DE68926750T2

DE68926750T2 - Verfahren und vorrichtung zum antreiben und steuern eines verbesserten solenoidschlagdruckers

Info

Publication number: DE68926750T2
Application number: DE68926750T
Authority: DE
Inventors: Thomas Emmons; Ronald Howes; Dennis Warwick
Original assignee: Datacard Corp
Current assignee: Entrust Corp
Priority date: 1988-11-23
Filing date: 1989-11-15
Publication date: 1997-02-20
Anticipated expiration: 2009-11-16
Also published as: EP0452358A4; JPH04503191A; CA2003355A1; WO1990006237A2; DE68926750D1; EP0452358A1; WO1990006237A3; EP0452358B1

Description

Hintergrund der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Antreiben und Steuern einer verbesserten Solenoidschlagdruckeinrichtung, die im allgemeinen verwendet wird, um Informationen in eine gewöhnliche Kreditkarte einzuprägen.
Automatische Einprägesysteme haben eine weite Verbreitung gefunden. Derartige Systeme sind in den US-Patenten Nr. Re 27,809 (Drillick)&sub1; Nr.3,820,454 (Hencley u.a.), Nr.3,820,455, Nr.4,667,117 und Nr.4,293,888 offenbart.
Das vorliegende Verfahren, die vorliegende Vorrichtung und die verbesserte Solenoidstruktur bauen auf der Erfindung auf, die in der PCT-Anmeldung wo 87/0539 (Warwick u.a.) offenbart ist, deren Inhalt in die vorliegende Beschreibung hiermit einbezogen wird. Die Warwick-Anmeldung offenbart ein Solenoidsystem, bei dem der Solenoidspule in zwei Stufen, d. h. durch einen ersten sowie einen zweiten Stromimpuls, Energie zugeführt wird. Bei der Lehre von Warwick dient, wie bei der vorliegenden Erfindung, der erste Impuls dazu, die Druckelemente in Kontakt mit dem zu bedruckenden Material zu bringen oder die Druckelemente in unmittelbarer Nähe zu diesem Material zu führen; der zweite Impuls dient dazu, das ausgewählte Material zu bedrucken. Da sich die Druckelemente bereits in Kontakt mit dem zu bedruckenden Material oder in unmittelbarer Nähe zu diesem Material befinden, wenn der Einprägestromimpuls angelegt wird, wird das laute Schlaggeräusch der auf das Material auftreffenden Druckelemente beseitigt, wodurch ein Einprägevorgang mit nur geringer Geräuschentwicklung erzielt wird. Die Verwendung des Zwei-Impuls-Verfahrens reduziert weiterhin die Geschwindigkeit der sich bewegenden Teile, was ebenso zur Verringerung des Lärms beiträgt.
Zusätzlich zu dem Lärmproblem tritt bei den solenoidangetriebenen Einprägesystemen im allgemeinen das Problem auf, eine Solenoidkörpereinrichtung vorzusehen, die erstens die Erhitzung der Solenoidstruktur in Folge von Wirbelstromverlusten in dem zur Herstellung der Solenoidkörpereinrichtung verwendeten Material begrenzt und die zweitens die Haltbarkeit sowie die Präzision der Solenoidprägestruktur verbessert. Der Stand der Technik zeigt die Verwendung von magnetischen Materialien, wie beispielsweise Stahl für die Solenoidkörpereinrichtung.
Zusätzlich zu anderen neuen und patentierbaren Merkmalen verbessert das vorliegende Verfahren bzw. die vorliegende Vorrichtung das Zwei-Impuls-Verfahren zum Zuführen von Energie zu den Solenoidspulen.

Zusammenfassung der Erfindung

Demgemäß schafft die Erfindung eine Vorrichtung zum Steuern eines derartigen Schlagdrucksystems, welches Druckelemente aufweist, die zum Prägen eines ausgewählten Materials verwendet werden. Die Vorrichtung enthält eine Solenoid struktur für den Antrieb der Druckelemente in Reaktion auf einen Stromimpuls. Eine Stromimpulsgeneratorschaltung, welche elektrisch mit der Solenoidstruktur verbunden ist, erzeugt und überträgt einen ersten sowie einen zweiten Stromimpuls an die Solenoidstruktur, wobei der erste Stromimpuls eine Kontaktdauer sowie eine Kontaktamplitude aufweist, die zur Betätigung der Solenoidstruktur geeignet sind, damit diese die Druckelemente dazu bringt, sich in eine Position dicht zu dem ausgewählten Material zu bewegen, und wobei der zweite Stromimpuls eine Druckdauer sowie eine Druckimpulsamplitude besitzt, die zur Betätgung der Solenoidstruktur geeignet sind, damit diese die Druckelemente dazu bringt, das Material bis zu einer gewünschten Zeichenhöhe zu bedrucken bzw. zu prägen. Eine Stromüberwachungsschaltung, welche elektrisch mit der Stromimpulsgeneratorschaltung verbunden ist, erfaßt die Amplitude des ersten sowie des zweiten Stromimpulses und überträgt erste sowie zweite Stromamplitudenerfassungssignale, die der Amplitude des ersten bzw. des zweiten Stromimpulses entsprechen. Durch eine Stromimpulssteuerschaltung, welche elektrisch mit der Stromimpulsgeneratorschaltung und der Stromüberwachungsschaltung verbunden ist, wird die Stromimpulsgeneratorschaltung zwischen einem Pulserzeugungszustand und einem Zustand, in dem kein Impuls erzeugt wird, hin- und hergeschaltet. Die Stromimpulssteuerschaltung weist eine erste Signalsteuerung auf, die das von der Stromüberwachungsschaltung empfangene, erste Stromamplitudenerfassungssignal mit einem ersten, vorbestimmten Amplitudenwert, der der ersten Kontaktimpulsamplitude entspricht, vergleicht und bei Erfassen des ersten vorbestimmten Amplitudenwertes die Stromimpulsgeneratorschaltung nach einer ersten vorbestimmten Zeitdauer entsprechend der Kontaktimpulsdauer in den Zustand, bei dem kein Impuls erzeugt wird, schaltet. Weiterhin weist die Stromimpulssteuerschaltung eine zweite Signalsteuerung auf, welche das von der Stromüberwachungsschaltung empfangene, zweite Stromamplitudenerfassungssignal mit einem zweiten vorbestimmten Amplitudenwert, der der Druckimpulsamplitude entspricht, vergleicht und bei Erfassen des zweiten Amplitudenwertes die Stromimpulsgeneratorschaltung nach einer zweiten vorbestimmten Zeitdauer entsprechend der Druckimpulsdauer in den Zustand, bei dem kein Impuls erzeugt wird, schaltet.
Bei einer weiteren Ausführungsform der vorstehend beschriebenen Vorrichtung weist diese weiterhin eine Drei-Zustands-Betriebsstruktur zum selektiven Erzeugen eines ersten Stromsignals, welches in seiner Amplitude über die Zeit steil ansteigt, eines zweiten Stromsignals, welches in seiner Amplitude über die Zeit allmählich abfällt, oder eines dritten Stromsignals, welches in seiner Amplitude über die Zeit steil abfällt. Die Drei-Zustands-Struktur wird verwendet, um ein Stromsignal zu erzeugen, welches im wesentlichen konstant über der Zeit bleibt, d. h. durch Wechseln zwischen dem Erzeugen des ersten Stromsignals und dem Erzeugen des zweiten Stromsignals mit einer solchen Frequenz, daß das Stromsignal in seiner Amplitude über die Zeit im wesentlichen konstant bleibt.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Vorrichtung enthält das Steuermittel ein Verarbeitungsmittel zum Verarbeiten des ersten und des zweiten Stromerfassungssignais, um Geschwindigkeits- und Positionsinformationen über den Kolben, die Kolbenstange, den Amboß und die Druckelemente zu erzeugen.
Die vorliegende Erfindung sieht darüber hinaus ein neues Verfahren zum Erzeugen eines Stromimpulses mittels einer derartigen Solenoidspule vor, wie sie bei Schlagdrucksystemen verwendet wird. Bei diesem Verfahren wird ein erstes Stromsignal, dessen Amplitude über die Zeit steil ansteigt, zuerst angelegt. Während das erste Stromsignal anliegt, wird die Stromamplitude in der Solenoidspule erfaßt, um ein erfaßtes Stromamplitudensignal zu erhalten. Das erfaßte Stromamplitudensignal wird mit einem vorbestimmten Amplitudenwert verglichen, um zu bestimmen, wann der vorbestimmte Amplitudenwert erreicht ist. Nachdem der vorbestimmte Amplitudenwert erreicht worden ist, wird ein zweites Stromsignal, welches über die Zeit allmählich abfällt, für eine vorbestimmte Dauer angelegt. Schließlich wird ein drittes Stromsignal, welches über die Zeit steil abfällt, angelegt, bis die Stromamplitude im wesentlichen den Wert Null aufweist. Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird das beschriebene Verfahren verwendet, um den ersten Stromimpuls zu erzeugen, welcher das Druckelement in eine Position dicht bei dem zu bedruckenden bzw. zu prägenden Material bringt.
Der erste Stromimpuls kann aber auch durch ein weiteres Verfahren erzeugt werden, welches bei der bevorzugten Ausführungsform verwendet wird, um den zweiten Stromimpuls zu erzeugen. Bei diesem Verfahren wird ein erstes Stromsignal, dessen Amplitude über die Zeit steil ansteigt, angelegt. Während das erste Stromsignal angelegt wird, wird die Stromamplitude in der Solenoidspule erfaßt, um ein erfaßtes Stromamplitudensignal zu erhalten. Das erfaßte Stromamplitudensignal wird mit einem vorbestimmten Amplitudenwert verglichen, um zu bestimmen, wann der vorbestimmte Amplitudenwert erreicht ist. Nachdem der vorbestimmte Amplitudenwert erreicht worden ist, werden das erste Stromsignal und das zweite Stromsignal, welches in seiner Amplitude über die Zeit allmählich abfällt, abwechselnd mit einer Frequenz in der Weise angelegt, daß eine im wesentlichen konstante Stromamplitude, die gleich dem vorbestimmten Amplituden wert ist, für eine vorbestimmte Zeitdauer aufrechterhalten wird. Schließlich wird ein drittes Stromsignal, welches über die Zeit steil abfällt, angelegt, bis die Stromamplitude im wesentlichen den Wert null aufweist.
Um die Wirbelstromverluste zu verringern und die Haltbarkeit sowie die Präzision des Drucksystems zu verbessern, wird eine verbesserte Solenoidvorrichtung geschaffen. Die Vorrichtung weist einen Kolben, ein Gehäuse, eine Solenoidspule, eine Kolbenstange sowie einen auch als Hammer bezeichneten Amboß am Ende der Kolbenstange für den Eingriff mit den Druckelementen auf. Das Gehäuse besitzt eine Öffnung, die sich durch dieses hindurch für eine gleitende Montage bzw. Halterung der Kolbenstange erstreckt. Das Gehäuse weist darüberhinaus eine Führungsstruktur zum gleitenden Ausrichten des Kolbens über der Kolbenöffnung des Gehäuses auf. Eine Solenoidspule ist innerhalb des Gehäuses angebracht und um einen Mittenabschnitt des Solenoidkörpers gewickelt. Die Kolbenstange ist mit dem Kolben verbunden und erstreckt sich durch die von der Solenoidspule gebildete Ausnehmung. Der Amboß ist an der Kolbenstange angebracht, sodaß, wenn ein Strom an der Solenoidspule angelegt wird, eine resultierende Magnetkraft innerhalb der Ausnehmung in der Weise erzeugt wird, daß der Kolben, die Kolbenstange und der Amboß in eine Richtung entlang der Mittenachse der Ausnehmung betätigt werden.
Das Gehäusemittel weist einen ersten Stapel aus Lagen auf, wobei die Schichten bzw. Lagen innerhalb des ersten Stapels mit benachbarten Lagen bzw. Schichten fest verbunden sind. Das Gehäuse besitzt weiterhin einen zweiten Lagenstapel, wobei die Schichten bzw. Lagen innerhalb des zweiten Stapels mit benachbarten Schichten bzw. Lagen fest verbunden sind. Ein Mittenblock ist zwischen dem ersten und dem zweiten Stapel befestigt.
Das Verfahren zum Montieren des Solenoidgehäuses weist die folgenden Schritte auf: Stapeln eines ersten Lagenstapeis, Befestigen des ersten Lagenstapels in der Weise, daß die Lagen innerhalb des ersten Lagenstapels in fluchtende Ausrichtung zueinander gehalten werden, Stapeln eines zweiten Lagenstapels, Befestigen des zweiten Lagenstapels in der Weise, daß die Lagen innerhalb des zweiten Lagenstapels in fluchtender Ausrichtung zueinander gehalten werden, und Befestigen eines Mittenblocks zwischen dem ersten und dem zweiten Stapel.
Ein alternatives Verfahren zum Montieren des Solenoidgehäuses kann ebenfalls verwendet werden. Dieses alternative Verfahren enthält die folgenden Schritte: Stapeln eines ersten Lagenstapels, Stapeln eines zweiten Lagenstapels, Stapeln eines Mittenblocks zwischen dem ersten sowie dem zweiten Stapel und gleichzeitiges Aufbringen eines Klebers auf dem ersten Stapel, dem zweiten Stapel und dem Mittenblock, so daß der erste Stapel, der zweite Stapel und der Mittenblock in fluchtender Ausrichtung bleiben.
Diese und verschiedene andere Vorteile und neue Merkmale, welche die Erfindung charakterisieren, sind insbesondere in den hier beigefügten Ansprüchen aufgeführt, die einen Teil der vorliegenden Unterlagen bilden. Um jedoch ein besseres Verständnis der Erfindung, ihrer Vorteile und ihrer durch die Verwendung erhaltenen Einsichten zu ermöglichen, sollte auf die beigefügten Zeichnungsfiguren Bezug genommen werden, welche einen weiteren Bestandteil der vorliegenden Unterlagen bilden, sowie auf die beigefügte Beschreibung, in der ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt und erläutert ist.

