DE4342508C2

DE4342508C2 - Ansteuerschaltung für eine elektrothermische Druckvorrichtung mit Widerstandsband, insbesondere zur Bandrißerkennung

Info

Publication number: DE4342508C2
Application number: DE4342508A
Authority: DE
Inventors: Stephan Guenther; Peter Dr Rieckhoff
Original assignee: Francotyp Postalia GmbH
Current assignee: Francotyp Postalia GmbH
Priority date: 1992-06-26
Filing date: 1993-12-08
Publication date: 1997-05-22
Anticipated expiration: 2012-06-27
Also published as: DE4342510C2; DE59208192D1; EP0575668B1; DE4342508A1; EP0575668A2; CA2080427A1; EP0575668A3; DE4342510A1; DE4221275C2; DE4221275A1; US5482386A

Description

Die Erfindung betrifft eine Ansteuerschaltung für eine elektrothermische Druckvorrichtung mit Wider standsband der im Oberbegriff des Anspruchs 1 des am 26. Juni 1992 angemeldeten Hauptpatentes (Akten- Zeichen P 42 21 275.8) angegebenen Art. Derartige Druckvorrichtungen, welche Druckmuster auf einen dazu relativ bewegten zu bedruckenden Aufzeichnungsträger drucken, wobei ein gleichfalls relativ bewegter Farbträger mit definiertem elektrischen Widerstand die Farbpartikel überträgt, sind beispielsweise zum Frankieren von Postgut mittels Frankierautomaten, geeignet.

Zu einem modernen ETR-Drucker gehört neben der Me chanik eine elektronische Kopfansteuerung, ein ETR- Druckkopf mit einer Vielzahl von Elektroden die selektiv ansteuerbar sind sowie eine Stromsammelelektrode, die mit einer Energie versorgungseinheit verbunden sind. Da unter bestimmten Betriebsbedingungen (Druck einer durchgehenden Druckspalte) alle Elektroden gleichzeitig mit Strom zu versorgen sind, muß für die potentielle Bereitstellung dieser elektrischen Leistung ein erheblicher Aufwand getrieben werden.

Durch zusätzliche Schaltungsmaßnahmen wurde bereits versucht, die Leistungsumsetzungen je Elektrode näherungsweise konstant zu halten. Die Druckenergie wird beispielsweise in einem jeden zu jeder Elektrode zugehörigen Strompfad als Konstantstrom eingespeist, um eine gleichmäßige Druckqualität sicherzustellen. Diese Ansteuerart ist aus technischer Sicht die optimale Lösung, hat aber den Nachteil sehr hoher Kosten für die Stromversorgung, wenn der ETR-Druckkopf sehr viele Elektroden aufweist. Keine der bekannten Lösungen ist geeignet, bei Kontaktunterbrechungen die Kopfelek troden zu schützen.

In der US 4 575 731 ist ein ETR Druckkopf mit einer Vielzahl von Druckelektroden beschrieben, der eine Steuerung der Druckspannung aufweist. Sensor elektroden zum Abtasten des Spannungsniveaus im Widerstandsband sind im Kopf mit integriert. Unabhängig von der Anzahl der gleichzeitig angesteuerten Druckkopfelektroden soll während des Druckbetriebes die Spannung derart geregelt werden, daß eine gleichbleibend gute Druckqualität erreicht wird.

Der Nachteil dieser Anordnung besteht darin, daß bei mangelhafter Kontaktgabe zwischen Druckkopf elektrode und Widerstandsband, hervorgerufen durch Unebenheiten des Aufzeichnungsträgers, z. B. bei Frankiergut, die im Brief geklammert sind, Abrißfunken entstehen, die an den Kopfelektroden Abbrand erzeugen, durch den wiederum der Kopf unbrauchbar werden kann, zumindest aber keine gute Druckqualität ausführen kann.

Ein Abrißfunken entseht dann, wenn undefinierte Übergangswiderstände die Funkenbildung verstärken, das geschieht infolge eines Bandrisses, der verzögert auftritt. Häufig zerreißt das Band an der Stelle, an der die Strombelastung am größten ist, weil dort Farbe geschmolzen wird. An dieser Stelle führt auch der Kontakt zum Aufzeichnungsträger durch höhe mechanische Belastung zur Verringerung der Reißfestigkeit des Bandes.

Die Ansteuerschaltung für eine ETR-Druckkopfan steuerung weist in einfachen bekannten Fällen eine gemeinsame Spannungsquelle und Vorwiderstände für die Elektroden in jedem Teilstrompfad auf. Der ETR-Druckkopf enthält eine Vielzahl von zueinander isoliert angeordneten Elektroden, wovon jede einen Pixel des Druckbildes erzeugen kann. Die über diese Elektroden zugeführte Energie wird in dem einem jeden Pixel zugeordneten Bereich der Widerstands schicht in Stromwärme umgesetzt, die zum Aufschmel zen der im Bereich liegenden Farbe der Farbschicht und damit zum Abdruck eines Dots führt.

Bekannt ist, in jeden Ansteuerkreis einer Elektrode des Kopfes einen solchen Serienwiderstand einzu bauen, dessen Widerstandswert jeweils konstant ist und erheblich über der Summe der Widerstände des Widerstandsbandes im Strompfad liegt.

Da in dem aus dem ETR-Kopf mit den Elektroden, aus dem ETR-Farbband und aus der Rückelektrode beste henden Gesamtsystem sehr viele, im Wert variable parasitäre Serienwiderstände auftreten (Übergangs widerstände Elektrode/Band, Rückleitwiderstand der Aluminiumlage im Band, Übergangswiderstand zwischen Band und Rückelektrode), die zu einer Variation des Gesamtwiderstandes während des Betriebs führen, ist ein Verzicht auf die Serienwiderstände unter Beibehaltung des Prinzips einer Konstantspan nungsquelle nicht möglich, da die dann ebenfalls variierende Teilspannung über dem Heiz(=Druck) widerstand zu unterschiedlichen Druckenergien führen würde. Dies hätte schwankende Druckquali täten zur Folge.

