DE4342510A1

DE4342510A1 - Ansteuerschaltung für eine elektrothermische Druckvorrichtung mit Widerstandsband

Info

Publication number: DE4342510A1
Application number: DE4342510A
Authority: DE
Inventors: Stephan Guenther
Original assignee: Francotyp Postalia GmbH
Current assignee: Francotyp Postalia GmbH
Priority date: 1992-06-26
Filing date: 1993-12-08
Publication date: 1995-06-14
Anticipated expiration: 2012-06-27
Also published as: EP0575668A3; DE4342508C2; US5482386A; EP0575668B1; EP0575668A2; DE4221275C2; CA2080427A1; DE4221275A1; DE59208192D1; DE4342508A1; DE4342510C2

Description

Die Erfindung betrifft eine Ansteuerschaltung für eine elektrothermische Druckvorrichtung mit Wider standsband der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art, entsprechend dem am 26.06.1992 angemeldeten Hauptpatent DE 42 21 275.

Derartige Druckvorrichtungen, welche Druckmuster auf einen dazu relativ bewegten zu bedruckenden Aufzeich nungsträger drucken, wobei ein gleichfalls relativ bewegter Farbträger mit definiertem elektrischen Widerstand die Farbpartikel überträgt, sind beispielsweise zum Frankieren von Postgut mittels Frankierautomaten, geeignet.

Frankierautomaten weisen Eingabe-, Speicher- und Anzeigemittel und eine Drucksteuereinheit für eine Druckvorrichtung auf. Die Drucksteuereinheit ent hält eine Mikroprozessorsteuerung und wirkt auf eine Schalteinheit.

Es ist bereits aus der DE 38 33 746 A1 eine über eine Ansteuereinheit (ASE) beaufschlagte Schalt einheit für einen Druckkopf, der im Unterschied zu einem ETR-Druckkopf die Widerstandselemente selbst enthält (Thermotransferdruckverfahren) und eine se lektive Ansteuerung mit Vorheizung der Widerstands elemente zur Verringerung der Heizleistung beim Drucken aufweist, bekannt.

Ein mit den seriellen Druckdaten beaufschlagtes Serien/Parallel-Schieberegister übergibt die Druck daten in einer ersten Ansteuerphase an die Latches eines Zwischenspeichers. In einer zweiten Ansteuer phase wird während eines Strobe-Impulses jedes durch die zugehörigen Ausgänge der Latches ange steuerte Gatter auf Durchgang geschaltet und ein Ansteuerimpuls an das jeweilige Widerstandselement abgegeben. Die Widerstandsheizelemente werden un mittelbar durch eine in ihrer Impulshöhe und Im pulsbreite an die benötigte Heizenergie angepaßte Taktfrequenz vorgewärmt. Eine solche Vorwärmung über Energie aus einer Spannungsquelle ist bei einem Drucker mit elektrothermischen Widerstands farbband (ETR) prinzipbedingt schon deshalb nicht möglich, da dort die Widerstandselemente in der Widerstandsschicht des Widerstandsfarbbandes liegen und da das Widerstandsfarbband relativ zum Druck kopf und ebenfalls zum zu bedruckenden Aufzeich nungsträger bewegt wird.

Es ist bereits aus der DE 21 00 611 ein solcher, ein elektrothermisches Widerstandsfarbband aufwei sender, (ETR-) Drucker bekannt, dessen Stiftelek troden von einer Gegenelektrode ummantelt sind. Die Speisung der Elektroden erfolgt durch Anlegen eines Spannungspotentials aus einer Konstantspannungs quelle. Diese Ansteuerart hat den Vorteil einer einfachen, billigen Stromversorgung, jedoch ist die Auflösung beim Druck aufgrund der nur geringen Anzahl an Elektroden zu gering. Beim Weglassen der Ummantelung kann die Anzahl der Elektroden in der Druckleiste erhöht werden. Das hat aber den Nach teil, daß dann als Gegenelektrode eine gemeinsame Stromsammelelektrode eingesetzt wird, daß die über n Elektroden gleichzeitig eingespeisten Einzelströ me sich in einer rückleitenden Metallschicht im Wi derstandsfarbband in einem Punkt summieren und daß der Spannungsabfall zwischen diesem Punkt und der Stromsammelelektrode, d. h. über den unselektiven Teil des durch das Widerstandsfarbband führenden Strompfades, durch die momentan angesteuerte Anzahl von Druckelektroden bestimmt wird, was zu nicht er faßbaren Druckleistungsschwankungen und somit zu unterschiedlichen Druckqualitäten führt.

Zu einem modernen ETR-Drucker gehört neben der Me chanik eine elektronische Kopfansteuerung, ein ETR- Druckkopf mit einer Vielzahl von Elektroden sowie eine Stromsammelelektrode, die mit einer Energie versorgungseinheit verbunden sind. Die Erweiterung des Anwendungsgebietes der Thermodrucktechnik ins besondere um Label- und Strichcodeanwendungen hat den Bedarf an Druckköpfen mit größerer Druckbreite (1 Zoll und mehr) sowie höherer geometrischer Auf lösung (200 dots per inch und mehr) wachsen lassen. Dies kann nur durch Druckköpfe mit einer Vielzahl selektiv ansteuerbarer Elektroden realisiert wer den. Waren ursprünglich für den herkömmlichen Zeilendrucker 25 bis 50 Elektroden ausreichend, so steigt die Elektrodenzahl bei o.g. Anwendungen auf 150 bis 250 Stück. Da unter bestimmten Betriebs bedingungen (Druck einer durchgehenden Druckspalte) alle Elektroden gleichzeitig mit Strom zu versorgen sind, muß für die potentielle Bereitstellung dieser elektrischen Leistung ein erheblicher Aufwand ge trieben werden.

Durch zusätzliche Schaltungsmaßnahmen wurde bereits versucht, die Leistungsumsetzungen je Elektrode trotz der genannten Einflüsse näherungsweise kon stant zu halten. Die Druckenergie wird beispiels weise 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.

Eine andere aus der US 4,575,731 bekannte ETR- Druckkopfansteuerung weist als Treiberschaltung einen Verstärker auf, welcher als steuerbare Präzisionskonstantstromquelle geschaltet ist. Zur Stromaufteilung auf die selektiven Strompfade dienen gleichgroße Vorwiderstände. Die zum Druck nicht benutzten Randelektroden des ETR-Druckkopfes werden als Meßelektroden für den Spannungsabfall über den unselektiven Strompfad im ETR- Widerstandsband verwendet. Dabei wird ein Strom von 0,5 mA in die Meßelektroden eingespeist. Aufgrund der gemessenen Spannung erfolgt eine Regelung des fließenden Gesamtstromes aber auch, wenn nur Kontaktprobleme bei den Randelektroden vorliegen. Bei einem zu frankierenden Brief können solche, durch singulare Oberflächenerhebungen verursachte Kontaktprobleme nicht verhindert werden. Für Frankiermaschinen ist jedoch eine Schaltung, welche gegenüber einem Ausfall der Randelektroden empfindlich ist, nicht brauchbar.

