DE69625998T2

DE69625998T2 - Motorantrieb mit mehrfacher Schlagwirkung fürs Heften

Info

Publication number: DE69625998T2
Application number: DE69625998T
Authority: DE
Inventors: Francisco Javier Zapopan Camino
Original assignee: Hewlett Packard Co
Current assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Priority date: 1996-04-03
Filing date: 1996-10-24
Publication date: 2004-01-08
Anticipated expiration: 2016-10-25
Also published as: EP0799678A3; JPH1080906A; DE69625998D1; JP4194671B2; US5818186A; EP0799678B1; EP0799678A2

Description

Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung bezieht sich auf Elektromotorsteuerungen. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf die Verwendung mehrerer Leistungspulse, um einen Mehrfachstoß mit einem Motor zu erzeugen, um Heftklammern und dergleichen zu treiben.
Hintergrund der Erfindung
Diese Erfindung wurde als ein Ergebnis eines Wunschs entwickelt, ein verbessertes Heften mehrerer Papierblätter zu liefern. Die mehreren Papierblätter werden als ein Ergebnis eines Betriebs einer Papierhandhabungsmaschine, wie z. B. eines elektrophotographischen Druckers, bereitgestellt. Die Papierhandhabungsmaschine bewirkt üblicherweise, daß das Papier einen ersten Prozeß, wie z. B. ein Drucken, durchläuft, wonach das Papier in eine Ausgabestation abgegeben wird. In vielen Fällen ist es zweckmäßig, wenn der Drucker oder eine andere Papierhandhabungsmaschine mehrere Blätter zusammenheftet .
Während die Erfindung in einer breiten Vielzahl von Anwendungen, einschließlich Heftvorrichtungen, die keiner größeren Papierhandhabungsmaschine zugeordnet sind, verwendet werden kann, wird dieselbe in Verbindung mit einem elektrophotographischen Drucker beschrieben. Der Drucker weist eine „Briefkasten-Ausgabevorrichtung" auf, die es ermöglicht, daß die Ausgabe eines Druckers nach Kategorien sortiert wird. In einigen Fällen ist das Briefkasten-System ausreichend, um Druckaufträge zu trennen. In anderen Fällen ist es von Vorteil, die Option eines Heftens von Druckaufträgen zu liefern, so daß ein gehefteter Druckauftrag eine der Druckerausgabeoptionen wäre.
Es hat sich herausgestellt, daß die Heftoperation daraus besteht, daß das Papier zuerst gepreßt wird, um den Stapel zu komprimieren. Das Papier wird dann gelocht, was daraus besteht, daß die Heftklammer durch aufeinanderfolgende Papierblätter in dem Stapel getrieben wird. Nach der Lochoperation wird die Heftklammer umgelegt, wobei die Enden der Heftklammer gegen einen Endanschlag gefaltet werden, der als eine Hülse wirkt. Die Preß-, Loch- und Umlegeoperation sind im wesentlichen dahingehend fortlaufend, daß die gleiche Ausübung einer Kraft zu der Komprimierungs-, Loch- und Umlege- (Heftklammerfalt-) Operation führt. Zusätzlich wird, da eine feste Hülse verwendet wird, die Heftklammer während der Umlegeoperation fortlaufend durch das Papier getrieben. Das Papier übt weiterhin eine Reibung gegen die Heftklammer aus, selbst wenn die tatsächliche Lochoperation während der Umlegeoperation abgeschlossen ist. Deshalb bewirkt ein Mechanismus üblicherweise die Komprimierungs-, Loch- und Umlegeoperation.
Die Komprimierungsoperation kann ferner in drei Funktionen unterteilt sein. Der Heftvorrichtungsmotor muß zuerst einen Antrieb von einer Ausgangsposition zur Ineingriffnahme des Heftvorrichtungskopfes mit dem Papierstapel beschleunigen. Das Papier wird dann leicht nach unten gedrückt. Dies wird üblicherweise durch eine Buchse erzielt, durch die die Heftklammer geführt wird. Die Heftklammer komprimiert dann fortlaufend das Papier, wenn die Heftklammer das Papier in Eingriff nimmt, was bedeutet, daß das Papier an dem Ort weiter komprimiert wird, an dem die Heftklammer durchdringen soll. Der Hauptunterschied zwischen den Stufen der Preßoperation besteht darin, daß das Pressen anfänglich durch eine Heftklammerführung erzielt wird, die einen Druck auf den Papierstapel ausübt, und dann als ein Ergebnis des Heftklammerantriebsmechanismus, der das Papier mit der Heftklammer in Eingriffnahme bringt, fortgesetzt wird.