Bei einer Variante mit einer steuerbaren Spannungs quelle fließt der Gesamtstrom auch über einen ex ternen Meßwiderstand, an dem eine Meßspannung abge griffen und einem zweiten Eingang des Verstärkers zugeführt wird. Diese Kombination von Steuerung und Regelung ist aber schaltungsaufwendig. Bei höherer (niedriger) Meßspannung wird die Sollspannung und damit die Speisespannung des Druckkopfes verringert (erhöht). Damit sind jedoch nur die von der Band qualität bedingten Schwankungen des Gesamtwider standes ausgleichbar, aber keine Fehler erfaßbar. Die Meßspannung sinkt bei höherem Gesamtwiderstand, insbesondere zum Ausgleich von Kontaktproblemen der Elektroden wird die Speisespannung erhöht. Aller dings kann der Ausfall einer Elektrode nicht detek tiert werden. Es sinkt dann die Meßspannung und die übrigen Elektroden werden mit einer etwas zu hohen Speisespannung versorgt, was zu einem etwas höheren Kontrast im Druckbild führt. Andererseits würde ein durch einen Fehler in der Druckkopfansteuerschal tung verursachter Anstieg des Gesamtstromes zu einer Verringerung der Speisespannung und damit des Kontrastes führen, der zunächst unbemerkt bleibt. Das kann jedoch bei Dauerbetrieb zu schweren Schäden im Gerät führen.

Ebenso können Funktionsstörungen in der elektro thermischen Druckvorrichtung auftreten, wenn der Kontakt der Druckkopfelektroden zum Widerstands farbband während des Druckvorganges abreißt und der induktiv erzeugte Abrißfunke die Kontaktfläche der Kopfelektrode durch Abbrand verändert.

Beim Bedrucken unebener Oberflächen ist nicht auszuschließen, daß sich das Band entspannt oder durch scharfe Kanten oder Gegenstände am oder im Postgut zerrissen wird. Die durch den Bandriß verursachte Kontaktunterbrechung führt zum Zeitpunkt des Anliegens der Druckspannung zum Verschleiß der Elektrode durch Abbrand, wenn nicht schnell genug bei fehlendem Kontakt die Druck spannung abgeschaltet wird. Das wirkt sich wiederum nachteilig auch nach Wiederherstellung der Band funktion auf nachfolgende Druckzyklen aus.

Es ist bekannt, mit Hilfe eines Encoders wie in EP 189 269 beschrieben die Bewegung des Wider standsbandes zu überwachen und bei auftretendem Bandriß die Druckspannung abzuschalten. Der Encoder besteht aus einer Lochscheibe, die synchron mit dem Band angetrieben wird. Bei Bandriß kommt es zum Stillstand der Lochscheibe und ein daraus abgeleitetes Signal wird dazu benutzt, die Druckspannung abzuschalten.

Der Nachteil dieser Lösungen besteht darin, daß insbesondere bei hohen Druckgeschwindigkeiten aufgrund der mechanischen Trägheit des Encodersystems ein Nachlaufen der Lochscheibe nicht ausgeschlossen werden kann und deshalb das notwendige Abschalten der Druckspannung mit Verzögerung erfolgt.

Es soll deshalb eine Anordnung zur Abschaltung der Druckspannung bzw. zur Regelung der Spannung auf einen für die Druckkopfelektroden unschädlichen Wert bei Kontaktabriß zwischen Band und Kopfelektrode gefunden werden, mit denen die Nachteile des Standes der Technik umgangen werden und die Lösung des Hauptpatentes verbessert wird.

Die Aufgabe wird in Verbindung mit den Merkmalen nach dem Oberbegriff jeweils mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. 13 gelöst.

Im Hauptpatent (42 21 275) wurde bereits zur Lösung der Aufgabe - eine Schaltungsanordnung für eine ETR-Druckkopfansteuerung zu finden, die mit einer billigeren Speisung die Mängel des Standes der Technik zu beheben gestattet, für ETR Hochleistungsdrucker mit einer Vielzahl von Elektroden einsetzbar ist, unter drastischer Reduzierung der Verlustleistung eine gleichbleibend gute Druckqualität und den Schutz der Druckvorrichtung vor Zerstörung gewährleistet - eine Anordnung mit einer Konstantspannungsquelle zur gemeinsamen Speisung der Elektroden eingesetzt, die gegenüber Massepotential eine Speisespannung, bestehend aus einer konstanten einstellbaren Printspannung und einer veränderbaren Bezugs spannung bildet, abgibt, wobei die Bezugsspannung, der durch den Gesamtstrom verursachte Spannungs abfall über den unselektiven (Rückleitungs-) Strom pfad im Widerstandsfarbband mittels einer oder mehrerer zusätzlicher oder vorhandener nicht ange steuerter Elektroden, welche am Druckkopf angeord net sind, gemessen wird und zur eingestellten Druckspannung addiert wird. Ein Anstieg des Meßwer tes führt demzufolge zu einer Erhöhung und ein Ab fall zum Absenken der Speisespannung, wobei die Printspannung konstant bleibt.

In einem anderen Fall ist es möglich, daß bei einer gegenüber der Meßspannung verminderten Höhe der Bezugsspannung weist die Höhe der Speisespannung einerseits eine derartige Abhängigkeit von der temporär verschiedenen Anzahl an aktivierten Elek troden auf, daß eine größere Anzahl an aktivierten Elektroden mit einer höheren Speisespannung aber pro Dot mit einer geringeren Druckenergie versorgt werden als eine geringere Anzahl an aktivierten Elektroden, die bei einer geringeren Speisespannung pro Dot mit einer höheren Druckenergie versorgt werden.

Außerdem wird gleichzeitig auch die Varianz der Widerstände im unselektiven (Rückleitungs-) Strom pfad im Widerstandsfarbband mit berücksichtigt.

Die Meßelektrode ist eine gesondert angeordnete und/oder gerade nichtaktivierte normale Druckkopf elektrode. Vorteilhaft kann dazu der ETR-Druckkopf mit Randelektroden ausgerüstet sein, die jeweils an den Enden der in der Druckleiste in Linie angeord neten Elektroden des Druckkopfes liegen, die jedoch nicht für den Frankierabdruck benutzt werden.