Kurze Beschreibung der Zeichnungsfiguren

Fig. 1 ist ein Blockdiagramm, welches die Hauptbestandteile eines Ausführungsbeispiels der Solenoidsteuerschaltung wiedergibt, die in Übereinstimmung mit den Prinzipien der vorliegenden Erfindung verwendet wird, um einen in einer Schlagdruckvorrichtung verwendeten Solenoid anzutreiben;
Fig. 2 ist ein mehr ins Detail gehendes Blockdiagramm, welches die Hauptbestandteile der in Fig. 1 gezeigten Solenoidsteuerschaltung wiedergibt und welches weiterhin Hauptbestandteile der in Fig. 1 dargestellten Stromimpulssteuerung aufgliedert und zeigt;
Fig. 3 ist ein schematisches, elektrisches Diagramm, welches den Stromimpulsgenerator und die Stromüberwachungseinrichtung der Fig. 1 wiedergibt, wenn diese mit der Stromimpulssteuerung und dem Solenoid verbunden sind;
Fig. 4 ist eine Zeittafel, welche den Betrieb der Solenoidsteuerschaltung wiedergibt;
Fig. 5 ist ein Blockdiagramm, welches ein Ausführungsbeispiel der Solenoid steuerschaltung wiedergibt, die dazu verwendet wird, einen Schlagprägedrucker mit zwei Solenoiden anzutreiben;
Fig. 6 ist ein Blockdiagramm, welches die Stromimpuisgeneratoren der in Fig. 5 gezeigten Solenoidsteuerschaltung wiedergibt;
Fig. 7 ist eine Draufsicht, welche die Hauptbestandteile eines Ausführungsbeispiels einer Solenoidstruktur zeigt, die dazu verwendet wird, eine Schlagdruckeinrichtung anzutreiben;
Fig. 8 ist eine auseinandergezogene Darstellung der in Fig. 7 gezeigten Solenoidstruktur;
Fig. 9 ist eine vordere Draufsicht, welche unbewegliche Hauptbestandteile eines Ausführungsbeispiels der in Fig. 7 gezeigten Solenoidstruktur zeigt;
Fig. 10 ist eine Draufsicht von unten auf die in Fig. 9 gezeigte Solenoidstruktur;
Fig. 11 ist eine schematische Draufsicht von oben auf ein alternatives Ausführungsbeispiel einer Solenoidstruktur; und
Fig. 12 ist eine schematische Draufsicht von oben auf eine weitere alternative Ausführungsform einer Solenoidstruktur.

Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeisdiele

A. Vorrichtung zum Antreiben und Steuern einer Schlagdruckeinrichtung mit Solenoid

Das in den Figuren 1 und 2 gezeigte Blockdiagramm gibt die Hauptbestandteile bzw. -elemente der Solenoidsteuerschaltung 28 wieder, welche den Solenoid 56 in Gang setzt und mit Energie versorgt. Die Steuerschaltung 28 tut dies durch Steuern des Stroms in der Solenoidspule 55 mittels Befehlen aus der Stromimpulssteuerung 10 und insbesondere der Hauptsteuerung 11. Gemäß dem vorliegenden Verfahren überträgt die Stromimpulssteuerung 10 Steuersignale Q1 und Q2, wie sie in Fig. 4 gezeigt sind. In Erwiderung auf die Steuersignale Q1 und Q2 legt der Stromimpulsgenerator 40 einen Strom an der Solenoidspule 55 in der Form eines ersten sowie eines zweiten Stromimpulses 4, 5 an, wie sie in Fig. 4 gezeigt sind. Der erste Stromimpuls 4 dient dazu, das Druckeement 64a (vgl. Fig. 7; 64a wird üblicherweise als Stempel und 64b üblicherweise als Napf bezeichnet; bei einem Schlagprägedrucker mit zwei Solenoiden würde das Druckelement 64b in einer ähnlichen Weise wie das Druckelement 64a betätigt werden) in Kontakt mit dem zu bedruckenden Material zu bringen. Der zweite Impuls 5 dient dazu, die Amboßkraft der Solenoidspule 55 zuzuführen. Eine 300-Volt-Gleichstromquelle 30 führt Energie dem Stromimpulsgenerator 40 zu. Sämtliche Gleichstromenergie stammt sowohl unmittelbar als auch über einen Transformer aus einer Wechselstromnetzenergiequelle und wird dann gleichgerichtet sowie in Kapazitäten gespeichert. Die Stromüberwachungseinrichtung 48 erfaßt die Stromamplitude in der Solenoidspule 55 und überträgt ein erfaßtes Amplitudensignal 21 an die Stromimpulssteuerung 10, und insbesondere an die Amplitudensteuerung 20. Die Stromimpulssteuerung 10 verwendet das erfaßte Amplitudensignal 21, um die Amplitude und die Zeitdauer des ersten sowie des zweiten Stromimpulses 4, 5 zu steuern.
Fig. 2 zeigt die Stromimpulssteuerung 10 im Detail. Die Hauptsteuerung 11 speichert Parameterinformationen für den ersten und den zweiten Stromimpuls 4, 5. Dieser Parameter umfaßt Ampitudeninformationen entsprechend der Kontakt- und Druckamplituden I1 und I2 (vgl. Fig. 4) und Zeitdauerinformationen entsprechend der Kontakt- und Druckzeitdauer T1 und T2 (vgl. Fig. 4). Die Hauptsteuerung 11 übermittelt Solenoidrücksetzsignale 13, Solenoidtaktsignale 14 sowie Solenoidsteuersignale 15. Die Schaltsteuerung 18 decodiert diese drei Signale und überträgt die folgenden Ausgaben: (1) Kontakt- und Druckamplitudensignale I1 und 12 an die Amplitudensteuerung 20 und (2) Steuersignale Q1 und Q2, die in Fig. 4 gezeigt sind, an den Stromimpulsgenerator 40. Die Schaltsteuerung 18 übermittelt darüberhinaus ein Solenoidstatussignal 16 an die Hauptsteuerung 11, welches der Hauptsteuerung 11 mitteilt, daß die Solenoidspule 55 elektronisch arbeitet, sowie ein Zeitdauersteuersignal 19 an die Netzenergieüberwachung 17.
Als Teil des Erzeugens des ersten Stromimpulses 4 empfängt die Amplitudensteuerung 20 ein Eingabesignal I1, bestimmt die Kontaktamplitude I1 und vergleicht diese mit dem erfaßten Amplitudensignal 21 aus der Stromüberwachungseinrichtung 48. Als Teil der Erzeugung des zweiten Stromimpulses 5 empfängt die Amplitudensteuerung 20 ein Eingabesignal I2, bestimmt die Kontaktamplitude I2 und vergleicht diese mit dem erfaßten Amplitudensignal 21 aus der Stromüberwachungseinrichtung 48. Die Amplitudensteuerung 20 übermittelt ein Strombegrenzungssignal 23 an die Schaltsteuerung, wenn die I1- und die I2- Grenze erreicht worden sind. Der Amplitudensteuerabschnitt erfaßt darüberhinaus den Fall, daß der Stromimpulsgenerator 40 einen zu hohen Strom für einen normalen Betrieb ausgibt. Wenn der Stromausgang zu hoch ist, übermittelt die Amplitudensteuerung 20 ein Überstromsignal 22 an die Schaltsteuerung 18.
Die Schaltsteuerung 18 decodiert alle Eingabesignale aus der Hauptsteuerung 11 und versorgt den Stromimpulsgenerator 40 mit tauglichen Steuersignalen Q1 und Q2 in einer geeigneten Zeitsequenz (vgl. Fig. 4). Daraufhin erzeugt der Stromimpulsgenerator 40 den ersten und den zweiten Stromimpuls 4, 5, wie sie in Fig. 4 gezeigt sind. Die Schaltsteuerung 18 übermittelt darüberhinaus ein Solenoid statussignal 16 an die Hauptsteuerung 11, wodurch dieser mitgeteilt wird, daß die Solenoiden richtig arbeiten.
Die Schaltsteuerung 18 empfängt das Solenoidrücksetzsignal 13, das Solenoidtaktsignal 14 und das Solenoidsteuersignal 15 aus der Hauptsteuerung 11. Das Solenoidrücksetzsignal 13 beginnt den Zyklus (vgl. Fig. 4) und gibt die Schaltsteuerschaltung 18 frei, wie es in Fig. 2 gezeigt ist. Die Solenoidtaktung 14 zählt auf einen geeigneten Pegel in einem Zähler nach oben und bestimmt darüberhinaus den ersten und den zweiten Stromimpuls 4, 5 durch seine Zählung. Die I1- und I2- Signale an die Amplitudensteuerung 20 sind Direktausgaben dieses Zählers und wird die Pegel bestimmen, auf der die Amplitudensteuerung 20 decodieren wird. Der Zählvorgang wird vor der Aktivierung des ersten oder des zweiten Impulses 4, 5 ausgeführt, d. h. für den zweiten Stromimpuls 5 findet der Zählvorgang während der Ruheperiode 6 statt.
Die Solenoidsteuerung 15 startet den Solenoidzyklus. In Erwiderung auf das Solenoidsteuersignal 15 erreicht sowohl bei dem ersten als auch bei dem zweiten Impuls 4, 5 das Q1 - und Q2-Steuersignal einen hohen Wert - den Signazustand 1 hinsichtlich eines Vollaststroms, wie es in Fig. 4 gezeigt ist. Wenn die Stromgrenzen erreicht werden, empfängt die Schaltsteuerung 18 das Strombegrenzungssignal 23 aus der Amplitudensteuerung 20. Das Solenoidstatussignal 16 wird dann einen geringen Wert annehmen, wodurch der Hauptsteuerung 11 mitgeteilt wird, daß die Stromgrenze erreicht worden ist. In Erwiderung darauf nimmt das Steuersignal Q2 einen geringen Wert an - den Signalzustand 2 hinsichtlich eines langsamen Stromabfalls.
Im Falle des ersten Impulses 4 wird der Zustand 2 hinsichtlich eines langsamen Stromabfalls für die Kontaktdauer T1 gehalten werden (Q1 an, Q2 aus). Bei dem zweiten Impuls 5 wird der Zustand hinsichtlich eines langsamen Stromabfalls in den Zählern für ca. 1 ms ausgezählt; danach werden die Steuersignale Q1 und Q2 auf den Zustand hinsichtlich eines Vollaststroms (Q1 ein, Q2 ein) gesetzt, bis die geeignete Stromgrenze wieder erreicht wird. Durch abwechselndes Ein- und Ausschalten von Q2, was als Hack-Modus oder Wechselschaltmodus (chop- Modus) bezeichnet wird, da die Energie ein- und ausgeschaltet wird, wird eine im wesentlichen konstante Stromamplitude gleich der Druckstromamplitude I2 aufrechterhalten. Der Strom an die Solenoidspule 55 wird auf die gleiche Weise in dem ersten oder dem zweiten Impuls 4, 5 durch das Solenoidsteuersignal 15 abgestellt; wenn das Steuersignal 15 einen geringen Wert annimmt, nehmen Q1 und Q2 ebenfalls geringe Werte an und der Zustand 3 hinsichtlich eines schnellen Stromabfalls beginnt.