Ein Typ von Heftvorrichtung verwendet einen Elektromotor, der einen Zahnrad- und Totgang-Mechanismus antreibt, der einen Heftklammernhammer antreibt. Der Elektromotor ist die primäre Bewegungsvorrichtung und der Heftklammernhammer fungiert als der Antrieb zum Treiben der Heftvorrichtung. Eine elektrische Aktivierung des Motors bewirkt, daß der Hammer über der vorderen Heftklammer eines Heftklammernvorrats durch eine Heftklammernführung nach unten fällt. Die Heftklammernführung fällt mit dem Hammer gegen einen Stapel Papier und führt die Heftklammer weiterhin gegen einen Papierstapel. Der Hammer ist von der Heftklammerposition weg federvorgespannt.
Der Heftvorrichtungszyklus einer elektrischen Linearmotor-Heftvorrichtung ist ähnlich, mit der Ausnahme, daß die Bewegung des Hammers proportional zu der Bewegung des Linearmotors ist.
Beim Betreiben einer elektrischen Heftvorrichtung ist es notwendig, eine elektrische Leistung bereitzustellen, die ausreichend ist, um die Heftklammer durch die maximale Papierdichte zu treiben, die zur Verwendung der Heftvorrichtung erwartet wird. Bei dem vorliegenden Fall wurde beabsichtigt, 20 Blätter eines 0,13-mm- (5,1-Tausendstel-Zoll-) Papiers, wie z. B. eines 75-g/m²- (20-Pfund-) Kopierpapiers oder 105-g/m²- (28-Pfund-) Schreibpapiers, zu durchdringen. Die maximale Blättermenge kann abhängig von der Anwendung variieren, wobei in der Vergangenheit jedoch die Fähigkeit der Durchdringung durch eine große Anzahl von Blättern stark abhängig von dem maximalen elektrischen Leistungsverbrauch und deshalb der Leistung der Heftvorrichtung war. Wenn man in der Lage sein wollte, eine größere Durchdringung zu erzielen, waren ein größerer Motor und eine größere Leistungsversorgung erforderlich.
Bei einer bestimmten Vorrichtung wurde eine Leistungsversorgung für einen Ausgabesortiermechanismus verwendet, obwohl zu erwarten wäre, daß die Leistungsquelle mit der bestimmten Papierhandhabungsmaschine variiert. Wenn eine Heftvorrichtung entworfen wäre, um eine große Papierdicke zu durchdringen, würde sie auch eine Tendenz aufweisen, eine wesentliche Vertiefung oder einen "Fußabdruck" auf einem kleinen Stapel, wie z. B. zwei bis vier Blättern eines Standardgewichtspapiers, zu hinterlassen. Es wird oft erwünscht, eine reduzierte Vertiefung auf dem Papier zu haben. Ein Erhöhen eines maximalen Leistungsverbrauchs macht es erforderlich, daß in dem Fall einer elektronisch gesteuerten Vorrichtung die Leistungsversorgung in der Lage ist, den erhöhten Strom zu handhaben. Die Verdrahtung zu der Heftvorrichtung muß dimensioniert sein, um die erhöhte Last zu handhaben. Wenn die Heftvorrichtung gleichzeitig mit den anderen Hauptenergieverbrauchskomponenten des elektrophotographischen Druckers betrieben wird, muß die Netzleistung ausreichend sein, um den zusätzlichen Stromabzug der Heftvorrichtung zu liefern. Wenn die Heftvorrichtung eine leichte Vertiefung hinterlassen soll, wenn sie bei einer geringeren als der maximalen Kapazität verwendet wird, muß die Leistungsversorgung in der Lage sein, den Stoß der Heftvorrichtung ordnungsgemäß zu regulieren. Dies wird schwieriger, wenn die Heftvorrichtung entworfen ist, um einen Stoß zu liefern, der ausreichend für einen dicken Papierstapel ist.
Ein Bereitstellen einer Heftvorrichtung mit größerer Kapazität erfordert auch eine schwerere Ausrüstung und zugeordnete Kosten.