Die im Hauptpatent vorgeschlagene Schaltungs anordnung realisiert eine angepaßte Leistungs umsetzung entsprechend den vorgegebenen Ansteuerbe dingungen für jede einzelne Druckelektrode und gleicht die von der Bandqualität bedingten Schwankungen des Gesamtwiderstandes aus. Im Fehlerfall, wenn keine der Meßelektroden mit dem Widerstandsfarbband in Kontakt steht, wird die Zerstörung der Druckeinrichtung verhindert, indem der Druckbetrieb unterbrochen wird oder die Drucksteuereinheit ein Stellglied auf einen unteren Wert steuert, um damit die Printspannung auf einen unschädlichen Wert einzustellen. Es wird vorge schlagen, ein oder mehrere Meßmittel einzusetzen, besteuert aus mindestens einem Schmitt-Trigger Komparator oder einen von der Drucksteuereinheit abtragbaren Schwellwertschalter, um den Druckbe trieb zu unterbrechen. Einen zusätzlichen Schutz gewährleistet eine Z-Diode, die die Bezugsspannung begrenzt.

Bei einem Bandriß oder einer Bandbeschädigung ändern sich plötzlich die Kontaktbedingungen zwischen Elektrode und Widerstandsband. Nicht in jedem Fall erfolgt eine abrupte Kontakt unterbrechung, sondern durch Risse, Knicke, Band- Oberflächenveränderungen oder Schlaufenbildung können instabile Kontakte entstehen, die zu einer Unterbrechung des betroffenen Druckstrompfades führen. Nur ein schnelles Abschalten der Druckspannung verhindert die Zerstörung der Druckeinrichtung bzw. den Verschleiß (Abbrand) der Druckkopfelektroden durch den entstehenden Abriß funken.

Die Verbesserung der Lösung des Hauptpatentes ist darauf gerichtet, eine Schutzschaltung für die Druckeinrichtung zu finden, für den Fall, daß der Bandlauf des Widerstandsbandes durch mechanische Einwirkung auf das Band unterbrochen wird. Für sich plötzlich ändernde Kontaktbedingungen zwischen Band und Elektrode soll diese Schaltung die Zustände, Kontakt vorhanden oder Kontakt nicht vorhanden, detektieren und daraus ableitend die Druckspannung steuern.

Erfindungsgemäß wird ein Meßstrom, der über eine isolierte Bandelektrode ähnlich einer Strom sammelelektrode in das Band gelangt und der über Kopfelektroden das Band wieder verläßt, ausgewerten. Der Meßstrom wird zur Detektion eines Bandrisses des Widerstandsbandes verwendet.

Als Meßelektrode ist mindestens eine zusätzliche Kopfelektrode, die nicht zum Druck benutzt wird und/oder mindestens eine für den Druckvorgang benutzte Kopfelektrode, vorzusehen. Günstiger ist es aber mehrere Meßelektroden, die entweder als Randelektroden jeweils am Druckkopf zusätzlich in einer Linie mit den Druckkopfelektroden angeordnet werden und/oder mehrere zum Druck benutzte Kopfelektroden zu verwenden.

Reißt der Meßstrom ab, wird in kürzester Zeit einige µs, die Spannungszuführung in das Band unterbrochen und die Druckspannung auf einen unschädlichen Minimalspannungswert, der keinen Druckvorgang auslöst, geregelt.

Der Meßstrom kann einer separaten Spannungsquelle entnommen und zum Nachweis von fehlendem Bandkontakt bei Bandriß verwendet werden.

Vorteilhafterweise kann mit der erfindungsgemäßen Lösung verhindert werden, daß in Druckpausen das Band Spannungspotential führt.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet bzw. werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der be vorzugten Ausführung der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 Blockschaltbild der erfindungsgemäßen elektrothermischen Druckvorrichtung, gemäß Hauptpatent 42 21 275.

Fig. 2 elektrisches Ersatzschaltbild der Ansteuerschaltung mit einer einzigen Konstantleistungsquelle, gemäß Haupt patent 42 21 275.

Fig. 3 Schaltung der Druckspannungsregelung mit einem Meßstromkreis zur Erkennung eines Widerstandsbandrisses.

Fig. 4 Schaltung der Druckspannungsregelung mit einem Meßstromkreis zur Erkennung eines Widerstandsbandrisses durch jede einzelne Druckkopfelektrode.

Die Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild der erfin dungsgemäßen elektrothermischen Druckvorrichtung mit einer Ansteuerschaltung, bestehend aus einer Konstantspannungsquelle 1, einer Schalteinheit 2, einer ETR-Druckeinheit 3, einer Drucksteuereinheit 5, einer Stromsammelelektrode 6 und mit einem Spei chermittel 7, das mit der Drucksteuereinheit 5 für die Ansteuerung der ETR-Druckeinheit 3 verbunden ist. Das Speichermittel 7 enthält mindestens die Grafikdaten für ein Druckbild.

Die Drucksteuereinheit (DS) 5 der Ansteuerschaltung wirkt auf die Schalteinheit 2, wobei zum Ansteuern eines Druckkopfes 30 den Elektroden Energie aus einer steuerbaren Konstantspannungsquelle 1 für die einzelnen Pixel des Druckbildes definiert bereit gestellt wird und ein Druckmuster auf einen dazu relativ bewegten zu bedruckenden Aufzeichnungs trägers gedruckt wird, indem das gleichfalls rela tiv bewegte Widerstandsfarbband 10 die Farbpartikel aus der Farbschicht 9 bei Erhitzung des zugehörigen Heizwiderstandes in der Widerstandsschicht 100 in Bereichen 101, 102, 103, . . . , überträgt.