Das Solenoidstatussignal 16 wird bei dem zweiten Impuls 5 anders als bei dem ersten Impuls 4 deaktiviert. Der erste Impuls 4 setzt das Solenoidstatussignal auf einen hohen Pegel bzw. Wert, nachdem ein Rücksetzsignal 13 aus der Hauptsteuerung 11 empfangen worden ist. Der zweite Impuls 5 setzt das Solenoid statussignal auf einen hohen Wert, nachdem ein Solenoidtaktsignal 14 aus der Hauptsteuerung 11 empfangen worden ist. Wenn während des Zyklusses ein Fehler auftritt, wird das Solenoidstatussignal 16 einen hohen Wert nicht annehmen, sondern auf einem geringen Wert bleiben. In der Logiksteuerung sind zwei Schaltungen vorhanden, welche ein sofortiges Herunterfahren bewirken. Das Solenoidstatussignal 16 bleibt auf einem hohen Wert, was einen Fehler anzeigt. In den Zählern ist eine interne Zeitüberwachung vorgesehen. Wenn der Solenoid in dem Wechselschaltmodus für mehr als 100 ms bleibt, wird ein Fehler angezeigt und alle Schalter auf "aus" gestellt. Wenn darüberhinaus das Überstromsignal aus der Amplitudensteuerung 20 einen geringen Wert annimmt, wird der gleiche Fehlermodus auftreten.
Die Netzenergieüberwachung 1 7 wird verwendet, um den Status der Gleichstromenergiequelle 30 zu überwachen. Der Zweck besteht darin, an die Hauptsteuerung 11 eine Warnung so früh wie möglich ausgeben zu können, daß die Energie nicht einen ausreichenden Pegel aufweist oder abgestellt ist. Es ist möglich, dieses Ziel durch wenigstens zwei Vorgehensweisen zu erreichen: (1) Durch Überwachung des Gleichstrompegels oder (2) durch Überwachung des Wechselströmnetzes, wenn es die Nullinie überquert oder wenn es ausgeschaltet wird, wobei bestimmt wird, was passiert ist. Wenn die Energie nicht ausreichend oder ausgeschaltet ist, nimmt das Netzenergieüberwachungssignal 27 an die Hauptsteuerung 11 einen hohen Wert an.
Ein ausführliches Schaltungsdiagramm für die Stromimpulssteuerung 10, welches die Steuersignale Q1 und Q2 übermittelt, ist nicht gezeigt, da derartige Schaltungen bekannt sind und innerhalb des Wissens des Fachmanns liegen. Es gibt verschiedene Wege, diese Schaltungen auszuführen, welche diskrete Logiken, Mikroprozessoren usw. beinhalten.
Fig. 3 zeigt ein schematisches Elektrodiagramm für den Stromimpulsgenerator 40 und die Stromüberwachungseinrichtung 48, die mit der Stromimpulssteuerung 10 und der Solenoidspule 55 verbunden sind. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist der Stromimpulsgenerator einen oberen Transistor 41, einen unteren Transistor 42, eine erste Diode 43 sowie eine zweite Diode 44 auf. Die Stromüberwachungseinrichtung 48 in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel besitzt einen Erfassungswiderstand 49, der elektrisch mit dem Emitter des unteren Transistors 42 verbunden ist. Eine 300 V-Gleichstromenergiequelle führt Energie dem Stromimpulsgenerator 40 zu. Während der gezeigte obere und der gezeigte untere Transistor 41, 42 derzeit eine bipolare Technologie ist, die Transistoren verwendet, welche Kollektor-, Basis- und Emitterverbindungen aufweisen, können sie gegen Feldeffektivtransistoren (FET) ausgetauscht werden, welche aus jeweils Drain-, Gatter- und Quelverbindungen bestehen.
Der Stromimpulsgenerator 40 empfängt Steuersignale Q1 und Q2 aus der Stromimpulssteuerung 10. Fig. 4 zeigt die Sequenz der Steuersignale Q1 und Q2 sowie das resultierende Verhalten des Spulenstroms, soweit dies durch die Stromüberwachungseinrichtung 48 überwacht wird. Zum Beginn der Sequenz werden beide Transistoren, der obere und der untere Transistor 41, 42, ausgeschaltet und kein Strom fließt durch die Solenoidspule 55. Um den ersten Impuls 4 zu starten, werden beide Transistoren 41, 42, der obere und der untere Transistor 41, 42, eingeschaltet, wodurch ein Vollaststromsignal 1 erzeugt wird, welches über eine Zeitperiode in seiner Amplitude steil ansteigt, wie es in Fig. 4 gezeigt ist. Während des Vollaststromzustandes fließt der Strom aus der Gleichstromenergiequelle 30 über den oberen Transistor 41, die Solenoidspule 55, den unteren Transistor 42 und schließlich durch den Erfassungswiderstand 49 der Stromüberwachungseinrichtung 48.
Die Stromüberwachungseinrichtung 48 übermittelt ein erfaßtes Amplitudensignal 21 an die Stromimpulssteuerung 10, und insbesondere an die Amplitudensteuerung 20. Wenn das erfaßte Amplitudensignal gleich entweder der Kontaktamplitude I1 oder der Druckamplitude 12 ist, übermittelt die Amplitudensteuerung ein Strom begrenzungssignal 22 an die Schaltsteuerung 18, welche wiederum den unteren Transistor 42 ausschaltet. Der Stromimpulsgenerator 40 befindet sich in dem Zustand 2 eines allmählichen Abfalls, wie es in Fig. 4 gezeigt ist (oberer Transistor 41 ein, unterer Transistor 42 aus). In diesem Augenblick beginnt der Solenoidspulenstrom durch die zweite Diode 44, die Gleichstromquelle 30, den oberen Transistor 41 und die Solenoidspule 55 zu fließen. Dieser Stromfluß erzeugt eine kleine negative Spannung über die Solenoidspule 55, wodurch der Strom veranlaßt wird, allmählich während der Kontaktdauer T1 abzufallen. Während des Zustandes 2 eines allmählichen Stromabfalls wird der Solenoidspulenstrom im wesentlichen konstant während der Kontaktdauer T1 gehalten. Es ist zu bemerken, daß die Stromimpulssteuerung so programmiert sein könnte, daß der Wechselschaltmodus ebenfalls während des ersten Stromimpulses 4 verwendet wird, um die Stromamplitude im wesentlichen konstant gleich der Kontaktstromamplitude I1 zu halten.
Am Ende der Kontaktdauer T1 wird der obere Transistor 41 ausgeschaltet, wodurch der Stromimpulsgenerator in den Zustand 3 eines schnellen Stromabfalls gerät. Während des Zustandes eines schnellen Stromabfalls fließt der Solenoidspulenstrom durch die erste Diode 43, die Solenoidspule 55, die zweite Diode 44 und die Energiequelle 30.
Dem ersten Stromimpuls 4 nachfolgend bleiben der obere und der untere Transistor 41, 42 für eine vorbestimmte Ruheperiode 6 ausgeschaltet. Am Ende der Ruheperiode 6 werden sowohl der obere als auch der untere Transistor 41, 42 eingeschaltet, wodurch der zweite Stromimpuls 5 beginnt. Die Stromamplitude wird wiederum durch die Stromüberwachungseinrichtung 48 und die Amplitudensteuerung 20 gesteuert. Wenn die erfaßte Amplitude 21 gleich der Einpräge- bzw. Druckamplitude 12 ist, sendet die Amplitudensteuerung 20 ein Strombegrenzungssignal 23 an die Schaltsteuerung 18, welche wiederum ein Steuersignal an den Stromimpulsgenerator 40 übermittelt, wodurch der untere Transistor 42 ausgeschaltet wird. Für die Einpräge- bzw. Druckdauer T2 geht der Stromimpulsgenerator 40 in den Wechselschaltmodus, wie es in Fig. 4 gezeigt ist. Während des Wechselschaltmodus wird der untere Transistor42 mit einer Frequenz so aus- und eingeschaltet, daß eine im wesentlichen konstante Stromamplitude gleich der Druckstromamplitude 12 für die Druckzeit T2 aufrechterhalten bleibt. Um den zweiten Stromimpuls 5 zu vervollständigen, wird der obere Transistor 41 ausgeschaltet, um einen schnellen Abfall des Stroms durch die Solenoidspule 55 zu ermöglichen.
Die Kombination des ersten Impulses 4 und des amplitudengesteuerten, zweiten Impulses 5 ermöglicht den Betrieb des Solenoids 56 in zwei Bewegungsformen, einer ersten Steuerbewegung, um das Druckelement 64a (vgl. Fig. 7) mit einer geringen Kraft in Kontakt mit dem Material zu bringen, und einer zweiten Bewegung mit hoher Kraft, um die erforderliche Einschlagkraft zu schaffen. Diese Schaltung erzielt eine höhere Effektivität durch Verwendung des Wechselschaltmodus zum Steuern des Pegels des Stroms in der Solenoidspule 55 als Mittel, wie beispielsweise Strombegrenzungswiderstände, welche Energie vergeuden.