In der US 45 31 134 wird der fließende Gesamtstrom entsprechend eines niedrigsten Spannungsabfalls über dem unselektiven Teil des ETR-Widerstandsfarb bandes geregelt. Der Abgriff der Meßspannung er folgt über Dioden, welcher sich zwischen den ein zelnen Elektroden und ihren zugehörigen Stromauf teilungswiderständen in den selektiven Strompfaden befindet. Nachteilig ist hierbei, daß ein schwimmen des Potential an die Treiberschaltung angelegt wird und eine Spannungsüberhöhung an den Schaltern der Treiberschaltung auftritt, wenn keine der Elektro den in den selektiven Strompfaden angesteuert wird.

Somit sind die vorgenannten ETR-Druckkopfan steuerungen für Frankiermaschinen nicht geeignet.

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.

Der ETR-Druckkopf wirkt dabei über ein mit dem Auf zeichnungsträger mitbewegtes Widerstandsfarbband auf den Aufzeichnungsträger, vorzugsweise Papier. Das Widerstandsfarbband weist eine obere mit dem ETR-Druckkopf in Kontakt stehende Widerstands schicht, eine mittlere Stromrückleitschicht und eine untere mit dem Aufzeichnungsträger in Berüh rung stehende Farbschicht auf (EP 88 156 B1).

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.

Insofern dominieren diese Festwiderstände die vari ablen Widerstände, welche auf dem Weg Druckkopf- Band-Rückelektrode liegen und verringern relativ den Einfluß dieser Varianzen auf den Gesamtwider stand. Die zum Einsatz kommenden Serienwiderstände haben die Aufgabe, den Strom für die Elektroden möglichst konstant zu halten. Dies geschieht umso besser, je verhältnismäßig größer diese Widerstände zur Summe aller Widerstände des eigentlichen Druck strompfades sind (Bandwiderstand, Widerstand der rückleitenden Metallschicht, Übergangswiderstände). Zur Zeit werden diese Serienwiderstände ca. 3- bis 4fach größer gewählt, d. h. natürlich auch, daß nur ca. ein Viertel der verwendeten Energie zum Drucken dient, der Rest wird in Verlustwärme umgesetzt.

Eine solche Lösung wird beispielsweise bei dem mit ETR Druckwerk ausgestatteten printer 820 der Firma Hermes angewandt. Nachteilig ist der zusätzliche Verlust an elektrischer Energie in den Serienwider ständen.

Dieser Verlust ist insbesondere dann nicht mehr tragbar und würde zu überdimensionierten Netzteilen führen, wenn mit hoher elektrischer Druckleistung und mit einer größeren Zahl parallel anzusteuernder Elektroden gearbeitet wird. Bei einer Druckbreite von 1 inch und einer Auflösung von 250 dpi, was z. B. Anforderungen an einen qualitativen hochwerti gen Labeldruck entspricht, sind 250 Elektroden an zusteuern. Die Verlustleistung würde in diesem Fall bei R = 300 Ohm und I = 50 mA auf P = 250 (I²_*R) ≈ 187 W steigen. Ein weiteres Problem bei 250 akti vierten Elektroden, wobei im unselektiven Teil des Widerstandsfarbbandes ein Gesamtstrom von 12,5 A fließt, ist dessen Rückführung aus dem Widerstands farbband über eine Stromsammelelektrode.

Aus der EP 0 301 891 AI ist ein ETR-Drucker mit zwei Rückelektroden bekannt. Das führt zwar zu ei ner Stromaufteilung bei der Rückleitung des Gesamt stromes, verbessert jedoch noch nicht die Gesamt leistungsbilanz. Bei der Speisung der Elektroden ist ebenfalls zu beachten, daß die zuzuführende Energie vom Widerstand eines jeden einem Pixel zu geordneten Strompfades, von der Schmelztemperatur der Farbe, dem beabsichtigten Kontrast des Druck bildes sowie von der Geschwindigkeit des bewegten Widerstandsfarbbandes abhängig ist und nichtlinear mit der Oberflächenrauhigkeit des Aufzeichnungs trägers (Papiersorte), ansteigt.

Die Druckqualität hängt beim ETR-Verfahren ent scheidend davon ab, daß die elektrische Leistung, die je Elektrode im Widerstandsband in Wärmeenergie umgesetzt wird, für alle Elektroden und alle Zeit punkte gleich ist.

Eine zu niedrige elektrische Leistung führt zu einer zu geringen Erwärmung des entsprechenden Pixelbereiches in der Tintenschicht des Wider standsbandes. Daraus resultiert dann ein geringeres Volumen von ausgeschmolzener Farbe und schließlich ein unzureichender Kontrast des entsprechenden Pixels auf dem zu bedruckenden Substrat. Anderer seits führt eine zu große elektrische Leistung zu einer starken Erwärmung des ETR-Bandes, welche auch die Stützschicht des Bandes betrifft und deren Festigkeit herabsetzt. Außerdem führt anhaltend zu große elektrische Leistung auch zu einer Über lastung der Stromversorgungsbaugruppe. Auf jeden Fall würden sich bei veränderlicher elektrischer Leistung Differenzen im Kontrast des Abdruckes sichtbar machen.

Wesentlich für eine Varianz der elektrischen Druckleistung sind damit:

a) Der Übergangswiderstand R_k zwischen einer Elektrode des Druckkopfes und der Widerstands schicht des ETR-Bandes, der vor allem vom gerade herrschenden Anpreßdruck abhängig ist. Letzterer ist durch die Oberflächenbeschaffenheit des Auf zeichnungsträgers aber auch durch den Verschleiß zustand des Druckkopfes beeinflußt.
b) Der Heizwiderstand R_h der Widerstandsschicht des Widerstandsfarbbandes, der von der Dickentole ranz und Homogenität der Widerstandsschicht abhän gig ist.
c) Der Widerstand R_r der rückleitenden Metall schicht des Widerstandsfarbbandes, der von der Ho mogenität und Dickentoleranz der Metallschicht des Bandes sowie von der Entfernung der Stromsammel elektrode zu den Druckkopfelektroden abhängig ist.
d) Der integrale Widerstand der Widerstandsschicht des Bandes bei der Rückleitung des Stromes (Bandwiderstand) R_b, der von deren Dickentoleranz und Homogenität der Widerstandsschicht sowie der Kontaktoberfläche mit der Stromsammelelektrode ab hängig ist.
e) Der integrale Übergangswiderstand R_ü der Wi derstandsschicht gegenüber der Stromsammelelektro de, der vor allem vom gerade herrschenden Anpreß druck abhängig ist. Dieser ist durch den Umschlin gungswinkel des Bandes mit der Stromsammelelektrode und die herrschenden Bandzugkräfte beeinflußt.

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.