Die über die Drucksteuereinheit 5 beaufschlagte Schalteinheit 2 gibt die Leistung an einen ETR-Druckkopf 30 der ETR-Druckeinheit 3 weiter, der mit einem ETR-Widerstandsfarbband 10 über Elektroden 31, 32, 33, . . . , in Kontakt steht, wobei die jeweils relevanten Druckinformation zum entsprechend rich tigen Zeitpunkt t₁ in die Schalteinheit 2 geladen werden, die im aktivierten Zustand ab t₂ dafür sorgt, daß die zu druckenden Pixel eine definierte Zeit t_j bestromt werden, damit die für den Druck vorgang erforderliche Hitze in den kurzzeitig angesteuerten kontaktierten Bereichen 101, 102, . . . , 105, . . . , der Widerstandsschicht 100 des Wider standsfarbbandes 10 erzeugt wird.

Die Energie für die Elektroden der ETR-Druckeinheit 3 wird aus einer einstellbaren Konstantspannungs quelle 1 bereitgestellt, wobei diejenigen temporär mit der steuerbaren Spannungsquelle 1 in Verbindung stehenden Elektroden 31, 32, 33, . . . , durch die Drucksteuereinheit 5 vorgegeben werden. In der Fig. 1 sind Elektroden 31, 32, 33, 34 und 35 über die Schalteinheit 2 mit dem Pluspol + U_s der Konstantspannungsquelle 1 verbunden, jeder Teil strom bewirkt eine Erwärmung in den jeweils kontaktierten Bereichen der Widerstandsschicht 100.

Der Strom sammelt sich in der vorzugsweise aus Aluminium bestehenden Rückleitschicht 8, die einen - in der Fig. 1 nicht dargestellten - Stromrückleitwiderstand R_r aufweist. Der Strom fließt durch die Widerstandsschicht 100 zu der mit Masse (bzw. mit dem Minuspol -U_s) verbundenen Stromsammelelektrode 6 hin ab und erzeugt dabei einen Spannungsabfall. Dieser ist mit einer Meßelektrode 29 abgreifbar.

Mittels mindestens einer nahe am Druckkopf angeord neten Elektrode 29, wird der durch den Gesamtstrom I_g und durch die Varianz der Widerstände ver ursachte Spannungsabfall über den unselektiven (Rückleitungs-) Strompfad im Widerstandsfarbband gemessen und die Konstantspannungsquelle 1 veran laßt, die mit dieser über die Schalteinheit 2 temporär in Verbindung stehenden Elektroden 31, 32, 33, . . . , mit einer Speisespannung U_s zu beauf schlagen, wobei die Höhe der Speisespannung der aktivierten Elektroden des Druckkopfes in der Weise gesteuert wird, daß ein Anstieg des Meßwertes zu einer Erhöhung der Speisespannung der Elektroden führt und ein Abfall zum Absenken der Speisespan nung. Dadurch wird eine Kompensation der bestehen den Varianz des Spannungsabfalls über den Heizwi derständen im Widerstandsfarbband durchgeführt.

Die Konstantspannungsquelle 1 weist einen Bezugs spannungseingang für die von mindestens einer Meß elektrode abgegebenen Meßspannung auf, die von der Anzahl n der angesteuerten Elektroden und dem Restwiderstand R_r abhängig ist. Für die Meßelek trode 29 kann in vorteilhafter Weise mindestens eine zusätzliche herstellungsbedingt vorhandene jedoch beim Druck unbenutzte Druckkopfelektrode verwendet werden.

In der Fig. 2 ist ein elektrisches Ersatzschalt bild mit einer einen Eingang für die Bezugsspannung U_B aufweisenden Konstantspannungsquelle und mit der Schalteinheit 2 dargestellt. Von der Schalteinheit 2 sind in der Fig. 2 der Einfachheit halber nur die Gatter G₁ bis G₄ als Schalter mit zugeordneten Vorwiderständen R_v gezeigt. Die Schalter sind in dem während der Bestromungszeit t_j geschlossenen Zustand dargestellt, d. h. wenn ein Strobe-Impuls an der Schalteinheit anliegt.

Für eine konstante Druckqualität wird der Drucker antrieb so eingestellt, daß für jede Bandge schwindigkeit V_bj mit j = 1, 2, . . . , m gilt:

t_j _*V_bj = c mit c = konstant (1)

Das elektrische Ersatzschaltbild für ETR-Drucker zeigt vier eingeschaltete Strompfade mit den zugehörigen Widerständen R_p1, R_p2, R_p3 und R_p4 und mit einem Restwiderstand R_rest, mit einem Meßstrom pfad und mit einer Konstantspannungsquelle U_s an gegeben. Jeder Widerstand R_pi ergibt sich als Widerstandssumme zu:

R_pi = R_vi + R_ki + R_hi (2)

mit i = 1, 2, 3, 4 für die einzelnen Strompfade. Der gemeinsame Restwiderstand ist gleich:

R_rest = R_r + R_b + R_ü + R_l (3)

mit R_v - Vorwiderstand
R_k - Kontaktwiderstand einer Elektrode
R_h - Widerstandsheizelement
R_r - Stromrückleitwiderstand
R_b - Bandwiderstand
R_ü - Übergangswiderstand Band/Rückelektrode
R_l - Leitungswiderstand
Der Wert der Vorwiderstände R_v und R_k ist wesent lich kleiner als der Wert der Heizwiderstände R_h.

Die Widerstandsheizelemente R_h ≈ R_p werden durch eine in ihrer Impulshöhe und Impulsbreite an die benötigte Heizenergie angepaßte Taktfrequenz angesteuert. Damit ergibt sich die die Druckqualität bestimmende Energie W_p in jedem Widerstandsheizelement R_h zu:

W_r = (U_r³/R_h)_*t_j, bei R_h » R_v + R_k (4)

Die erforderliche Impulshöhe U_p wird von der ein stellbaren Konstantspannungsquelle i bereitge stellt, welche zu diesem Zweck die mit dieser über die Schalteinheit 2 temporär in Verbindung stehen den Elektroden 31, 32, 33, . . . , mit einer Spannung U_s beaufschlagt, deren Höhe eine derartige Abhän gigkeit von der temporär verschiedenen Anzahl n an angesteuerten Elektroden aufweist, daß eine größere Anzahl an Elektroden mit einem höheren Strom oder mit einer höheren Spannung versorgt werden, als eine geringere Anzahl.