Verschiedene mechanische Vorrichtungen wurden verwendet, um einen Stoß einer elektrischen Maschinerie zu erhöhen. Diese neigen dazu, Komplexität zu dem Mechanismus hinzuzufügen, und erhöhen in vielen Fällen ein Geräusch. Idealerweise sollte eine Heftvorrichtung, die in der Lage ist, eine wesentliche Dicke von Blättern an einer Druckerausgabe zu durchdringen, ausreichend ruhig sein, um in der Büroumgebung akzeptabel zu sein, selbst wenn das Heften eine häufig verwendete Funktion ist. Anders ausgedrückt ist es nicht akzeptabel, wenn die Heftvorrichtung an einem Drucker wie ein Hammer eines Zimmermanns klingt.
Es ist möglich, eine Umlegeoperation bereitzustellen, die erst eingeleitet wird, nachdem die Heftklammer vollständig durch den Papierstapel getrieben wurde. Dies reduziert eine Leistung, die durch eine Bearbeitung einer Metallheftklammer verbraucht wird, während die Heftklammer nach unten getrieben wird, erhöht jedoch die Komplexität der Heftvorrichtung dahingehend, daß die Umlegeoperation separat erzielt wird. Ein Beginnen der Umlegeoperation von dem Ende der Heftklammer liefert einen dauerbetriebsgehärteten umgelegten Teil der Heftklammer, der stärker ist und gleichzeitig leichter mit einem Heftklammerentfernungswerkzeug zu greifen.
Es wird erwünscht, die maximale Kapazität der Heftvorrichtung zu erhöhen, ohne die Zeit wesentlich zu erhöhen, die benötigt wird, um den Heftzyklus fertigzustellen. Während die Zeit zur Fertigstellung des Heftzyklus nicht wesentlich verglichen mit dem Gesamtdruckzeitzyklus in einem elektrophotographischen Drucker ist, bemerkt ein Benutzer die zusätzliche Zeit zum Heften oft, während der Benutzer neben dem Drucker wartet. Deshalb sollte diese Zeit nicht ausgedehnt sein.
Beim Wählen eines bestimmten Heftvorrichtungsmechanismus zur Verwendung mit einem Drucker haben wir den Vorteil eines Entwerfens der Ausgabe des Druckers, die Heftvorrichtung unterzubringen, sowie einen Leistungsverbrauch betrachtet. Es ist von Vorteil, daß die Heftvorrichtung ihre Leistung von einer existierenden Leistungsversorgung empfängt. Während es möglich ist, die Heftvorrichtung mit einem höheren Strom anzutreiben, hätte es dies erforderlich gemacht, eine größere Leistungsversorgung oder eine Energiespeichervorrichtung, wie z. B. einen Kondensator, bereitzustellen. Wie oben erwähnt wurde, würde die Bereitstellung einer größeren Leistungsversorgung als ein Ergeb nis eines Bereitstellens der notwendigen Leistungshandhabungskapazität zu den Kosten beitragen. Zusätzlich würde die größere Leistungsversorgung möglicherweise den Gesamtleistungsverbrauch des Ausgabemechanismus des Druckers und möglicherweise des gesamten Druckers um eine wesentliche Menge erhöhen. In dem Fall einer Energiespeichervorrichtung würde dies die Kosten als das Ergebnis der notwendigen Größe eines Kondensators oder einer Batterie, sowie dessen, daß eine geeignete Schaltungsschaltung erforderlich wird, erhöhen.
Es ist möglich, die Kapazität einer Heftvorrichtung durch ein Neuentwerfen der Heftvorrichtung zur Anwendung mit mehr Kraft durch ein „Herunterschalten" der Heftvorrichtung zu erhöhen. Dies führt dazu, daß die Heftvorrichtung langsamer arbeitet. Dieser langsamere Betrieb beeinflußt alle Heftaufträge unabhängig davon, ob der bestimmte Heftauftrag die zusätzliche Kraft erfordert hat.
Es ist die Absicht dieser Erfindung, die maximale Dicke gestapelten Papiers, die mit einer automatischen Heftvorrichtung durchdrungen werden kann, zu erhöhen. Es ist ferner die Absicht, einen Elektromotor mit relativ kleiner Kapazität zu verwenden und die Fähigkeit des Motors zu erhöhen, Heftklammern durch die erhöhte Dicke gestapelten Papiers zu treiben. Es wird erwünscht, dies ohne ein Erhöhen des Spitzenstroms oder des Leistungsverbrauchs der Heftvorrichtung zu erzielen. Es wird ferner erwünscht, eine Heftvorrichtung zu liefern, die optimal entworfen ist, um einen relativ kleinen Papierstapel zu heften, und die dazu gebracht werden kann, einen wesentlich dickeren Stapel zu durchdringen. Dies würde die Ausrüstungskosten auf im wesentlichen diejenigen reduzieren, die notwendig sind, um den relativ kleinen Stapel zu heften, und den Heftprozeß für den kleinen Stapel optimieren, jedoch weiter in der Lage sein, die Heftoperation bei dem wesentlich dickeren Stapel durchzuführen.