B. Verfahren zum Antreiben und Steuern einer Schlagdruckeinrichtung mit Solenoid

Die Erfindung betrifft in Teilen ein Verfahren zum Antreiben und Steuern eines Solenoidprägesystems, welches zum Drucken oder Prägen von Blattmaterial, wie beispielsweise gängige Kreditkarten verwendet wird. Dieses Verfahren kann zum Antreiben und Steuern eines Prägesystems mit einem oder zwei Solenoiden eingesetzt werden. Die Figuren 5 und 6 sind z. B. Blockdiagramme, welche die Hauptbestandteile der Steuerschaltung 28 wiedergeben, die verwendet wird, um eine Schlagdruckeinrichtung mit zwei Solenoiden anzutreiben. Für das Verständnis der Erfindung ist jedoch eine Beschreibung des Verfahrens und der Vorrichtung zum Steuern eines Prägesystems mit einem Solenoid ausreichend.
Die Figuren 7, 8 und 9 zeigen ein Solenoidsystem, das als ein Teil einer Schlagdruckeinrichtung verwendet werden kann. Das Solenoidsystem weist eine Solenoidspule 55, Druckelemente 64a, 64b, eine Kolbenstange 63, welche mit einem Amboß 54 verbunden und innerhalb der Solenoidspule 55 gehalten ist, sowie einen Kolben 62, welcher mit der Solenoidkörpereinrichtung 61 über Paßstifte 71 und Ausnehmungen 79 zur Aufnahme der Paßstifte 71 verbunden ist.
Wenn Strom durch die Solenoidspule 55 fließt, entsteht ein magnetisches Netzfeld entlang der Achse der Kolbenstange 63. Das Magnetfeld zieht wiederum den Kolben 62 an, wodurch die Kolbenstange 63 bewegt wird, was das Druckelement 64a veranlaßt, das gewünschte Material zu prägen bzw. zu bedrucken. Durch Steuerung des Stroms in der Solenoidspule 55 können somit die Druckelemente 64 gesteuert werden. Das Verfahren und die Vorrichtung bei dieser Erfindung dienen dazu, den Stromfluß in der Solenoidspule 55 und damit die Bewegung des Druckelements 64a in der Weise zu steuern, daß nur geringer Lärm und nur geringe Leistungsverluste in der Antriebselektronik auftreten, während eine präzise Steuerung hinsichtlich der Zeitdauer und die Bewegung des Druckelementes 64a erfolgt.
Die Stromerfassungskurve 1 der Fig. 4 gibt das Verfahren zum Anlegen des Stroms an die Solenoidspule 55 wieder. Das Verfahren legt den Strom an der Solenoidspule 55 in der Form eines ersten Stromimpulses 4 sowie eines zweiten Stromimpulses 5 an. Die Stromüberwachungseinrichtung 48 in Verbindung mit der Stromimpulssteuerung 10 steuert, wie es in den Figuren 1, 2 und 3 gezeigt ist, die Zeitdauer und die Amplitude des ersten und des zweiten Impulses 4, 5. Die Stromüberwachungseinrichtung 48 erfaßt die Stromamplitude und übermittelt ein erfaßtes Amplitudensignal 21 an die Stromimpulssteuerung 10. Die Stromimpulssteuerung vergleicht das erfaßte Amplitudensignal 21 mit einer gespeicherten Amplitudeninformation, um zu bestimmten, wann die gewünschte Stromamplitude in der Solenoidspule 55 erreicht ist. Die Stromimpulssteuerung 1 0 verarbeitet darüberhinaus das erfaßte Amplitudensignal 21, um die Geschwindigkeits- und Positionsinformation über das Druckelement 64a zu erhalten.
Es wird nun näher auf die einzelnen Schritte des vorliegenden, erfinderischen Verfahrens zum Steuern einer Schlagdruckeinrichtung mit Solenoid eingegangen. Zunächst ist kein Strom an der Solenoidspule 55 angelegt. Der Stromimpulsgenerator 40, welcher jeden beliebigen Aufbau aufweisen kann, sofern er die Stromimpulse in der hier beschriebenen Art ausgeben kann, übermittelt dann einen ersten Stromimpuls an die Solenoidspule 55. Der erste Stromimpuls 4 dient dazu, das Druckelement 64a in Kontakt mit dem zu bedruckenden Material zu bringen. Daher weist der erste Stromimpuls 4 eine Kontaktzeitdauer T1 und eine Kontaktamplitude I1 auf, die ausreichen, die Solenoidspule 55 zu betätigen, wodurch das Druckelement 64a in eine Position im wesentlichen in Kontakt mit dem zu bedruckenden bzw. zu prägenden Material gelangt.
Der Stromimpulsgenerator 40 übermittelt daraufhin einen zweiten Stromimpuls 5 an die Solenoidspule 55. Der zweite Stromimpuls 5 dient dazu, das ausgewählte Material zu bedrucken bzw. zu prägen. Daher weist der zweite Stromim puls 5 eine Druckimpulszeitdauer T2 und eine Druckimpulsamplitude 12 auf, die ausreichen, die Solenoidspule 55 zu betätigen, wodurch das Druckelement 64a das ausgewählte Material auf eine bestimmte Buchstabenhöhe bedruckt bzw. prägt.
Während der Stromimpulsgenerator 40 den ersten und den zweiten Stromimpuls 4, 5 überträgt, erfaßt eine Stromüberwachungseinrichtung 48 die Stromamplitude in der Solenoidspule 55, um ein erfaßtes Amplitudensignal 21 zu erhalten. Gemäß dem vorliegenden Verfahren wird das erfaßte Amplitudensignal 21 verarbeitet, um die Geschwindigkeits- und Positionsinformation hinsichtlich des Druckelements 64a zu erhalten. Die Geschwindigkeits- und Positionsinformation wird verwendet, um die Zeitdauer des ersten und des zweiten Stromimpulses 4, 5 zu steuern. Das erfaßte Amplitudensignal 21 wird weiterhin verarbeitet, um die Amplitudensteuerung über den ersten und den zweiten Stromimpuls 4, 5 in der Weise zu ermöglichen, daß eine Kontaktamplitude I1 während des ersten Stromimpulses 4 und eine Druckimpulsamplitude 12 während des zweiten Stromimpulses 5 erhalten wird.
Die Geschwindigkeits- und Positionsinformation, die der Bewegung des Druckelements 64a entspricht, kann aus dem Erfassen eines Signals proportional zu dem Strom und daher ebenso der Kraft in der Solenoidspule 55 abgeleitet werden. Strom und Kraft sind wiederum proportional zu der Beschleunigung des Druckelements 64a. Die Integration des erfaßten Signals proportional zur Beschleunigung führt zu einem Signal proportional zur Geschwindigkeit des Druckelements 64a. Die Integration dieses Geschwindigkeitssignals führt wiederum zu einem Signal proportional zu der Position des Druckelements 64a.
Gemäß der vorliegenden Vorrichtung, wie sie in Fig. 3 offenbart ist, ist das erfaßte Amplitudensignal 21 der Spannungsabfall über den Erfassungswiderstand 49, welcher elektrisch in Reihe mit der Solenoidspule 55 verbunden ist. Da der Erfassungswiderstand 49 in Reihe mit der Solenoidspule 55 verbunden ist, ist der Spannungsabfall über den Erfassungswiderstand 49 proportional zu dem Stromfluß durch die Solenoidspule 55, was wiederum proportional zu der aufgewendeten Kraft an dem Druckelement 84a und der Beschleunigung des Druckelements 64a ist. Daher ist die Geschwindigkeit des Druckelements 64a proportional zu dem integrierten Spannungsabfall über den Erfassungswiderstand 49. Die Position des Druckelements ist proportional zu dem Doppelintegral des Spannungsabfalls über den Erfassungswiderstand 49.
Das Verfahren enthält weiterhin Schritte zum Erzeugen des ersten und des zweiten Stromimpulses 4, 5 in der Weise, daß Lärm und Leistungsverlust auf ein Minimum gehalten werden. Um den ersten und den zweiten Stromimpuls 4, 5 zu erzeugen, erfordert dieses Verfahren ein Stromimpulsgeneratormittel, welches in der Lage ist, wahlweise einer der drei Stromsignale (Drei-Zustands-Stromsignalbetrieb), wie es in Fig. 4 gezeigt ist, zu erzeugen, wobei ein Vollaststromsignal 1, ein Signal 2 hinsichtlich eines allmählichen Stromabfalls und ein Signal 3 hinsichtlich eines schnellen Stromabfalls enthalten ist. Das Vollaststromsignal 1 entspricht dem Stromsignal, welches in der Amplitude steil über der Zeit zunimmt. Das Signal 2 hinsichtlich eines allmählichen Stromabfalls entspricht dem Stromsignal, welches in der Amplitude allmählich über die Zeit in der Weise abnimmt, das die Stromamplitude im wesentlichen konstant gehalten wird. Das Signal 3 hinsichtlich des schnellen Stromabfalls entspricht dem Stromsignal, welches in der Amplitude steil über die Zeit abfällt.
Der erste Stromimpuls 4 beginnt mit einem Vollaststromsignal 1, welches den Strom in der Solenoidspule 55 veranlaßt, in der Amplitude steil über die Zeit anzusteigen. Während die Stromamplitude in der Solenoidspule 55 zunimmt, erfaßt die Stromüberwachungseinrichtung 48 die Stromamplitude und vergleicht das erfaßte Amplitudensignal 21 mit der gewünschten Kontaktamplitude I1. Nachdem die Kontaktamplitude I1 erreicht worden ist, legt der Stromimpulsgenerator 40 ein Signal 2 hinsichtlich eines allmählichen Stromabfalls an der Solenoidspule 55 an, was den Strom in der Solenoidspule 55 veranlaßt, allmählich über die Zeit für die Kontaktzeitdauer T1 abzufallen. Nachdem die Kontaktzeitdauer T1 abgelaufen ist, legt der Stromimpulsgenerator schließlich das Signal hinsichtlich eines schnellen Stromabfalls an, was die Stromamplitude in der Solenoidspule 55 veranlaßt, über die Zeit steil abzufallen, bis die Stromamplitude im wesentlichen den Wert null erreicht hat.
Der zweite Stromimpuls 5 beginnt ebenfalls mit einem Vollaststromsignal 1, wodurch die Stromamplitude in der Solenoidspule 55 veranlaßt wird, steil über die Zeit anzusteigen. Während wiederum die Amplitude in der Solenoidspule 55 zunimmt, erfaßt die Stromüberwachungseinrichtung 48 die Stromamplitude in der Solenoidspule 55 und vergleicht das erfaßte Amplitudensignal 21 mit der Druckamplitude 12, um zu bestimmten, wann die Druckamplitude 12 erreicht ist. Nachdem die Druckamplitude 12 erreicht worden ist, wechselt dann der Stromimpulsgenerator 40 zwischen einem Signal 2 hinsichtlich eines allmählichen Stromabfalls und einem Vollaststromsignal 1 mit einer derartigen Frequenz, daß eine im wesentlichen konstante Stromamplitude gleich der Druckamplitude 12 für die Druckzeitdauer T2 aufrechterhalten wird, wie es in Fig. 4 gezeigt ist. Schließlich wird ein Signal 3 hinsichtlich eines schnellen Stromabfalls an der Solenoidspule 55 angelegt, wodurch der Strom in der Solenoidspule 55 veranlaßt wird, über die Zeit steil abzufallen, bis die Stromamplitude im wesentlichen den Wert null erreicht hat.