Für den Gesamtstrom gilt annähernd die Beziehung:

I_g = (I_p1 + I_p2 + . . . + I_pi) = n_*I_p (5)

Der Gesamtwiderstand R_g ergibt sich zu:

R_g = (R_p1||R_p2||R_p3|| . . . ||R_pi) + R_rest (6)

vereinfacht gilt bei R_p1 = R_p2 = R_p3 = . . . = R_pi und i = n

R_g = (R_p/n) + R_rest (7)

Der Wert des Vorwiderstandes R_v beträgt 1/10 bis 1/100 vom Wert des effektiven Heizwiderstandes R_h. Das minimiert gegenüber dem o.g. Stand der Technik die Verluste des Systems noch weiter. Im Vorwider stand gehen bei R_v = 1,2 Ohm (R_v = 15 Ohm) ca. 3 mW (37,5 mW) als Wärme verloren, da I_p = 50 mA bei nur n = 1 Elektrode fließen. Bei n = 192 gleichzeitig aktivierten Elektroden wird eine ganze Druckspalte gedruckt und zur Kompensation der sich ergebenden zusätzlichen Kontrasterhöhung sollen pro Elektrode nur noch 40 mA fließen. In den Vorwiderständen werden somit insgesamt ca. 0,6 W (4,6 W) in Wärme umgesetzt. Der Restwiderstand R_rest ≈ 1 Ohm ist demgegenüber bei einer hohen Anzahl gleichzeitig angesteuerter Elektroden verlustleistungsintensiv (bei n = 192, ca. 90 bis 100 W). Für R_rest « R_p und nur einer einzigen angesteuerten Elektrode sind die Verluste minimal (bei n = 1, ca. 50 mW).

Für die Meßspannung U_m gilt bei vernachlässigbaren geringen Stromfluß im Meßstromkreis:

U_m = n_*I_p _*(R_r + R_ü + R_l) (8)

Es wurde ermittelt, daß die Meßspannung U_m wegen der nicht zu vermeidenden Widerstände R_km = 5 Ohm und R_hm = 115 Ohm im Meßstromkreis nur um 4,8 mV bei einem Meßstrom von 40 µA verfälscht wird.

Aus dieser Meßspannung wird vorzugsweise durch Impedanzwandlung das Bezugspotential für die Konstantspannungsquelle 1 gebildet. Die Elektroden werden mit einer Speisespannung U_s gleich der Summe aus Bezugsspannung U_B und einer mit dem definierten Faktor a einstellbaren Spannung U_p beaufschlagt:

U_s = αU_p + U_B (9)

Eine Ausführungsvariante der Ansteuerschaltung wird anhand der Fig. 3 erläutert.

Für die Schalteinheit 2 lassen sich beispielsweise für die Ansteuerung von 192 Elektroden in einer Druckleiste vorteilhaft sechs Stück Ansteuer schaltkreise mit je 32 Bit-Shift-Register, 32 Latches des Zwischenspeichers und 32 AND-Gatter einsetzen. Der Ausgang "data out" des ersten Ansteuerschaltkreises ist dabei jeweils mit dem Eingang "data in" des zweiten Ansteuerschaltkreises verbunden. Die Ein/Ausgänge werden bei den nach folgenden ebenso verschaltet, um alle Druckdaten für eine Druckspalte zu laden. Nach Ablauf einer definierten Zeit sind die neuen Druckdaten durch die Drucksteuereinheit 5 bereitgestellt und können in den Latches des Zwischenspeichers gespeichert werden.

Jedes mit den seriellen Druckdaten direkt am Eingang "data in" beaufschlagtes Serien/Parallel- Schieberegister der Schalteinheit 2 übergibt dabei die Druckdaten in einer ersten Ansteuerphase ab t₁ an die Latches eines zugehörigen Zwischenspeichers, der einen Ansteuereingang "latch enable" aufweist. Es liegen also die aktuellen Druckinformationen ausreichend lange vor dem eigentlichen Druckvorgang in der Schalteinheit 2 vor. In einer zweiten Ansteuerphase ab t₂ wird während eines Strobe- Impulses jedes durch die zugehörigen Ausgänge der Latches angesteuertes Gatter G₁, G₂, . . . , eines ausgangsseitigen Treibers auf Durchgang geschaltet und ein Ansteuerimpuls der Impulsbreite t_j an den jeweiligen Strompfad mit den zugehörigen Widerstän den R_p und R_Rest abgegeben.

In der dem Ausführungsbeispiel zugrunde gelegten Ansteuerschaltung sind beste Druckergebnisse bei einem Elektrodenstrom von ca. 45 bis 50 mA erreichbar, das entspricht bei der bevorzugt eingesetzten Elektrodenzahl von n = 192 Elektroden und bei dem eingesetzten Bandtyp mit einem Heizwiderstand R_h von ca. 120 Ohm und einer in jedem Heizwiderstand in Wärme umgesetzten Leistung von ca. 300 mW.

Wenn die 192 Elektroden gleichzeitig angesteuert werden und der Restwiderstand R_Rest ca. 1 Ohm beträgt, wird eine Meßspannung U_m von max. 10 V gemessen und somit eine Speisespannung U₅ von ca. 19 V benötigt. Über die Vorwiderstände R_v zwischen Treiberausgang der Schalteinheit 2 und den Elektroden, die einen Wert zwischen einem Achtel und einem Hundertstel des Wertes des Heizwider standes R_h in der Widerstandsschicht 100 des Wider standsfarbbandes 10 aufweisen, fällt dann nur noch eine Spannung von ca. 1 V ab.