Der hauptsächliche Einfluß auf die Schwankung des Spannungsabfalls entsteht neben den oben genannten Faktoren aber durch Abdruck variabler Daten, wobei im allgemeinen pro Druckspalte eine Zahl zwischen 0 und der Anzahl n der vorhandenen Elektroden ange steuert wird. Der Spannungsabfall über den im un selektiven (Rückleitungs-) Strompfad liegenden Widerständen c) bis e), ist vom durchfließenden Strom abhängig. Dieser wiederum ist gleich der Summe der Einzelströme im selektiven Teil des Strompfades mit den Widerständen a) + b) und damit von der Anzahl der angesteuerten Elektroden des Druckkopfes abhängig.

In dem EP 67 969 wird zur Spannungsversorgung eines ETR-Druckers eine Treiberschaltung vorgeschlagen, welche am ersten mit der Meßspannung beaufschlagten Eingang eine Anpaßschaltung 200 für eine hohe Impedanz und am zweiten Eingang eine zusätzliche Schaltung 208, um ein Referenzpotential bereitzustellen, als notwendige Mittel aufweist. Durch die Anpaßschaltung 200 wird die Meßspannung S_FBK invertiert an das Signalverarbeitungsmittel 216 der Treiberschaltung abgegeben. Jedoch kann die Verbesserung der Druckqualität nur mit hohem Aufwand erreicht werden und Vorkehrungen zum Schutz vor Zerstörung des Druckkopfes bzw. der Treiber schaltung durch thermische Überbelastung sind nicht vorgesehen.

Es wurde bereits zur Verbesserung der Druckqualität bei gleichzeitiger Reduzierung der Verlustleistung in der Anmeldung P 42 14 545.7 eine Anordnung für eine ETR-Druckkopfansteuerung, mit Speichermitteln, mit einer Mikroprozessorsteuerung für eine ETR- Druckeinheit vorgeschlagen, wobei Energie für die Elektroden der ETR-Druckeinheit aus einer steuer baren Energiequelle bereitgestellt wird.

Dabei ist die Anzahl der temporär mit der steuerba ren Energiequelle in Verbindung stehenden Elektro den durch die Mikroprozessorsteuerung vorgegeben, die ein der Abhängigkeit von der Anzahl der ange steuerten Elektroden entsprechendes Steuersignal an die steuerbare Energiequelle abgibt. Letztere be aufschlagt die mit über eine Schalteinheit temporär in Verbindung stehenden Elektroden mit einem Strom oder mit einer Spannung, deren Höhe eine derartige Abhängigkeit von der temporär verschiedenen Anzahl an angesteuerten Elektroden aufweist, daß eine größere Anzahl an Elektroden mit einem höheren Strom oder Spannung versorgt werden, als eine ge ringere Anzahl. Eine vorzugsweise über einen D/A- Wandler erzeugte Stellspannung wird auf einen Ver stärkereingang eines Verstärkers geleitet, der die erforderliche Sollspannung für die steuerbare Span nungsquelle abgibt. Mit einer Stromsammelelektrode wird der im Widerstandsfarbband fließende Gesamt strom nach Masse abgeführt.

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 nur zu einer unbedeutenden Verringerung der Speisespannung und damit des Kontrastes führen und zunächst unbe merkt bleiben. Das kann jedoch bei Dauerbetrieb zu schweren Schäden im Gerät führen.

Die Erfindung geht nun davon aus, daß bei höherer Anzahl n an existierenden gleichzeitig anzusteuern den Elektroden eine Speisung der einzelnen Elek troden mit den bisherigen Ansteuerschaltungen zu teuer und zu aufwendig ist.

Es ist Aufgabe der Erfindung eine Schaltungsanord nung für eine ETR-Druckkopfansteuerung vorzuschla gen, die mit einer billigeren Speisung die Mängel des Standes der Technik zu beheben gestattet. Die Schaltungsanordnung soll für ETR-Hochleistungs drucker mit einer Vielzahl von Elektroden einsetz bar sein, unter drastischer Reduzierung der Ver lustleistung und gleichbleibend guter Druck qualität. Es soll auch ein Schutz der Druckvor richtung vor Zerstörung gewährleistet werden. Die Lösung des Hauptpatentes DE 42 21 275 soll dabei weiter verbessert werden.

Die Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Gemäß dem Hauptpatent DE 42 21 275 wird zur gemeinsamen Speisung der Elektroden eine einstell bare Konstantspannungsquelle eingesetzt, die gegen über Massepotential eine Speisespannung, bestehend aus einer konstanten einstellbaren Printspannung, die um eine veränderbare Bezugsspannung aufgestockt wird, abgibt. Die Bezugsspannung ist dabei entspre chend der Anzahl n gleichzeitig aktivierter Elektro den und entsprechend der Varianz bestimmter Wider stände im Widerstandsband veränderbar.

Im Hauptpatent wird die Schalteinheit stark belastet und der Schutz vor einer Zerstörung wird im wesentlichen durch eine Schutzschaltung mit einer Zener-Diode erreicht. Diese gewährleistet durch Spannungsbegrenzung, daß die Treibertran sistoren der Schalteinheit nicht durch eine Überspannung zerstört werden. Um die leistungs mäßige Überlastung zu verhindern, sind im o.g. Hauptpatent zusätzlich einerseits Meßmittel mit einem Datenausgang für die Drucksteuereinheit und andererseits Schalt- und Einstellmittel vorgesehen, um gesteuert durch die Drucksteuereinheit die Druckspannung U_p und die Bezugsspannung U_B auf einen unschädlichen Wert zurückzuschalten.

Die Erfindung basiert auf der Überlegung, unter Berücksichtigung des Gesamtwiderstandes, mit einer Regelung der Speisespannung entsprechend dem sich ständig ändernden Leistungsbedarf eine kosten günstige Alternative zu der Lösung, wie sie im Hauptpatent DE 42 21 275 vorgeschlagen wurde, zu schaffen.

In Weiterführung der Erfindung wurde die Überlegung angestellt, für die Schalteinheit einen handels üblichen Baustein mit hoher Strombelastbarkeit und eine Schaltung mit ausreichender Reaktions schnelligkeit zum Überspannungsschutz einzusetzen.

Dies wird erfindungsgemäß erreicht, indem an die Stromsammelelektrode eine aus U_B und einer konstan ten jedoch einstellbaren Druckspannung zusammen gesetzte Speisespannung U_s mit entgegengesetzter Polarität wie im Hauptpatent angelegt wird. Dabei kommt gemäß dem o.g. Hauptpatent wieder eine Konstantspannungsquelle als Spannungsquelle zum Einsatz, die einen Eingang für eine Bezugspannung U_B aufweist. Die Bezugsspannung wird durch einen Differenzverstärker einerseits aus der Ausgangs spannung einer Extremwertauswahlschaltung und andererseits aus der Speisespannung erzeugt.