C. Der Aufbau des Solenoids

Fig. 7 zeigt die Solenoidstruktur 56, wie sie gegenüber dem zu bedruckenden bzw. zu prägenden Material 96, d.h. einer Kreditkarte 96 und dem Kartenweg 98 positioniert ist. Obwohl dies nicht dargestellt ist, kann eine zweite Solenoidstruktur verwendet werden, um ein Druckelement 64b in der gleichen Weise anzutreiben, wie es bei dem Druckelement 64a der Fall ist. Da ein Stromimpuls an der Solenoidspule 55 angelegt wird, wird die Anordnung aus Kolbenstange, Kolben und Amboss in die durch den Pfeil 99 gezeigte Richtung betätigt. Der Amboß 54 betätigt das Druckelement 64a, welches innerhalb eines Haltebands 53 gehalten ist. Das Druckelement gelangt in Eingriff mit der Kreditkarte 96 bzw. prägt die Kreditkarte 96 in Reaktion auf den ersten und den zweiten Stromimpuls 4, 5. Bei einem Schlagdrucksystem mit zwei Solenoiden wird das Druckelement 64b ebenfalls durch das Zwei-Impuls-Verfahren, wie es in den Abschnitten A und B vorstehend erläutert worden ist, betätigt. Bei einem System mit einem Solenoiden wird das Druckelement 64b in seiner stationären Position benachbart zu dem zu bedruckenden bzw. zu prägenden Material gehalten.
Wie in Fig. 8 gezeigt ist, verhindert die Anordnung aus Ausnehmung 79 und Paßstift 71, daß sich der Kolben 62 dreht, während die Bürsten 74 die Kolbenstange 63 innerhalb des Solenoidkörpers 61 gleitend ausrichten. Die Paßstifte 71 sind an dem Kolben 62 angebracht und gleitend in Lagern 69 aufgenommen, die in den Ausnehmungen 79 angeordnet sind. Rückholfedern 70 sind koaxial an den Paßstiften 71 angeordnet und in den Ausnehmungen 79 für eine Rückführbewegung des Kolbens 62 in eine Außerbetriebsposition und zum Halten des Kolbens 62 in dieser Außerbetriebsposition aufgenommen. Lager 69 ermöglichen den Paßstiften 71, daß sie sich ohne weiteres gegenüber der Solenoidkörperanordnung 61 bewegen können. Die Verbindungsschraube 73 und Beilagscheiben 72 befestigen den Kolben 62 an der Kolbenstange 63. Der Amboß 54 ist mittels Gewindeeingriff an der Kolbenstange 63 angebracht und durch ein Kragenglied 65 befestigt. Eine Dämpfscheibe 68, eine Druckscheibe 67 und ein Rückhaltering 66 wirken zusammen, um eine Anhaltestop-Funktion für die Anordnung 63, 62, 54 aus Kolbenstange, Kolben und Amboß zu schaffen. Die Beilagscheibe 77 ist an dem Kolben 62 angebracht, um eine nichtmagnetische Lücke zu schaffen, so daß der Kolben 62 daran gehindert wird, an der Solenoidkörperanordnung 61 anzuhaften, wenn kein Strom durch die Spule 55 fließt.
Die Figuren 9 und 10 zeigen am besten die Solenoidkörperanordnung 61. Die Solenoidkörperanordnung 61 weist die folgenden strukturellen Teile auf: Einen ersten Stapel 93 aus durch Stahlbleche gebildete Schichten bzw. Lagen, einen Mittenblock 82, einen zweiten Stapel 81 aus durch Stahlbleche gebildete Schichten bzw. Lagen, eine Anordnung 84, 85 aus Kappenschraube und Mutter, ein erste Klebemittel 88, ein zweites Klebemittel 90 und ein drittes Klebemittel 89. Die Solenoidkörperanordnung 61 ist an der Solenoidspule 55 unter Verwendung des ersten Klebemittels 88 angebracht. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das erste Klebemittel 88 ein Epoxidharz, kann jedoch auch ein RTV-Silikon sein. Es ist zu bemerken, daß die Lagen vorzugsweise aus Stahl sind, jedoch aus jedem geeigneten, magnetischen Material hergestellt sein können, welches einen großen elektrischen Widerstand aufweist, wie beispielsweise gesintertes Material, welches die Wirbelstromverluste und die Leistungsverluste in Folge des Wirbelstroms minimiert. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Mittenblock 82 aus Aluminium oder anderen nichtmagnetischen Materialien hergestellt. Bei alternativen Ausführungsbeispielen kann der Mittenblock 82 aus einem magnetischen Material, wie beispielsweise Stahl, hergestellt sein. Weiterhin besteht die Möglichkeit, daß der Mittenblock 82 überhaupt nicht vorhanden ist. Der Solenoidkörper 61 könnte einen einzelnen Stapel aus Lagen aufweisen, der hergestellt wird, um die Anordnung 63, 62, 54 aus Kolbenstange, Kolben und Amboß aufzunehmen.
Um den ersten und den zweiten Stapel 93, 81 zu bilden, wird das zweite Klebemittel 90 über die gesamte Oberfläche jeder Lage aufgebracht, um die Lagen zusammenzuhalten. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die Lagen mit einem Epoxidharz, beispielsweise durch Vakuumimprägnation mit Epoxidharz miteinander verklebt. Ein spezielles Beispiel ist das #8821 mit C321 Reagenz, welches durch Epoxylite, Californien verkauft wird. Ein weiteres Klebeprodukt, welches bei alternativen Ausführungsbeispielen der Erfindung verwendet werden kann, ist ein Cyanacrylat, wie beispielsweise Superbonder #420, welches durch Loctite, Connecticut hergestellt wird. Vor der Montage des ersten Stapels 93, des Mittenblockes 82 und des zweiten Stapels 81 werden die Lagen innerhalb jedes Stapels an zumindest einer Stelle zusammengelötet (Fig. 10 zeigt vier Lötpunkte 92). Die Lötpunkte 92 erleichtern das Ausrichten und schaffen ein elektrisches Kontinuum bzw. elektrische Kontinuität zwischen allen Lagen. Der Mittenblock 82 wird dann an dem ersten Stapel 93 und dem zweiten Stapel 81 unter Verwendung eines dritten Klebemittels 89 über die gesamte Kontaktoberfläche zwischen dem Mittenblock 82 und den Lagen angebracht. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das Klebemittel 89 ein Epoxidharz. Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel ist das Klebemittel 89 ein anaerober Kleber, wie beispielsweise Speedbonder #324, welches durch Loctite, Connecticut hergestellt wird. Um schließlich den Mittenblock 82 zwischen dem ersten und dem zweiten Stapel 93, 81 zu befestigen, wird eine Anordnung aus Kappenschraube 84 und Mutter 85 verwendet, wie es in Fig. 9 gezeigt ist.
Ein alternatives Verfahren für die Montage enthält das Zusammenbauen des ersten Stapels 93, des Mittenblockes 82 und des zweiten Stapels 81 und das gleichzeitige Kleben der Anordnung, d. h., daß die gesamte Anordnung einem Epoxidharz ausgesetzt wird. In manchen Situationen besteht ein bevorzugtes Montageverfahren, darin, alle Komponenten, wie sie in den Figuren 9 und 10 gezeigt sind, zusammenzusetzen und gleichzeitig die gesamte Anordnung dadurch zu verkleben, daß diese einem Epoxidharz ausgesetzt wird.
Wie ebenfalls in Fig. 10 gezeigt ist, ist ein elektrischer Erdungsdraht 91 zum Erden des Solenoidkörpers 61 sowie Spulenanschlußdrähte 94a, 94b vorgesehen.
In Fig. 11 ist eine alternative Ausführungsform einer Solenoidstruktur 100 gezeigt. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist eine Antirotationsfunktion durch Kanten 102 eines Kolbens 104 vorgesehen, der zwischen Kanten 106 eines Lagenstapels 108 läuft. Ein geeignetes Lagermaterial 109 kann entweder an dem Kolben 104 oder an dem Lagenstapel 108 vorgesehen sein, um den Kolben 104 daran zu hindern, an dem Lagenstapel 108 zu reiben. Eine einzelne Rückholfeder 110 ist koaxial um eine Kolbenstange 112 zwischen dem Lagenstapel 108 des Solenoids und dem Kolben 104 angeordnet. Eine Federaufnahmeausnehmung 110a ist an dem Solenoidkörper 108 so vorgesehen, daß es dem Kolben 104 ermöglicht wird, gegen den Solenoidkörper 108 in Anlage zu gelangen. Die Verwendung einer einzelnen Feder erleichtert eine ausgeglichene Belastung. Dieses alternative Ausführungsbeispiel schafft eine weitere Präzision in der Steuerung wie auch einen längeren Hub, falls dies erforderlich ist. Dieses Ausführungsbeispiel erleichtert weiterhin die Verwendung eines Kolbens, welcher eine geringere Masse aufweist, was eine bessere Steuerung infolge der Reduktion der gespeicherten Energie zum Ergebnis hat. Die Kraft gegen den Hub wird linearer, was wiederum die Präzision in der Steuerung erhöht.
Sogar weitere Vorteile können durch Verkürzen des Magnetpfades erreicht werden, wie es bei dem alternativen Ausführungsbeispiel 120, das in Fig. 1 2 gezeigt ist, der Fall ist. In Fig. 12 sind Spulen 122 um Beinabschnitte 124a des Solenoidstapels 124 herumgewickelt Durch Herumwickeln der Spulen 122 um die Beinabschnitte 124a können die Spulen kürzer als bei einer einzelnen Spule, wie sie in Fig. 11 gezeigt ist, hergestellt werden, wie es durch Bezugszeichen 1 26 gekennzeichnet ist. Ein Lagenstapel 124 kann ebenfalls verkürzt werden, wodurch sich die Weglänge des Magnetpfades verringert, was wiederum die Effektivität bzw. Effizienz erhöht. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind zwei physisch getrennte Spulen vorgesehen, obwohl sie elektrisch miteinander verbunden sein können. Es ist zu bemerken, daß die in Fig. 12 gezeigte Spulenanordnung bei dem in den Figuren 9 und 10 gezeigten Ausführungsbeispiel angewendet werden kann.
Es ist jedoch zu bemerken, daß, obwohl verschiedene charakteristische Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung in der vorstehenden Beschreibung zusammen mit Details des Aufbaus und der Funktion der Erfindung dargelegt worden sind, die Offenbarung ausschließlich illustrativen Charakter hat und viele Änderungen im Detail, insbesondere hinsichtlich der Form, der Größe und der Anordnung der Teile innerhalb der Prinzipien der Erfindung möglich sind, ohne daß der Gesamtumfang, welcher durch die breite, allgemeine Fassung der Begriffe, wie es in den beigefügten Ansprüchen zum Ausdruck kommt, eingeschränkt werden.