Die in der Fig. 3 gezeigte Anordnung für eine ETR-Druckkopfansteuerung weist einen Linearregler 40 als einstellbare Konstantspannungsquelle auf, der beispielsweise eine Parallelschaltung des Schalt kreistyps LM 338 enthält und die Energie für die Druckelektroden bereitstellt. Der Linearregler 40 weist ein Mittel 41 zum Einstellen der Druck spannung beispielsweise 12 V auf. Dabei ist vorge sehen, daß das Mittel 41 ein Potentiometer ist. Die Druckspannung wird über die Stromsammelelektrode 42 an das Widerstandsband 43 abgegeben.

Die Anzahl der temporär mit dem Widerstandsband 43 in Verbindung zu bringenden Druckkopfelektroden wird durch eine in Fig. 3 nicht dargestellte Drucksteuereinheit vorgegeben, die die Schaltein heit 57 beaufschlagt, den Kontakt der einzelnen Druckkopfelektroden 44, 45, 46, 47 zum Widerstands band 43 herzustellen.

Die Schalteinheit 57, in der die relevanten Druck informationen geladen sind, sorgt dafür, daß der Kontakt für eine definierte Zeit aufrechterhalten bleibt.

Die Einstellung der Speisespannung ist vereinfacht dargestellt. Einsetzbar ist die Ausführung des Hauptpatents DE 42 21 275 Fig. 1, die die Ein stellung des Bezugspotential als Funktion des Spannungsabfalls über den unselektiven Pfad des Drucksystems gewährleistet.

In der Fig. 3 sind die Druckkopfelektroden 44, 45, 46, 47 . . . mit dem Minuspol der Spannungsquelle im aktivierten Zustand verbunden. Jeder Teilstrom bewirkt eine Erwärmung in dem jeweils kontaktierten Bereich der Widerstandsschicht des Widerstands bandes 43. Ebenso sind die Randelektroden 50, die nur als Meßelektroden verwendet werden, mit dem Minuspol der Spannungsquelle verbunden. Zur Verhin derung einer unerwünschten Kopplung zwischen Meß- und Druckstromkreis werden Entkopplungsdioden 51 und 51a in die Strompfade der Meß- und Druck stromkreise gebracht.

Der Druckstrom fließt von der mit dem Pluspol verbundenen Stromsammelelektrode 42 durch die Widerstandsschicht über die aktivierten Druckkopf elektroden 44, 45, 46, 47, . . . gegen Masse. Die Polarität kann auch umgekehrt werden.

Für die Bandrißerkennung wird eine zweite Gleich spannung als Meßspannung Umeß bereitgestellt, die vorteilhafter Weise über dem Druckspannungspoten tial beispielsweise 24 Volt liegt. Die Meßspannung wird über die Bandelektrode 52 an das Widerstand sband 43 abgegeben. Über mindestens eine gesondert angeordnete Randelektrode 50 nahe am Druckkopf, die nicht zum Drucken benutzt wird und/oder eine zum Druck benutzte Druckkopfelektrode, wird der Meß strom gegen Masse abgeleitet. Werden Randelektroden 50 und Druckkopfelektroden 44, 45, 46, 47, . . . gleichzeitig zur Stromführung des Meßstromes ver wendet, sind Entkopplungsmaßnahmen erforderlich (in der Fig. 3 nicht dargestellt).

Eine Entkopplung ist unbedingt erforderlich, wenn nur Druckkopfelektroden als Meßelektroden verwendet werden. Für den Fall, daß im Meßstromkreis nur gesonderte Randelektroden angeordnet sind, sind keine Entkopplungsmaßnahmen erforderlich. Die Band elektrode 52 für den Meßstrom sollte vorteilhafter Weise in Bandlaufrichtung hinter dem Druckkopf, günstigenfalls zwischen Druckkopfelektroden und Stromsammelelektrode 42, angeordnet sein. Die An ordnung der Bandelektrode 52 vor dem Druckkopf hätte den Nachteil, daß im Fall eines Bandrisses der Bandriß nicht mit ausreichender Sicherheit detektiert werden kann, da das Widerstandsband 43 durch den bewegten Aufzeichnungsträger vor dem Kopf bei Bandriß weiter mitbewegt wird.

In den Meßstromkreis wird ein Operationsverstärker 53 geschaltete, der hochomig indirekt den Span nungspegel im Widerstandsband 43 abtastet, dar gestellt durch den Punkt A. Die dort abgreifbare Spannung wird durch das Widerstandsverhältnis zwischen dem Widerstand 54 und dem Widerstand der temporär aktivierten Druckkopfelektrodenstrompfade sowie der vorhandenen Randelektrodenwiderstände im Meßstromkreis bestimmt. Im Normalfall während des störungsfreien Druckablaufs wird am Punkt A als Spannungshöchstwert die Druckspannung ca+12 Volt abgetastet. In diesem Fall steuert der Operations verstärker 53 seine Ausgangsspannung auf den Höchstwert der Meßspannung und übt damit bedingt durch die Entkopplungsdiode 55 keinen Einfluß auf die Druckspannungssteuerung aus.

Im Fall, daß der Kontakt einer der gesondert ange ordneten Randelektrode 50 und/oder einer Druckkopf elektrode 44, 45, 46, 47, . . . zum Widerstands farbband unterbrochen wird, z. B. wenn ein Bandriß aufgetreten ist, fließt kein Meßstrom in das Band. Der Spannungspegel am Eingang des Operations verstärkers 53 (Punkt A) ist dann gleich der ange legten Meßspannung beispielsweise +24 Volt. Der Operationsverstärker regelt seine Ausgangsspannung auf den Minimalwert von beispielsweise null Volt und damit wird die Druckspannungsregelung auf einen für die Druckkopfelektroden unschädlichen Wert, der bei ungefähr 2 Volt liegt, begrenzt. Neben der schnellen Detektion von Kontaktunterbrechungen, insbesondere der schnellen Erkennung von Bandrissen und dem wirksamen Schutz der Druckeinrichtung durch Abschaltung der Druckspannung auf einen unschäd lichen Wert, besteht ein Vorteil einer Aus führungsvariante darin, daß in Druckpausen das Widerstandsband keine Spannung führt, wenn aus schließlich die Druckkopfelektroden als Meßelek troden verwendet werden. Werden zusätzlich nicht mit der Schalteinheit 57 verbundene Randelektroden 50 eingesetzt, fließt auch in Druckpausen ein Meßstrom.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Schal tung ergibt sich daraus, daß die Druckspannung automatisch wieder zur Verfügung gestellt wird, wenn der Grund für die Kontaktunterbrechung behoben ist oder durch Bereitstellung eines gesonderten Freigabesignals reaktiviert wird. Mit einer Auswerteschaltung kann eine Fehlermeldung abgegeben und gegebenenfalls die Servicenotwendigkeit gemel det werden.