Die erfindungsgemäß eingesetzte Konstantspannungs quelle weist einen Linearregler und Mittel zum Einstellen der Printspannung U_p - wie bereits im Hauptpatent beschrieben - auf. Schickt der Schaltkreis einen konstanten Strom durch einen Widerstand eines Spannungsteilers, ändert sich entsprechend dem eingestellten Widerstandswert des Einstell-Mittels das Sollspannungspotential, welches am Ausgang der Konstantspannungsquelle zu einer Konstantspannung αU_p führt. Durch die addierend wirkende Beschaltung der Linearregler, ist die einstellbare Konstantspannung αU_p um die Bezugsspannung U_B aufgestockt.

In vorteilhafter Weise kommt es zu keiner Spannungsüberhöhung an der Treiberschaltung und damit an den Schaltern zu den selektiven Strompfaden in den Fällen, wo keine der Elektroden angesteuert wird. Aber auch bei fehlendem Kontakt der Elektroden zum Band wird die Konstantspannungs quelle nicht voll aufgesteuert.

Erfindungsgemäß wird an mindestens einer nichtakti vierten das Widerstandsfarbband kontaktierenden Elektrode gemessen, welche zu denjenigen Elektroden gehört, die im Druckkopf angeordnet sind.

Zur Erfassung der aktuell am Band anliegenden Druckspannung (Spannungsabfall über die Wider standsheizelemente) werden immer diejenigen Druck elektroden benutzt, die gerade nicht zum Drucken angesteuert werden, wobei automatisch das höchste auftretende Potential eine erste Meßspannung bildet, welche als Eingangswert für die Extremwert auswahlschaltung benutzt wird.

Durch die Gestaltung des Druckbildes ist sicherzu stellen, daß niemals alle Druckelektroden gleich zeitig benutzt werden. Es muß mindestens eine Elek trode für diese Meßzwecke verbleiben. Die Überwachung der Belegung der Druckelektroden wird zweckmäßigerweise durch die Druckbildgenerierungs- Software mit übernommen.

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. 1a, Blockschaltbild der elektrothermischen Druckvorrichtung nach dem Hauptpatent

Fig. 1b, Blockschaltbild der erfindungsgemäßen elektrothermischen Druckvorrichtung

Fig. 2a, elektrisches Ersatzschaltbild der Ansteuerschaltung nach dem Hauptpatent

Fig. 2b, elektrisches Ersatzschaltbild der erfindungsgemäßen Ansteuerschaltung

Fig. 3, Ausführungsvariante der Ansteuerschaltung der elektrothermischen Druckvorrichtung

Fig. 4, Variante der Druckvorrichtung mit großflächiger Stromsammelelektrode

Fig. 5, Variante der Anpaßschaltung

Fig. 6, zweite Variante der Ansteuerschaltung der elektrothermischen Druckvorrichtung.

Die Fig. 1a zeigt ein Blockschaltbild der elektro thermischen Druckvorrichtung mit einer Ansteuer schaltung - nach dem Hauptpatent DE 42 21 275 -, bestehend aus einer Konstantspannungsquelle 1, einer Schalteinheit 2, einer ETR-Druckeinheit 3, einer Drucksteuereinheit 5, einer Stromsammel elektrode 6 und mit einem Speichermittel 7, das mit der Drucksteuereinheit 5 für die Ansteuerung der ETR-Druckeinheit 3 verbunden ist. Das Speicher mittel 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 träger 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 Fi gur 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. 1a 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 zusätzlichen Meßelektrode 29 abgreifbar.

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_rest abhängig ist.

In der Fig. 2a 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. 2a 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)

In der Fig. 1b ist ein Blockschaltbild der erfin dungsgemäßen elektrothermischen Druckvorrichtung mit einer Ansteuerschaltung dargestellt, wobei eine Konstantspannungsquelle 1 einer Schalteinheit 2 ein negatives Potential und einer Stromsammelelektrode 6 ein positives Potential (Speisespannung U_s) zuge führt wird.

Zwischen der ETR-Druckeinheit 3 und der Schalt einheit 2 liegen Abgriffe für die Eingänge einer Extremwertauswahlschaltung 41 an der entsprechen den Versorgungsleitung für jeden Strompfad. Der Ausgang der Extremwertauswahlschaltung 41 liegt am invertierenden Eingang (-) und die positive Speisespannung U_s+ am nichtinvertierenden Eingang eines Differenzverstärkers 40, der ausgangsseitig die Bezugsspannung U_B an die Konstantspannungs quelle 1 abgibt.

Von der Drucksteuereinheit 5, welche von dem Speichermittel 7 mindestens die Grafikdaten für ein Druckbild erhält, wird die Schalteinheit 2 derart angesteuert, daß mindestens eine Elektrode der ETR-Druckeinheit 3 eine erste Meßspannung U_m1 an die Extremwertauswahlschaltung 41 abgibt.

Das - in der Fig. 2b dargestellte - 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 sowie mit einer Konstant spannungsquelle U_s. 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 + R₁ (3)

mit
R_v - Vorwiderstand
R_k - Kontaktwiderstand einer Elektrode
R_h - Widerstandsheizelement
R_r - Stromrückleitwiderstand
R_b - Bandwiderstand
R_ü - Übergangswiderstand Band/Rückelektrode
R₁ - 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_p = (U_p2/R_h)_*t_j, bei R_h » R_v + R_k (4)

Die erforderliche Impulshöhe U_p wird von der ein stellbaren Konstantspannungsquelle 1 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 Rg 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)

Das Gatter G₁ von der Schalteinheit 2, gemäß dem Ersatzschaltbild Fig. 2b, wird beispielsweise angesteuert, um das Widerstandsheizelement R_h zu erwärmen. Der Einfachheit halber sind nur die Gatter G₁ bis G₄ als Schalter mit zugeordneten Vorwiderständen R_v gezeigt. Dennoch sind n Strompfade mit n Gattern bzw. Schaltern vorgesehen.

Die Schalter G₂ bis G₄ sind (außerhalb der Bestromungszeit t_j) in offenen Zustand dargestellt, d. h. wenn kein Strobe-Impuls an der Schalteinheit 2 anliegt. Über mindestens eine von der Schalteinheit nichtangesteuerte Elektrode, welche am Widerstands farbband 10 anliegt, wird eine erste Meßspannung U_m1 abgegriffen, welche über dem Strompfad i = 1 mit den Widerständen R_h, R_k und R_v liegt. Durch die Extremwertschaltung 41 wird diejenige Elektrode mit dem besten Kontakt zum Widerstandsfarbband 10 ausgewählt, um die erste Meßspannung zu liefern:

U_m1 = U_h + U_k + U_v = αU_p = U_s - U_m - U_l (8)

Dabei sind:
U_s - Speisespannung
U_v - Spannungsabfall über den Vorwiderstand
U_k - Spannungsabfall über den Kontaktwiderstand einer Elektrode
U_h - Spannungsabfall über ein Widerstandsheiz element
U_m - Spannungsabfall über den Stromrückleit widerstand R_r, Bandwiderstand R_b, Über gangswiderstand Band/Rückelektrode R_ü
U_l - Spannungsabfall über den Leitungswiderstand.