Claims

1. Vorrichtung zur Steuerung eines Schlagdrucksystems mit Druckelementen zum Eindrucken in ausgewähltes Material und mit einem Solenoidmittel (56) zum Treiben der Druckelemente (64a, 64b) in Reaktion auf einen Stromimpuls, wobei die Vorrichtung gekennzeichnet ist durch:

a) eine Stromimpulsgeneratoreinrichtung (40), die an das Solenoidmittel (56) angeschlossen ist, zum Erzeugen und Übertragen von ersten (4) und zweiten (5) Stromimpulsen an das Solenoidmittel (56), wobei der erste Stromimpuls (4) eine Kontaktdauer und eine Kontaktamplitude aufweist, die zur Betätigung des Solenoidmittels (56) geeignet ist, um die Druckelemente (64a, 64b) in eine Position nahe am ausgewählten Material bringen zu können, und wobei der zweite Stromimpuls (5) eine Schlagdauer und eine Schlagimpulsamplitude besitzt, die zur Betätigung des Solenoidmittels (56) ausreichend sind, um die Druckeemente (64a, 64b) in das Material bis zu einer gewünschten Zeichenhöhe eindrucken zu können;

b) eine Stromüberwachungseinrichtung (48), die an der Stromimpulsgeneratureinrichtung (40) elektrisch angeschlossen ist, zum Erfassen der Amplitude der ersten (4) und zweiten (5) Stromimpulse und zum Übertragen von ersten (4) und zweiten (5) Stromamplitudenerfassungssignalen, die die Amplitude der ersten und zweiten Stromimpulse entsprechend repräsentieren; und

c) eine Stromimpulssteuereinrichtung (10), die an die Stromimpulsgeneratoreinrichtung (40) und die Stromüberwachungseinrichtung (48) elektrisch angeschlossen ist, zum Schalten der Stromimpulsgeneratoreinrichtung (40) zwischen einem lmpulserzeugungszustand und einem Zustand, in dem kein Impuls erzeugt wird, wobei die Stromimpulssteuereinrichtung (10) ein erstes Signalsteuermittel (Q1) zum Vergleichen des von der Stromüberwachungseinrichtung (48) empfangenen ersten Stromamplitudenerfassungssignals mit einem ersten vorbestimmten Amplitudenwert entsprechend der ersten Kontaktimpulsamplitude und bei Erfassung des ersten vorbestimmten Wertes zum Schalten des Stromimpulsgenerators in den Zustand, in dem kein Puls erzeugt wird, nach einer ersten vorbestimmten Zeitdauer entsprechend der Kontaktimpulsdauer und ein zweites Signalsteuermittel (Q2) zum Vergleich des von der Stromüberwachungseinrichtung (48) empfangenen zweiten Stromamplitudenerfassungssignals mit einem zweiten vorbestimmten Amplitudenwert entsprechend der Eindruckimpulsamplitude und bei Erfassung des zweiten Amplitudenwertes zum Schalten des Stromimpulsgenerators in den Zustand, in dem kein Impuls erzeugt wird, nach einer zweiten vorbestimmten Zeitdauer entsprechend der Eindruckimpulsdauer aufweist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromimpulsgeneratoreinrichtung (40) ein erstes Stromimpulsgeneratormittel zum Erzeugen des ersten Stromimpulses und ein zweites Stromimpulsgeneratormittel zum Erzeugen des zweiten Stromimpulses aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromimpulsgeneratoreinrichtung ein Dreifachzustandsbetriebsmittel (11) zur selektiven Erzeugung eines ersten Stromsignals (13), das in seiner Amplitude über die Zeit steil ansteigt, eines zweiten Stromsignals (14), das in seiner Amplitude über die Zeit allmählich abfällt, oder eines dritten Stromsignals (15), das in seiner Amplitude über die Zeit steil abfällt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromimpulsgeneratoreinrichtung ein alternierendes Schaltmittel (18) zur Erzeugung eines Stromsignals aufweist, das in seiner Amplitude über die Zeit im wesentlichen konstant bleibt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromimpulsgeneratoreinrichtung außerdem ein Dreifachzustandsbetriebsmittel (11) zur selektiven Erzeugung eines ersten Stromsignals (13), das in seiner Amplitude über die Zeit steil ansteigt, eines zweiten Stromsignals (14), das in seiner Amplitude über die Zeit allmählich abfällt, oder eines dritten Stromsignals (15), das in seiner Amplitude über die Zeit steil abfällt, aufweist und daß das alternierende Schaltmittel (18) zwischen der Erzeugung des ersten Stromsignals und der des zweiten Stromsignals mit einer Frequenz hin- und herwechselt, so daß das Stromsignal in seiner Amplitude über die Zeit im wesentlichen konstant bleibt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromimpulsgeneratoreinrichtung (40) aufweist:

(a) einen oberen Schalter (41), der an die Stromimpulssteuereinrichtung (10) elektrisch angeschlossen ist, zum Empfang von Steuersignalen von der Stromimpulssteuereinrichtung (10), wodurch der obere Schalter (41) ein- oder ausgeschaltet wird, so daß bei eingeschaltetem oberen Schalter (41) dieser in Reihe mit einer Spannungsversorgungseinrichtung (30) und einem oberen Anschluß des Solenoidmittels elektrisch geschaltet ist;

(b) einen unteren Schalter (42), der an die Stromimpulssteuereinrichtung (10) elektrisch angeschlossen ist, zum Empfang der Steuersignale von der Stromimpulssteuereinrichtung (10), wodurch der untere Schalter (42) ein- oder ausgeschaltet wird, so daß bei eingeschalteten oberen (41) und unteren Schaltern (42) ein Strom von der Spannungsversorgungseinrichtung (30) durch den oberen Schalter (41), das Solenoidmittel (56), den unteren Schalter (42) und die Stromüberwachungseinrichtung (48) fließt;