Die in Fig. 4 dargestellte Schaltungsanordnung zeigt eine besondere Ausführungsform der Band rißerkennung. Mit Hilfe einer Matrix von Ent kopplungsdioden 58 wird eine Kontaktunterbrechung zum Widerstandsband von entweder jeder einzelnen Druckkopfelektrode oder von bestimmten Gruppen von Druckkopfelektroden, in Fig. 4 nicht dargestellt, detektiert. Für die entkoppelte Abfrage der Druckkopfelektrodenpfade sind für jede Druckkopf elektrode zwei Dioden erforderlich. Wenn mindestens eine Druckkopfelektrode keinen Kontakt zum Widerstandsband 43 hat, wird die Kontaktunter brechung durch ein Steuermittel beispielsweise ein Operationsverstärker 53 wie in der Ausführung, die durch Fig. 3 dargestellt ist, detektiert. Der Operationsverstärker regelt seine Ausgangsspannung auf den Minimalwert von 0 Volt und steuert die Druckspannung auf einen für die Druckkopfelektroden unschädlichen Wert. In wenigen µs schaltete diese Schaltungsanordnung die Druckelektroden bei Kon taktunterbrechungen insbesondere Bandbeschä digungen, z. B. Bandrisse, druckinaktiv. Der die Oberflächen der Druckkopfelektroden beschädigende Abrißfunke kann somit nicht wirksam werden.

Es ist weiterhin möglich, Druckkopfelektroden 44, 45, 46, 47, . . . zusammengefaßt und entkoppelt gegenüber den übrigen Druckkopfelektroden und/oder Gruppen abzufragen. Voraussetzung für die Druck spannungsabschaltung auf einen unschädlichen Spannungswert ist eine Kontaktunterbrechung mindes tens einer Gruppe von zusammengefaßten Druck kopfelektroden. Die Variante, bei der jede Druckkopfelektrode einzeln abgesichert ist, ist bevorzugt einzusetzen bei Druckanwendungen, an die hohe Anforderungen bezüglich der Druckqualität gestellt werden, z. B. beim Sicherheitsabdruck.

Die Erfindung ist nicht auf die vorliegenden Ausführungsformen beschränkt. Vielmehr ist eine An zahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch machen.

Claims

1 Ansteuerschaltung für eine elektrothermische Druckvorrichtung mit Widerstandsband, welches Farbpartikel bei Erhitzung auf einen Aufzeichnungsträger überträgt, mit einer Stromsammelelektrode, mit einem Speichermittel und mit einer Drucksteuereinheit, die auf eine Schalteinheit für die ETR-Druckeinheit wirkt, wobei den Elektroden des Druckkopfes Energie aus einer ersten Energiequelle für die einzelnen Pixel des Druckbildes definiert bereitgestellt wird, die Energiequelle eine Konstantspannungsquelle mit einem Eingang für eine Bezugsspannung U_B ist, mit der eine Kompensation der bestehenden Varianz des Spannungsabfalls über den Heizwiderständen im Widerstandsband durchgeführt wird, indem die über eine Schalteinheit temporär mit der Speisespannung in Kontakt stehenden Elektroden mit einer geregelten Speisespannung U_s gleich der Summe aus einer definiert einstellbaren Printspannung U_P entsprechend der über dem selektiven Teil eines Strompfades abfallenden Spannung und aus der aus dem über dem unselektiven Teil eines Strompfades im Widerstandsband gemessene Spannungsabfall U_m gebildeten Bezugsspannung U_B beaufschlagt werden, wobei die Höhe der Speisespannung U_s für die aktivierten Elektroden des Druckkopfes derart geregelt wird, daß die eingestellte Printspannung U_P konstant bleibt während ein Anstieg (Absinken) der Meßspannung U_m zu einer Erhöhung (Verringerung der Speisespannung führt, gemäß dem DE Patent 42 21 275, dadurch gekennzeichnet, daß von einer zweiten Energiequelle, die ein gemeinsames Potential mit der ersten Energiequelle besitzt, über mindestens eine isolierte Bandelektrode (52), die vorzugsweise in Bandlaufrichtung hinter dem Druckkopf, zwischen den Druckkopfelektroden (44, 45, 46,47) und der Stromsammelelektrode (42) angeordnet ist, das Widerstandsband (43) mit einem Meßstrom beaufschlagt wird, der über von mit dem Band in Kontakt stehenden Randelektroden (50), oder mindestens einer nicht zum Druck benutzten Elektrode und/oder entkoppelten Druckkopfelektroden als Meßelektroden führt, daß ein Steuermittel den Meßstrom der zweiten Energiequelle zwischen Bandelektrode und Meßelektrode abtastet, auswertet und im Fall der Unterbrechung des Meßstromkreises die Druckenergieversorgung auf einen druckinaktiven Wert beschränkt.

2. Ansteuerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder mehrere Meßelektroden am oder nahe am Druckkopfe angeordnet sind, die direkt mit dem Widerstandsband in Kontakt stehen und den Meßstrom füh ren.

3. Ansteuerschaltung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekenn zeichnet, daß die Randelektroden (50) vorzugsweise als zusätzliche Elektroden mit den Druckkopfelektroden in einer Linie am Druckkopf angeordnet sind, die nur als Meßelektroden ohne Druckfunktion benutzt werden.

4. Ansteuerschaltung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekenn zeichnet, daß die Druckkopfelektroden, die gleichzeitig zur Stromführung des Meßstromes und des Druckstromes verwendet werden, entkoppelt sind.