Der Wert des Vorwiderstandes R_v ist gegenüber dem Wert des effektiven Heizwiderstandes R_h vernach lässigbar gering. Im Vorwiderstand bei R_v = 1,2 Ohm gehen ca. 3 mW als Wärme verloren, da bei nur n = 1 Elektrode ca. I_p = 50 mA fließen. Bei n = 192-1 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 Vorwider ständen werden somit insgesamt ca. 0,6 W in Wärme umgesetzt. Somit kann aber der Spannungsabfall über den Vorwiderstand und den Kontaktwiderstand vernachlässigt werden und Gleichung (4) gilt. Die erforderliche Impulshöhe U_p ist dann annähernd konstant bzw. mittels Konstantspannungsquelle 1 konstant zu halten.

Für den Spannungsabfall U_m gilt bei vernachlässig baren geringen Stromfluß im Meßstromkreis:

U_m = n_*I_p _*(R_r + R_ü + R_l)
= n_*I_p _*(Rrest) (9)

Der Restwiderstand R_rest ≈ 1 Ohm ist demgegenüber bei einer hohen Anzahl gleichzeitig angesteuerter Elektroden verlustleistungsintensiv (bei n = 191, ca. 90 bis 100 W). Für R_rest « R_p und nur einer einzigen angesteuerten Elektrode sind die Verluste minimal (bei n = 1, ca. 2,50 mW).

Aus der Meßspannung U_m1 wird vorzugsweise durch einen Differenzverstärker 40 das dem Spannungs abfall U_m entsprechende Bezugspotential U_B für die Konstantspannungsquelle 1 gebildet:

U_B = (U_s - U_l) - (U_s - U_m - U_l) (10)

Die Elektroden werden mit einer Speisespannung U_s gleich der Summe aus Bezugsspannung U_B und einer mit dem definierten Faktor α einstellbaren Spannung U_p beaufschlagt:

U_s = αU_p + U_B (11)

Wird keine der Elektroden angesteuert, tritt wegen der Gleichungen (9) bis (11) keine Spannungsüber höhung an den Gattern der Treiber der Schalteinheit 2 auf, sondern die Speisespannung beträgt U_s = αU_p.

Eine erste Ausführungsvariante der Ansteuer schaltung 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 der Ansteuer schaltkreise SED5032F 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 191 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 U_s 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. Andererseits wird die Konstantspannung auf ca. αU_p = 9-12 V eingestellt. Der Schaltkreis SED5032F kann eine Spannung bis zu 80 V von den Elektroden kommend aufnehmen. Die Treiber in der in der Schalteinheit 2 sind somit ausreichend spannungsfest.

In der Fig. 3 wird weiterhin eine Spannungsversor gungseinheit SVE mit einer einstellbaren Konstant spannungsquelle 11 und mit einem Netzteil 14 vorge stellt, das eine erste Gleichspannung U von maxi mal 30 V und eine zweite Gleichspannung U_c = + 5 V für die Versorgung der übrigen Schaltung, insbe sondere der Schalteinheit 2 abgibt. Die einstell bare Konstantspannungsquelle ist insbesondere ein Linearregler 11, der beispielsweise eine Parallel schaltung des Schaltkreis-Typs LM 338 enthält, dem die erste Gleichspannung U zugeführt wird und der eine ausgangsseitige geregelte Spannung U_s zur Speisung der Stromsammelelektrode 6 abgibt.

Die Fig. 4 betrifft eine bevorzugte Variante mit einer einstückigen Stromsammelelektrode 6. Die Stromsammelelektrode 6 umgibt flächig die Druck leiste in geringem Abstand und besteht vorzugsweise aus einem Stück Metallblech mit einer mittigen Öffnung als Aussparung für den Druckkopf 30.

Die Meßelektroden sind alle die Elektroden des Druckkopfes 30, welche zwar Kontakt mit dem Widerstandsfarbband 10 haben, jedoch nicht mit Ansteuerimpulsen von der Druckkopfansteuer elektronik beaufschlagt werden.

Die Bezugsspannung U_B am Steuereingang des Linearreglers 11 ergibt sich - gemäß Fig. 3 - indirekt aus der analogen Meßspannung U_m. Über eine Anpaßschaltung 12 wird aus der ersten Meßspannung U_m1 und der an der Stromsammelelektrode 6 anliegenden Speisespannung U_s die Bezugsspannung gebildet. Die Anpaßschaltung 12 enthält einen Differenzverstärker 40 der u. a. eine Impedanzwand lung vornimmt und weitere mit der Drucksteuer einheit 5 in Verbindung stehende Schaltungen, welche in der Fig. 5 näher erläutert sind.

In der - in der Fig. 3 gezeigten - Variante der erfindungsgemäßen Lösung werden die gerade nicht angesteuerten Elektroden des Druckkopfes 30 als Meßelektroden zur Messung von U_m1 eingesetzt. An den Ausgängen Q₁ bis Q_x der Schalteinheit 2 werden alle oder eine Teilanzahl an Spannungen U₁ bis U₄ abgegriffen und jeweils an die Eingänge e₁ bis e₄ der Anpaßschaltung 12 gelegt. Die Anpaßschaltung 12 weist eine - aus der Fig. 5 ersichtliche - Extremwertauswahlschaltung 41, insbesondere eine Schaltung zur Bewertung mehrerer Gleichspannungen hinsichtlich der höchsten Gleichspannung, bestehend aus einer entsprechenden Anzahl nichtinvertierender Operationsverstärker 15 mit je einer ausgangsseitig angeschlossenen Diode D, auf. Jede Diode D ist mit ihrem p-Gebiet am Verstärkerausgang und mit ihrem n-Gebiet am invertierenden Eingang (-) des Verstärkers 15 direkt (Spannungsfolger) verbunden.

In der Fig. 5 ist eine Variante der Anpaßschaltung 12 dargestellt. Der Differenzverstärker 40 weist einerseits einen Spannungsteiler R_t + R_n mit dem Widerstand R_t zwischen dem nichtinvertierenden Eingang (+) des Operationsverstärkers 13 und dem abgegriffenen Potential U_s an der Stromsammel elektrode 6 und andererseits einen Widerstand R_d zwischen dem invertierenden Eingang (-) des Operationsverstärkers 13 und dem Ausgang der Extremwertauswahlschaltung 41 auf. Zwischen dem invertierenden Eingang (-) und dem Ausgang des Operationsverstärkers 13 ist ein Gegenkopplungs widerstand R₅ angeordnet. Eine Schutzschaltung 17 gegen einen zu hohen Output ist dem Gegenkopplungswiderstand R₅ parallel geschaltet. Sie enthält beispielsweise einen Diac V, der die Ausgangsspannung begrenzt. Die Schutzschaltung 17 soll die Zerstörung des Druckkopfes im Fehlerfall verhindern und wirkt dazu mit der Drucksteuer einheit (DS) und mit einem Schaltglied S zusammen.