(c) eine erste Diode (43), die an das Solenoidmittel (56) und die Spannungsversorgungseinrichtung (30) elektrisch angeschlossen ist, so daß bei eingeschaltetem oberen Schalter (41) und ausgeschaltetem unteren Schalter (42) der Strom von der Spannungsversorgungseinrichtung (30) durch das Solenoidmittel (56), die erste Diode (43) und zurück zur Spannungsversorgungseinrichtung fließt; und

(d) eine zweite Diode (44)1 die an Masse, an den oberen Schalter (41) und an das Solenoidmittel (56) elektrisch angeschlossen ist, so daß bei ausgeschalteten oberen (41) und unteren (42) Schaltern ein Stromweg von der zweiten Diode (44) durch das Solenoidmittel (56), die erste Diode (43) und die Spannungsversorgungseinrichtung (30) gebildet wird.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die oberen (41) und unteren (42) Schalter aus oberen und unteren Transistoren entsprechend bestehen, wobei der obere Transistor einen Kollektor, eine Basis und einen Emitter und der untere Transistor einen Kollektor, eine Basis und einen Emitter besitzen, von denen die Basen der oberen und unteren Transistoren an die Steuereinrichtung zum Empfang der Steuersignale von der Steuereinrichtung, der Kollektor des oberen Transistors an die Spannungsversorgungseinrichtung (30), der Emitter des oberen Transistors an den oberen Anschluß des Solenoidmittels (56), der Kollektor des unteren Transistors an den unteren Anschluß des Solenoidmittels und der Emitter des unteren Transistors an die Stromüberwachungseinrichtung (48) elektrisch angeschlossen ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromüberwachungseinrichtung einen Meßwiderstand (49) aufweist, von dem erste und zweite Stromamplitudenmeßsignale abgeleitet werden, um einen Spannungsabfall über den Meßwiderstand (49) zu messen.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromsteuereinrichtung (10) aufweist:

(a) ein Hauptsteuermittel (11) zum Abspeichern und Übermitteln einer Amplitudeninformation entsprechend den ersten und zweiten vorbestimmten Amplitudenwerten (I1, I2) und zum Abspeichern und Übermitteln einer Zeitinformation entsprechend den ersten und zweiten vorbestimmten Zeitintervallen (T1, T2);

(b) ein Schaltsteuermittel (18), das an das Hauptsteuermittel (11) und an die Stromimpulsgeneratoreinrichtung (40) elektrisch angeschlossen ist und die Amplituden- und Zeitinformationen vom Hauptsteuermittel (11) empfängt; und

(c) ein Amplitudensteuermittel (20), das an der Stromerzeugungseinrichtung (48) zum Empfang der ersten und zweiten Stromamplitudenerfassungssignale und ebenfalls am Schaltsteuermittel (18) elektrisch angeschlossen ist, wobei das Schaltsteuermittel (18) die Amplitudeninformation an das Amplitudensteuermittel (20) zum Vergleich mit den ersten und zweiten Stromamplitudenerfassungssignalen übermittelt und bei Erfassung der ersten (I1) und zweiten (I2) vorbestimmten Amplitudenwerte das Amplitudensteuermittel (20) ein Triggersignal an das Schaltsteuermittel (18) übermittelt und in Reaktion auf das Triggersignal und die Zeitinformation das Schaltsteuermittel (18) Steuersignale (Q1, Q2) in einer geeigneten Zeitsequenz an die Stromgeneratoreinrichtung (40) übermittelt, so daß die Stromgeneratoreinrichtung (40) die ersten und zweiten Stromimpulse (4, 5) erzeugt.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Amplitudensteuermittel (20) außerdem ein Sicherheitsmittel zur Vermeidung einer Stromüberlast in der Stromgeneratoreinrichtung (40) aufweist, so daß, wenn die ersten oder zweiten Stromamplitudenerfassungssignale eine Stromüberlastgrenze erreichen oder überschreiten, das Amplitudensteuermittel (40) ein zweites Triggersignal an das Schaltsteuermittel (18) übermittelt und in Reaktion auf das zweite Triggersignal das Schaltsteuermittel (18) die Stromgeneratoreinrichtung (40) in einen Zustand schaltet, in dem kein Impuls erzeugt wird.

11. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromimpulssteuereinrichtung (10) außerdem ein Systemfehlermittel zum Abschalten der Stromgeneratoreinrichtung (40) aufweist, wenn diese auf die von der Stromimpulssteuereinrichtung (10) übermittelten Steuersignale nicht reagiert.

1 2. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromimpulssteuereinrichtung (10) außerdem ein Spannungsleitungsüberwachungsmittel (17) zur Überwachung der Spannungsversorgungseinrichtung (30) und zur Übermittlung eines Warnsignals an das Hauptsteuermittel (11), wenn die Spannung ungenügend oder abgeschaltet ist, und in Reaktion darauf, daß das Hauptsteuermittel (11) die Stromimpulserzeugungseinrichtung (40) inaktiviert, aufweist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (10) ein Verarbeitungsmittel zur Verarbeitung der ersten (4) und zweiten (5) Stromamplitudenerfassungssignale aufweist, um Geschwindigkeits- und Positionsinformationen über die Druckelemente (64a, 64b) zu erhalten.

14. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Verarbeitungsmittel aus einem Integrationsmittel zur Integration der ersten (4) und zweiten (5) Stromamplitudenerfassungssignale während einer ersten Zeit, um eine Geschwindigkeitsinformation über die Druckelemente (64a, 64b) zu erhalten, und zur Integration der ersten (4) und zweiten (5) Stromamplitudenerfassungssignale in einer zweiten Zeit, um die Positionsinformation über die Druckelemente (64a, 64b) zu erhalten, besteht.

15. Verfahren zum Eindrucken in einem Eindrucksystem mit einer stationären Solenoidspule (55) eines Solenoidmittels (56) mit einer Welle (63) und mit Druckelementen (64), die zum Eindrucken in ein ausgewähltes Material verwendet werden, mit den Schritten:

(a) an die Solenoidspule (55) ein erstes Stromsignal (1) anzulegen, das in seiner Amplitude über die Zeit steil ansteigt, um eine Bewegung der Solenoidwelle (63) auszulösen, um ein Druckelement in die Nähe des einzudruckenden Materials zu bewegen;

(b) während des Anlegens des ersten Stromsignals (1) die Stromamplitude in der Solenoidspule (55) zu messen, um ein Stromamplitudenerfassungssignal (21) zu erhalten;

(c) das Stromamplitudenerfassungssignal (21) mit einem ersten vorbestimmten Amplitudenwert zu vergleichen, um zu bestimmten, wann der erste vorbestimmte Amplitudenwert erreicht ist, und das erste Stromsignal (4) bei Erfassung des ersten vorbestimmten Amplitudenwertes nicht länger anzulegen;

(d) nach Erhalt des ersten vorbestimmten Amplitudenwertes an die Solenoid spule (55) ein zweites Stromsignal (2) anzulegen, das über die Zeit während einer vorbestimmten Dauer allmählich abfällt, um die Welle (63) in die Nähe des Materials zu bewegen; anschließend

(e) an die Solenoidspule (55) ein ersten Stromsignal (1) anzulegen, das in seiner Amplitude über die Zeit steil ansteigt;

(f) während des Anlegens des ersten Stromsignals (1) die Stromamplitude in der Solenoidspule zu messen, um ein Stromamplitudenerfassungssignal (21) zu erhalten;

(g) das Stromamplitudenerfassungssignal (21) mit einem zweiten vorbestimmten Amplitudenwert zu vergleichen, um zu bestimmen, wann der zweite vorbestimmte Amplitudenwert erreicht wird, um eine vorbestimmte Eindruckkraft zu erzeugen;

(h) nach Erhalt des zweiten vorbestimmten Amplitudenwertes zwischen dem Anlegen des ersten Stromsignals (1) an die Solenoidspule (55) und einem zweiten Stromsignal (2), das in seiner Amplitude über die Zeit allmählich abfällt, an die Solenoidspule mit einer Frequenz hin- und herzuwechseln, so daß eine im wesentlichen konstante Stromamplitude gleich dem zweiten vorbestimmten Amplitudenwert für eine bestimmte Zeitdauer aufrechterhalten wird, um in das Material einzudrucken; und

(i) anschließend an die Solenoidspule (55) ein drittes Stromsignal (3) anzulegen, das über die Zeit steil abfällt, bis die Stromamplitude im wesentlichen Null ist.

16. Verfahren nach Anspruch 15, bei welchem nach dem vierten Schritt (d) ein drittes Stromsignal (3) angelegt wird, das über die Zeit steil abfällt, bis die Stromamplitude im wesentlichen Null ist.