5. Ansteuerschaltung nach den Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß jede Druckkopfelektrode (44, 45, 46, 47) als Meßelektrode geschaltet ist und je weils zwei Dioden zur Entkopplung aufweist.

6. Ansteuerschaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß Druckkopfelektroden zu Gruppen zusammengefaßt und gegenüber den übrigen Druckkopfelektroden und/oder Gruppen entkoppelt sind.

7. Ansteuerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß von der zweiten Energiequelle eine Gleichspannung als Meßspannung bereit gestellt wird, die vorzugsweise über dem Druckspannungspotential liegt.

8. Ansteuerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strompfade der Meß- und Druckstromkreise Entkopplungsdioden aufweisen.

9. Ansteuerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßstromkreis als Steuermittel einen Operationsverstärker (53) mit einstell barer Spannungsverstärkung aufweist, der hochomig indirekt den Spannungspegel im Widerstandsband abtastet und bei Bandriß eine definierte Ausgangsspannung abgibt.

10. Ansteuerschaltung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Operationsverstärker (53) ausgangsseitig mit dem Druckstromkreis über eine Kopplungsdiode und einen Spannungsteiler verbunden ist.

11. Ansteuerschaltung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuermittel im Fall der Unterbrechung des Meßstromkreises die Druck energieversorgung in bekannter Weise abrupt dauerhaft auf einen druckinaktiven Wert beschränkt bis von einem mit dem Steuermittel gekoppelten Freigabemittel ein Freigabesignal abgegeben wird.

12. Ansteuerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Steuerung der Druckspannung auf einen druckinaktiven Spannungswert eine Auswerteschaltung einen Fehler- und/oder Servicemeldung ausgibt.

13. Ansteuerschaltung für eine elektrothermische Druckvorrichtung mit Widerstandsband, welches Farbpartikel bei Erhitzung auf einen Aufzeichnungsträger überträgt, mit einer Stromsammelelektrode, mit einem Speichermittel und mit einer Drucksteuereinheit, die auf eine Schalteinheit für die ETR-Druckeinheit wirkt, wobei den Elektroden des Druckkopfes Energie aus einer ersten Energiequelle für die einzelnen Pixel des Druckbildes definiert bereitgestellt wird, die Energiequelle eine Konstantspannungsquelle mit einem Eingang für eine Bezugsspannung U_B ist, mit der eine Kompensation der bestehenden Varianz des Spannungsabfalls über den Heizwiderständen im Widerstandsband durchgeführt wird, indem die über eine Schalteinheit temporär mit der Speisespannung in Kontakt stehenden Elektroden mit einer geregelten Speisespannung U_s gleich der Summe aus einer definiert einstellbaren Printspannung U_P entsprechend der über dem selektiven Teil eines Strompfades abfallenden Spannung und aus der aus dem über dem unselektiven Teil eines Strompfades im Widerstandsband gemessene Spannungsabfall U_m gebildeten Bezugsspannung U_B beaufschlagt werden, wobei die Höhe der Speisespannung U_s für die aktivierten Elektroden des Druckkopfes derart geregelt wird, daß die eingestellte Printspannung U_P konstant bleibt während ein Anstieg (Absinken) der Meßspannung U_m zu einer Erhöhung (Verringerung) der Speisespannung führt, gemäß dem DE Patent 42 21 275, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite separate Energiequelle über mindestens eine Bandelektrode (52), die vorzugsweise in Bandlaufrichtung hinter dem Druckkopf, zwischen den Druckkopfelektroden (44, 45, 46, 47) und der Stromsammelelektrode (42) angeordnet ist, das Widerstandsband (43) mit einem Meßstrom beaufschlagt wird, der über von mit dem Band in Kontakt stehenden Randelektroden (50), oder mindestens einer nicht zum Druck benutzten Elektrode und/oder Druckkopfelektroden als Meßelektroden führt, daß ein Steuermittel den Meßstrom zwischen Bandelektrode und Meßelektrode abtastet, auswertet und im Fall der Unterbrechung des Meßstromkreises die Druckenergieversorgung auf einen druckinaktiven Wert beschränkt.

14. Ansteuerschaltung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder mehrere Meßelektroden am oder nahe des Druckkopfes angeordnet sind, die direkt mit dem Widerstandsband in Kontakt stehen und den Meßstrom füh ren.

15. Ansteuerschaltung nach den Ansprüchen 13 und 14, dadurch gekenn zeichnet, daß die Randelektroden (50) vorzugsweise als zusätzliche Elektroden mit den Druckkopfelektroden in einer Linie am Druckkopf angeordnet sind, die nur als Meßelektroden ohne Druckfunktion benutzt werden.

16. Ansteuerschaltung nach Anspruch 13, gekennzeichnet dadurch, daß als Bandelektrode die Stromsammelelektrode verwendet wird.

17. Ansteuerschaltung nach Anspruch 16, gekennzeichnet dadurch, daß die zweite separate Energiequelle vorzugsweise mit entgegengesetzter Polari tät zur ersten Energiequelle an die Stromsammelelektrode angeschlossen wird.

18. Ansteuerschaltung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßstromkreis als Steuermittel einen Operationsverstärker (53) mit einstell barer Spannungsverstärkung aufweist, der hochomig indirekt den Spannungspegel im Widerstandsband abtastet und bei Bandriß eine definierte Ausgangsspannung abgibt.

19. Ansteuerschaltung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Operationsverstärker (53) ausgangsseitig mit dem Druckstromkreis über eine Kopplungsdiode und einen Spannungsteiler verbunden ist.

20. Ansteuerschaltung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuermittel im Fall der Unterbrechung des Meßstromkreises die Druck energieversorgung in bekannter Weise abrupt dauerhaft auf einen druckinaktiven Wert beschränkt bis von einem mit dem Steuermittel gekoppelten Freigabemittel ein Freigabesignal abgegeben wird.

21. Ansteuerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Steuerung der Druckspannung auf einen druckinaktiven Spannungswert eine Auswerteschaltung, einen Fehler- und/oder Servicemeldung ausgibt.