Das Widerstandsverhältnis gestattet das Einstellen der Grundverstärkung des Operationsverstärker 13. Die Verstärkung liegt theoretisch bei 1, kann aber durch die äußere Beschaltung des Verstärkers auch andere Werte annehmen, falls das - wie das im Hauptpatent erläutert ist - für eine verbesserte Druckqualität erforderlich ist.

Der Strom, der zu Meßzwecken über die Elektroden fließt, wird durch die Dimensionierung der Verstärkerschaltung weit unterhalb des Schwell wertes eingestellt, oberhalb dessen dieser Meßstrom einen zusätzlichen Abdruckpixel (dot) verursachen würde.

Ein Meßmittel 20 besteht aus mindestens einen Schmitt-Trigger, Komparator oder Schwellwertschal ter, der von der Drucksteuereinheit 5 abfragbar ist, um gegebenenfalls den Druckbetrieb zu unterbrechen und eine Fehlermeldung abzugeben. Mit dem Schaltglied S und dem Diac V, welches die jeweilige Verstärkerausgangsspannung begrenzt, wird dann die Bezugsspannung auf ca. U_B = ± 0,7 V eingestellt.

Der in der Fig. 3 gezeigte Linearregler 11 weist ein Mittel 16 zum Einstellen der Printspannung U_p auf. Dabei ist vorgesehen, daß das Mittel 16 ein Einstellwiderstand ist.

In einer weiteren Variante ist das Mittel 16 zum Einstellen der Printspannung U_p ein über Leitung D_α der Drucksteuereinheit 5 elektronisch ansteuerbares Stellglied, mit dem ein Stellwert α in Abhängigkeit vom Material des eingesetzten Aufzeichnungsträgers, insbesondere der Papiersorte, für eine bestimmte Bandgeschwindigkeit V_bj eingestellt wird.

Zusätzlich ist vorgesehen, daß die für eine defi nierte Bandgeschwindigkeit V_bj zugeordnete Bestro mungszeit t_j dem gewünschten Kontrast im Druckbild entsprechend von der Drucksteuereinheit 5 über die Strobe-Impulsdauer t_j voreingestellt ist.

Im Fehlerfall, wenn keine der Meßelektroden mit dem Widerstandsfarbband 10 in Kontakt steht oder die Bezugsspannung U_B auf zu hohen Werten im Vergleich mit der Anzahl n an gleichzeitig angesteuerten Elektroden steht, wird das Stellglied 16 von der Drucksteuereinheit 5 auf einen unteren Stellwert α gesteuert, damit die Printspannung auf einen un schädlichen Wert von αU_p ≈ 1 V eingestellt.

Den anderen Fehlerfall, wenn die Bezugsspannung U_B auf zu niedrigen Werten steht, wertet ein zweites ebenfalls von der Drucksteuereinheit 5 abfragbares Meßmittel 19 aus. Das Meßmittel 19 weist ebenfalls mindestens einen Schwellwertschalter, Komparator oder Schmitt-Trigger auf. Vorzugsweise wird der Schwellwert jedes Meßmittels 18, 19, 20 ent sprechend einer definierten Anzahl n an gleich zeitig zu aktivierenden Elektroden eingestellt.

Von der Drucksteuereinheit 5 wird dann eine Fehler meldung abgegeben, wenn eine zur Auswertung geeignete Stelle im Druckbild gedruckt wird und der entsprechend eingestellte Schwellwert nicht er reicht bzw. überschritten wird.

Es ist weiterhin vorgesehen, daß das die Schutz schaltung 17 einen Diac V und einen von der Drucksteuereinheit 5 abfragbaren Fensterkomparator 20 aufweist, dessen Ausgang am D-Eingang eines Zwischenspeichers 21 anliegt. Die Messung erfolgt am Ende des Einschwingvorganges, da das die Messung auslösende Signal D_st über eine Verzögerungsschal tung 22 für den Strobe-Impuls mit dem Takteingang des Zwischenspeichers 21 verbunden ist, der über D_l mit einem Rücksetzimpuls (latch enable) beauf schlagbar ist und einen zur Drucksteuereinheit 5 führenden Datenausgang D_d aufweist.

Die Drucksteuereinheit 5 wertet das Signal auf dem Datenausgang D_d aus und gibt an die Ansteuer schaltung Steuersignale ab. Bei einem Signal D_u zur Unterbrechung des Druckbetriebes kann mit einem Schaltglied S die Meßspannung U_m und damit die Bezugsspannung U_B auf U_B = 0 V gestellt werden. Zusätzlich wird die Printspannung U_p verringert.

Die - in der Fig. 6 dargestellte - vorteilhafte Variante der Anpaßschaltung weist keinerlei Meßmittel auf, welche von der Drucksteuereinheit 5 abgefragt werden könnten. Die erfindungsgemäße Schaltung geht davon aus, mit einfachen, durch die Schaltung selbst gegebenen Mitteln eine eventuelle Überspannung an den Treibern der Schalteinheit 2 zu vermeiden.

Die Konstantspannungsquelle 11 wird durch Parallel schaltungen des Schaltkreises LM 338 geschaffen. Der Gegenkopplungswiderstand R_G = 120 Ω liegt zwischen Ausgang und Steuerspannungseingang jedes Schaltkreises der Konstantspannungsquelle 11. Der Steuerspannungseingang ist mit dem Ausgang des Operationsverstärkers 13 verbunden. Am Parallel zu dessen Gegenkopplungswiderstand R_s= 100 KΩ liegt ebenfalls eine - in der Fig. 6 nicht dargestellte - Schutzschaltung 17. Die Schutzschaltung 17 enthält ebenfalls einen Diac V.

Der Ausgang +U_s der Konstantspannungsquelle 11 ist mit dem ETR-Band 10 über eine nicht gezeigte Strom sammelelektrode verbunden. Die nicht gezeigten Elektroden des Druckkopfes 30, welche im ange steuerten Zustand den Abdruck verursachen und im unangesteuerten Zustand die erste Meßspannung U_m1 abgeben und dafür Abgriffe aufweisen, sind über Vorwiderstände R_v mit den Treibern der Schalteinheit 2 verbunden, welche den Strom jedes Strompfades nach Masse ableiten, wenn sie von einer nicht dargestellten Drucksteuereinheit 5 ange steuert werden.

