jeweils nach drei Perioden, d.h. jeweils beim 6. Nulldurchgang einer Schwingung, das Ausgangssignal abgegeben wird. Weiterhin wird angenommen, daß diese Messungen jeweils zur Zeit t (ES in Zeile 1) beginnen. Die Darstellung in Zeile 2 entspricht dem Zustand, bei dem sich die Sensorscheibe erheblich oberhalb der Ringspule befindet, d.h.
• bei dem der Tintenbehaälter nahezu gefüllt ist. In diesem Falle sei die Resonanzfrequenz des Schwingkreises relativ klein, d.h. die Zeitdauer T1 zwischen dem Einsetzen der Schwingung zum Zeitpunkt tO und dem 6. Nulldurchgang zum Zeitpunkt t6 zu dem das Ausgangssignal AS1 abgegeben wird, ist relativ groß. Unter der Annahme, daß als Sensor eine Metallscheibe verwendet wird, erhöht sich mit deren zunehmender Annäherung an die Ringspule, also mit zunehmender Abnahme des Tintenvolumens im Tintenbehälter, die Resonanzfrequenz des Schwingkreises. Zeile 3 zeigt die Verhältnisse in diesem Falle. Die Schwingung setzt zum Zeitpunkt tO' ein und der 6. Nulldurchgang findet zum Zeitpunkt t6' statt. Zu diesem Zeitpunkt wird auch das Ausgangssignal AS2 abgegeben. Di Zeitdauer T2 zwischen dem Einsetzen der Schwingung und dem 6. Nulldurchgang ist in diesem Fall erheblich kürzer als vorher. Die Ausgangssignale AS1, AS2 gelangen an die in Fig. 3- dargestellte Auswerteeinheit 23 und werden dort bewertet. Als Bezugsgröße steht dort auch der Zeitpunkt des Einsetzens der Schwingung (tO in dem einen, tO' in dem anderen Falle) zur Verfügung. Durch eine Zeitdifferenzermittlung ist es nunmehr möglich, einen digitalen Wert für den Füllstand im Tintenbehälter zu ermitteln und mit Hilfe der Anzeigeeinheit 24 anzuzeigen. Die Zeitdifferenzermiwtlung kann dabei durch eine einfache Zeitmessung erfolgen, wobei bezogen auf das Einsetzen der Schwingung die Zeitdauer bis zum Eintreffen des entsprechenden Ausgangssignales gemessen wird. Dieser Zeitwert stellt somit einen an der Anzeigeeinheit 24 ablesbaren Füllstandswert dar.
• Eine Verbesserung der beschriebenen Messung wird dadurch erreicht, daß der Auswerteeinheit 23 ein in Fig. 3 gestrichelt eingetragener Speicher 25 zugeordnet ist,der die abhängig von den Ausgangssignalen AS im Auswerteteil 23 gebildeten Werte speichert. Die Übernahme in die Anzeigeeinheit 24 wird jeweils nur dann durchgeführt, wenn mehrere aufeinander folgende Messungen, beispielsweise acht Messungen, gleichgeblieben sind. Auf diese Weise wird eine Stabilisierung des Anzeigewertes erreicht.
• 4 Figuren 10 Patentansprüche

Claims (10)

1. Patentansprüche 7 Vorrichtung zur Überwachung des Tintenvorrats im Tinnbehälter von Tintenschreibeinrichtungen, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß im Bereich des Tintenbehälters (3) eine Einrichtung (4) zur Erzeugung eines die Tinte im Tintenbehälter (3) durchdringenden Magnetfeldes und ein in Abhängigkeit des Pegelstandes des Tintenvorrates seine Lage ändernder Sensor (5) vorgesehen ist, und daß eine durch die Lageänderung des Sensors (5) innerhalb des Magnetfeldes entstehende Magnetfeldänderung als Überwachungskriterium für den Tintenvorrat bewertet wird.
2. 2. Vorrichtung 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 die Einrichtung zur Erzeugung eines Magnetfeldes eine Ringspule (4) ist, die den Tintenbehälter umgibt.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 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 Sensor (5) aus Metall besteht.
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h ne t , daß der Sensor (5) aus einem Material besteht: rlisien relativer Permeabilitätswert von 1 verschieden ist.
5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Sensor (5) aus Ferrltmaterial besteht.
6. 6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Sensor (5) im oberen Teil eines flexiblen Tintenbehälters (3) angeordnet ist.
7. 7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Ringspule (4) in einem einen Oszillator (6) enthaltenden Schaltkreis angeordnet ist, daß eine Vergleichsvorrichtung (12,13,1b) für die Spannung (UL) an der Ringspule (4) vorgesehen ist, und daß die sich bei einer Lageänderung des Sensors (5) ändernde Spannung als überwachungskriterium für den Tintenvorrat bewertet wird.
8. 8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Ringspule (4) zusammen mit einer Kapazität (19) einen periodisch ein- und ausschaltbaren Schwingkreis bildet, dessen Resonanzfrequenz durch die Lage des Sensors (5) bestimmt ist, daß eine dem Schwingkreis (4,19) nachgeschaltete Bewerterschaltung (20,21,22) vorgesehen ist, die abhängig von einer einstellbaren Anzahl von n-Schwingungen (z.B. n=3) ein Ausgangssignal (AS1,AS2) abgibt, und daß eine Auswerteeinheit (23) vorgesehen ist, die das Ausgangssignal (AS1, AS2) in Bezug auf das den Schwingkreis (4,19) ansteuernde Signal (ES) zur Ableitung eines Überwachungskriteriums bewertet.
9. 9. Vorrichtung nach Anspruch 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Auswerteeinheit (23) eine digitale Zeitmessung zwischen dem den Schwingkreis (4,19) ansteuernden Signal (ES) und dem Ausgangssignal (AS1,AS2) durchführt und die Zeitwerte einer Anzeigeeinheit (24) übergibt.
10. 10. Vorrichtung nach Anspruch 8 und 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e. tt , daß der Auswerteeinheit £23) ein Speicher (25) zugeordnet ist, der die Zeitwerte speichert und der bei einer Änderung des Zeitwertes diesen sofort, bei aufeinanderfolgend konstanten Zeitwerten jeweils den m-ten Zeitwert (z.B. m=8) der Anzeigeeinheit (24) übergibt.