Zwischen den Ausgängen der Treiber der Schalteinheit 2 und den zugehörigen Vorwiderständen R_v liegen die Abgriffe für die Eingänge der Extremwertauswahlschaltung 41. Diese enthält eine entsprechende Anzahl m von Dioden, welche mit ihrem n-Gebiet miteinander verbunden sind, um den Ausgang zu bilden. Der vorgenannte Ausgang ist über einen Widerstand R_d mit dem invertierenden Eingang(-) des Operationsverstärkers 13 verbunden. Zwischen dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 13 und Masse ist ein Widerstand R_n angeschlossen. Am nichtinvertierenden Eingang (+) des Operationsver stärkers 13 ist ein weiterer Widerstand R_n angeschlossen, der mit einem Einstellwiderstand R_β verbunden ist, welcher parallel zu einer zweiten Zener-Diode ZD₂ liegt, die eine Referenzspannung liefert. Zwischen Verbindungspunkt von Einstellwiderstand R_β mit Z-Diode ZD₂ und der Versorgungsspannung U+ aus einem nicht mit dargestellten Netzteil ist ein Vorwiderstand R_vz angeordnet. Die Ausgangsspannung des Operations verstärkers 13 wird mittels des Einstellwider standes R_β auf einen Wert αU_p voreingestellt. Ein weiterer Widerstand R_t liegt zwischen dem nichtinvertierenden Eingang (+) des Operationsver stärkers 13 und dem Ausgang +U_s des Schaltkreises der Konstantspannungsquelle 11 bzw. dem Potential der Stromsammelelektrode 6.

Dabei wird die zusätzliche Aufgabe hinsichtlich eines Zerstörungsschutzes bereits teilweise auch ohne den Mikroprozessor löst. Der erfindungsgemäße Vorteil, d. h. die Reaktionsschnelligkeit, wird bei nur geringem Schaltungsaufwand durch die Schaltung Fig. 6 erreicht. Der durch das Mittel 16 gemäß Fig. 3 des Hauptpatentes fließende konstante Strom ist so gering, daß gemäß Fig. 6 auch der Ausgang eines Operationsverstärkers 13 an den Steuereingang des Schaltkreises 11 direkt angeschlossen werden kann.

Durch die Gestaltung des Druckbildes ist sicherzustellen, daß niemals alle Druckelektroden gleichzeitig benutzt werden. Es muß mindestens eine Elektrode für diese Meßzwecke verbleiben (z. B. wird bei einer ganzflächigen Darstellung eine Druck elektrode am Rand nicht mitbelegt), was jedoch in der Praxis kein Nachteil darstellt, da dadurch im schlimmsten Fall (vollflächige Darstellung) auch nur ein Bruchteil von einem Millimeter an der zur Verfügung stehenden Druckbreite verloren geht. Die Überwachung der Belegung der Druckelektroden wird zweckmäßigerweise durch die Druckbildgenerierungs- Software mit übernommen.

Es ist weiterhin nicht erforderlich, daß alle vorhandenen Druckelektroden auch über die Diodenmatrix als Meßelektroden zur Verfügung stehen müssen, da es erfahrungsgemäß völlig ausreicht, wenn z. B. jede zehnte Elektrode in dieser Doppelfunktion genutzt werden kann, was die Kosten dieses Verfahrens in vernünftigen Grenzen hält. Dieses Verfahren ist auch für ETR-Systeme mit umgekehrter Polarität (Farbband hat Massepotential) entsprechend anwendbar. Die Meßelektrode ist dann ebenfalls eine gerade nichtaktivierte normale Druckkopfelektrode.

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

Claims

1. Ansteuerschaltung für eine elektrothermische Druckvorrichtung mit Widerstandsfarbband, welches mit einer Stromsammelelektrode und mit den Elektro den eines Druckkopfes in elektrischen Kontakt ge bracht ist und das für die einzelnen Pixel des Druckbildes Farbpartikel bei selektiver Erhitzung auf einen Aufzeichnungsträger überträgt - gemäß dem Hauptpatent DE 42 21 275 - , mit einem Speichermittel und mit einer Drucksteuereinheit, die auf eine Schalteinheit für die ETR-Druckeinheit wirkt, wobei den angesteuerten Elektroden eines Druckkopfes für jeden selektiven Teil des Strom pfades während einer vorbestimmten Bestromungszeit t_j eine Speisespannung U_s aus einer Spannungsquelle definiert bereitgestellt wird, sowie mit Meßmitteln für die Ermittlung eines Spannungsabfalls im Widerstandsfarbband, dadurch gekennzeichnet,

- daß eine Konstantspannungsquelle (1) zwischen Bezugsspannung U_B, Stromsammelelektrode (6) und Schalteinheit (2) zur Bezugsspannung U_B addierend so geschaltet ist, daß an den temporär angesteuerten Elektroden (31, 32, 33, . . . ,) eine Speisespannung U_s gleich der Summe aus einer definiert einstellbaren Konstantspannung αU_p und aus der gebildeten Bezugsspannung U_B anliegt,
- daß die Bezugspannung U_B entsprechend dem über den unselektiven Teil des Strompfades im Widerstandsfarbband (10) entstehenden Spannungs abfall U_m durch einen Differenzverstärker (40) einerseits aus der Ausgangsspannung einer Extremwertauswahlschaltung (41) und andererseits aus der Speisespannung gebildet wird.

2. Ansteuerschaltung, nach Anspruch 1, da durch gekennzeichnet, daß von der Extremwertauswahlschaltung (41) eine erste Meßspannung U_m1 von einer außerhalb der Bestromungszeit t_j über die Schalteinheit (2) nichtaktivierten aber das Widerstandsfarbband kontaktierenden Elektrode ausgewählt und ausgangsseitig abgegeben wird, wobei die messende Elektrode zu denjenigen Elektroden gehört, die im Druckkopf (30) angeordnet sind.

3. Ansteuerschaltung, nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß an die Stromsammelelektrode (6) eine aus der Bezugsspannung U_B und einer konstanten jedoch einstellbaren Druckspannung αU_p zusammengesetzte Speisespannung U_s angelegt wird.

4. Ansteuerschaltung, nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß an die Stromsammelelektrode (6) eine aus der Bezugsspannung U_B und einer konstanten jedoch einstellbaren Druckspannung αU_p zusammengesetzte Speisespannung U_s mit positiver Polarität angelegt wird.

5. Ansteuerschaltung, nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erfassung der aktuell am Band anliegenden Druckspannung (Spannungsabfall über die Wider standsheizelemente) mehrere von denjenigen Druck elektroden dienen, die gerade nicht zum Drucken angesteuert werden, wobei automatisch das höchste auftretende Potential die erste Meßspannung U_m1 bildet, welche als Eingangswert für die Extremwertauswahlschaltung benutzt wird.

6. Ansteuerschaltung, nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Gestaltung des Druckbildes sicherge stellt wird, daß mindestens eine der Druckelek troden nicht angesteuert wird und zum Meßzwecke verbleibt.

7. Ansteuerschaltung, nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Überwachung der Belegung der Druckelektroden durch eine Druckbildgenerierungs-Software mit übernommen wird.

8. Ansteuerschaltung, nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß als einstellbare Konstantspannungsquelle mindestens ein Linearregler (11) eingesetzt ist, dem die erste Eingangsspannung U zugeführt wird und der ausgangsseitig die Spannung U_s zur Speisung der Stromsammelelektrode (6) abgibt und daß zwischen den Meßabgriffen an den Elektroden und dem Steuereingang des Linearreglers (11) eine den Differenzverstärker (40) und die Extremwertauswahl schaltung (41) enthaltene Anpaßschaltung (12) geschaltet ist, die die Bezugsspannung U_B aus der ersten Meßspannung U_m1 und der Speisespannung +U_s bildet.

9. Ansteuerschaltung, nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Linearregler (11) Mittel (16) zum Einstellen der Druckspannung U_p aufweist.

10. Ansteuerschaltung, nach Anspruch 9, da durch gekennzeichnet, daß das Mittel (16) zum Einstellen der Druckspannung U_p ein von der Drucksteuereinheit (5) elektronisch an steuerbares Stellglied ist, mit dem über Leitungen D_α ein Stellwert α in Abhängigkeit vom Material des eingesetzten Aufzeichnungsträgers, insbesondere der Papiersorte, für eine bestimmte Bandgeschwindigkeit V_bj eingestellt wird.

11. Ansteuerschaltung, nach einem der vorhergehen den Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekenn zeichnet, daß die gerade nicht aktivierten Druckelektroden des Druckkopfes (30) als Meßelek troden mit den Ausgängen Q₁ bis Q_n der Schaltein heit (2) verbunden sind, wobei mindestens eine Teilanzahl an Spannungen U₁ bis U_n abgegriffen und jeweils an die Eingänge e₁ bis e_n der Anpaß schaltung (12) gelegt werden, wobei die Anpaß schaltung (12) eine Extremwertauswahlschaltung (41) zur Bewertung mehrerer Gleichspannungen hinsicht lich der höchsten Gleichspannung aufweist, welche aus einer entsprechenden Anzahl nichtinvertierender Operationsverstärker (15) mit je einer ausgangs seitig angeschlossenen Diode D besteht, wobei jede Diode D ist mit ihrem p-Gebiet am Verstärkerausgang und mit ihrem n-Gebiet am invertierenden Eingang(-) des Verstärkers (15) verbunden ist.

12. Ansteuerschaltung, nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel (16) ein Einstellwiderstand ist.

13. Ansteuerschaltung, nach einem der vorhergehen den Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekenn zeichnet, daß die Anpaßschaltung (12) eine Extremwertauswahlschaltung (41) zur Bewertung mehrerer Gleichspannungen hinsichtlich der höchsten Gleichspannung aufweist, welche aus einer ent sprechenden Anzahl an Dioden D besteht, wobei jede Diode D ist mit ihrem p-Gebiet am entsprechenden Ausgang Q₁ bis Q_n der Schalteinheit (2), die mit den als Meßelektroden dienenden gerade nicht aktivierten Druckelektroden des Druckkopfes (30) verbunden ist, und mit ihrem n-Gebiet über einen Widerstand R_d am invertierenden Eingang (-) eines Verstärkers (13) verbunden ist.

14. Ansteuerschaltung, nach einem der vorherge henden Ansprüche 1 bis 13, dadurch ge kennzeichnet, daß der Differenzverstärker (40) der Anpaßschaltung (12) eine mit dem Verstärkerausgang verbundene Schutzschaltung (17) mit einem Diac V und mit einem Meßmittel (18, 19, 20) enthält, das von der Drucksteuereinheit (5) abfragbar ist, um gegebenenfalls den Druckbetrieb zu unterbrechen und eine Fehlermeldung abzugeben.

15. Ansteuerschaltung, nach einem der vorherge henden Ansprüche 1 bis 16, dadurch ge kennzeichnet, daß ein mit Massepotential verbundenes Schaltglied S an einem nichtinver tierenden Eingang des Operationsverstärkers (13) angeschlossen ist, wobei bei einem Signal D_u zur Unterbrechung des Druckbetriebes das Schaltglied S betätigt und damit die Bezugsspannung auf ca. U_B = ± 0,7 V einstellbar ist und daß bei Unterbrechung des Druckbetriebes der Stellwert α verändert wird.

16. Ansteuerschaltung für eine elektrothermische Druckvorrichtung mit Widerstandsfarbband, nach dem Hauptpatent DE 42 21 275, dadurch ge kennzeichnet, daß der Ausgang +U_s einer Konstantspannungsquelle (11) mit einem ETR-Band (10) über eine Stromsammelelektrode (6) verbunden ist und daß die Elektroden des Druckkopfes (30), welche im angesteuerten Zustand den Abdruck verursachen und im unangesteuerten Zustand eine erste Meßspannung U_m1 abgeben und dafür Abgriffe aufweisen, wobei in einer Extremwertauswahlschal tung (41) die jeweils höchste Meßspannung ausgewählt wird, über Vorwiderstände R_v mit den Treibern der Schalteinheit (2) verbunden sind, welche den Strom jedes Strompfades nach Masse ableiten, wenn sie von einer Drucksteuereinheit (5) angesteuert werden, daß die Extremwertauswahl schaltung (41) eine entsprechende Anzahl von m Dioden aufweist, welche mit ihrem p-Gebiet an den Abgriffen liegen und welche mit ihrem n-Gebiet miteinander verbunden sind, um einen Ausgang zu bilden, der über einen Widerstand R_d mit dem invertierenden Eingang (-) eines Operationsver stärkers (13) verbunden ist, zwischen welchem und Masse ein Widerstand R_n angeschlossen ist, daß der Ausgang des Operationsverstärkers (13) mit dem Steuereingang der Konstantspannungsquelle (11) direkt verbunden ist, daß am nichtinvertierenden Eingang (+) des Operationsverstärkers (13) ein weiterer Widerstand R_n angeschlossen ist, der mit einem Einstellwiderstand R_b verbunden ist, welcher parallel zu einer Referenzspannung liegt, daß ein weiterer Widerstand R_t zwischen dem nichtinvertie renden Eingang (+) des Operationsverstärkers (13) und dem Ausgang +U_s der Konstantspannungsquelle (11) bzw. dem Potential der Stromsammelelektrode (6) angeordnet ist.

17. Ansteuerschaltung, nach Anspruch 16, da durch gekennzeichnet, daß jede zehnte Elektrode in dieser Doppelfunktion Druckelektrode/Meßelektrode genutzt wird und durch die Gestaltung des Druckbildes sichergestellt wird, daß mindestens eine dieser Druckelektroden nicht angesteuert wird und zum Meßzwecke verbleibt.

18. Ansteuerschaltung, nach den vorgenannten Ansprüchen 16 bis 17, dadurch gekenn zeichnet, daß die Überwachung der Belegung der Druckelektroden durch eine Druckbildge nerierungs-Software übernommen wird.

19. Ansteuerschaltung, nach den vorgenannten Ansprüchen 16 bis 18, dadurch gekenn zeichnet, daß die Ansteuerschaltung für ETR-Systeme mit umgekehrter Polarität (Farbband hat Massepotential) entsprechend eingesetzt wird.