Es wird ferner erwünscht, eine Heftvorrichtung zu liefern, die eine Fähigkeit eines selektiven Heftens kleiner Papierstapel sowie großer Stapel mit einer geeigneten Kraft, die jeweils ausgeübt wird, aufweist. Es wird erwünscht, das selektive Heften ohne ein wesentliches Erhöhen der Komplexität der Heftvorrichtung und ohne ein wesentliches Erhöhen der Komplexität einer Steuerungsschaltung zu liefern.
Zusammenfassung der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Heftvorrichtung durch einen Elektromotor angetrieben, der eine Mehrzahl von Malen gepulst wird, um relativ dicke Stapel Papiers zu durchdringen. Die Pulse weisen vorzugsweise jeweils eine Dauer auf, die ausreichend ist, um einen Heftzyklus bei einem vorbestimmten dünnen Papierstapel fertigzustellen und dazu führt, daß die Heftvorrichtung einen Zyklus bei dem dünnen Stapel fertigstellt. Der Motor wird durch ein Anlegen einer Leistung bei einer vorbestimmten EMK und einem vorbestimmten Maximalstrom gepulst.
Durch ein Auswählen einer Heftvorrichtung, die optimal für einen kleinen Papierstapel dimensioniert ist, werden die erhöhten Kosten, die benötigt werden, um eine Fähigkeit zur Erhöhung einer Kapazität für den dickeren Papierstapel zu liefern, durch ein Vermeiden der Kosten ausgeglichen, die einem Bereitstellen einer Heftvorrichtung mit größerer Kapazität oder einer größeren Leistungsversorgung zugeordnet sind.
Bei einer bestimmten Heftvorrichtung benötigte der Motor 1,3 A (Ampere) Strom bei 24 Volt für einen Normalbetrieb, bei dem zwei bis zehn Blätter eines 0,13-mm- (5,1-Tausendstel-Zoll-) 75-g/m²- (20-Pfund-) Papiers geheftet werden. Die Dauer des Pulses beträgt 370 bis 400 ms. Um 20 Blätter eines 0,13-mm- (5,1-Tausendstel-Zoll-) 75-g/m²-(20-Pfund-) oder 105-g/m²- (28-Pfund-) Papiers zu durch dringen, wird ein zweiter Strompuls angelegt. Dies erhöht die Dicke des Papiers, die die Heftvorrichtung durchdringen kann. Durch ein Auswählen einer Zeitgebung zwischen Pulsen bleibt das Papier komprimiert und der nachfolgende Puls durchdringt das Papier weiter. So werden zwei oder drei Pulse angewendet, um dickere Papierstapel zu durchdringen.
Der zweite Puls verbraucht mehr Zeit, wobei es jedoch nur notwendig ist, den zweiten Puls anzulegen, wenn ein Puls nicht ausreichend zur Fertigstellung des Heftauftrags ist. So ist die Zeit, die zum Heften benötigt wird, nur dann erhöht, wenn ein relativ dicker Papierstapel geheftet wird.
Die Dicke des Stapels, der durchdrungen werden soll, ist durch die physische Fähigkeit der Heftklammer, während der Durchdringungsoperationen gerade zu bleiben, sowie durch die erhöhte Reibung des Papiers eingeschränkt, die sich der Kraft annähern oder dieselbe überschreiten kann, die durch aufeinanderfolgende Pulse des Motors ausgeübt werden kann.
Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt einen Ausgabeabschnitt eines Druckers, bei dem eine Heftvorrichtung vorgesehen ist, wie bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
2 zeigt eine Konfiguration eines Heftvorrichtungsmechanismus, der bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung verwendet wird. In dieser Figur ist der Antrieb der Heftvorrichtung in einer Ruheposition;
3 zeigt den Heftvorrichtungsmechanismus aus 2, wobei der Antrieb der Heftvorrichtung in Übereinstimmung mit der Fertigstellung einer Heftoperation in einer „Ausgangs"-Position ist;
4 zeigt graphisch einen Strom, der an die Heftvorrichtung angelegt wird, um eine maximale Stoßfähigkeit zu erzielen;
5 zeigt graphisch einen Strom, der an die Heftvorrichtung angelegt wird, mit einer intervenierenden Phasenumkehrung, um das Mehrfachstoßverfahren voranzutreiben.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Diese Erfindung bezieht sich auf einen Heftvorrichtungsmechanismus 11, der in den 1-3 gezeigt ist. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird der Heftvorrichtungsmechanismus 11 in einem Ausgabesortierer 13 eines Druckers, wie in 1 gezeigt ist, verwendet. Der Ausgabesortierer 13 weist mehrere Ausgabeablagen 17 auf. Blattmedien, üblicherweise Papier, das durch den Drucker verarbeitet wird, werden selektiv in die unterschiedlichen Ausgabeablagen 17 abgegeben. Diese Konfiguration ermöglicht es, daß der Drucker eine „Briefkasten"-Ausgabe aufweist, wodurch gedruckte Blätter selektiv in unterschiedliche Schlitze plaziert werden. Die erfindungsgemäße Heftvorrichtung bildet einen Teil des Ausgabesortierers 13, obwohl es möglich ist, die Erfindung separat von einem Drucker oder dem Ausgabesortierer 13 zu implementieren. Die Heftvorrichtung besteht aus einem Körper 23, der an einem Heftvorrichtungsträger 25 befestigt ist. Der Heftvorrichtungsträger 25 ist vorzugsweise an dem Ausgabesortierer 13 an einer ersten Ausgabeablage 19 befestigt. Dies ist von Vorteil, da geheftete Druckaufträge per Definition vorgebündelt sind, was im Gegensatz dazu steht, daß sie Gruppen loser Blätter sind. Es ist alternativ möglich, eine Heftfunktion derart zu liefern, daß die gehefteten Druckaufträge in eine der Ausgabeablagen 17 abgegeben werden können. Alternativ kann der Heftvorrichtungsträger 25 derart ausgerichtet positio niert sein, daß, wenn der Ausgabesortierer 13 eine Ausgabeablage 17 ausrichtet, um das Blattmedium von dem Drucker aufzunehmen, der Heftvorrichtungsträger 25 mit dieser bestimmten Ablage 17 ausgerichtet ist. In diesem Fall sind, wenn die Ablage 17 gedruckte Blätter von Druckmedien empfangen hat, die gestapelten Druckmedien unterhalb des Heftvorrichtungsmechanismus 11 ausgerichtet.
2 zeigt einen typischen elektrischen Heftvorrichtungsmechanismus 11, der bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung verwendet wird. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Heftvorrichtungskörper 23 mit einem Winkel oberhalb der Auswurfablage positioniert, so daß die Heftoperation durch eine Bewegung mit dem gleichen Winkel von der Auswurfablage 17 erzielt wird. Als eine Übereinkunft wird die Richtung einer Motorbewegung in Richtung der Ablage betrachtet, um „nach unten" zu sein, und weg von der Ablage wird als „nach oben" betrachtet. Es wird jedoch darauf verwiesen, daß diese Bezüge von „nach oben" und „nach unten" von der Vertikalen um den Winkel der Auswurfablage abweichend sind. Die Erfindung ist nicht direkt von der Position der Auswurfablage abhängig, so daß der Abweichungswinkel bis 360° betragen kann.
Der Heftvorrichtungskörper 23 bringt einen Motor 31 und Zahnräder 33, 34, 35 unter und trägt dieselben. Ein Totganghebel 37 wird durch einen Stift 38 durch einen Schlitz 39 angetrieben und der Hebel 37 wiederum treibt einen Hammer 41 an. Der Hammer 41 in einer Abwärtsbewegung nimmt eine Greiffeder 43 in Eingriff, die wiederum einen Griff 45 nach unten gegen einen Papierstapel vorspannt. Der Papierstapel ist als Stapel 47 dargestellt.
Der Hammer 41 ist mit einer Rückstellfeder 49 nach oben vorgespannt. Die Rückstellfeder 49 unterstützt den Hammer 41 bei seiner Rückkehr in eine Ruheposition, in 2 gezeigt. Es ist möglich, daß eine Leistung an den Motor 31 unterbrochen wird, wie dies der Fall bei einem fehlgeschla genen Zyklus oder einem Zyklus ist, der eine Zeitdauer überschreitet, die für eine Fertigstellung des Zyklus erwartet wird. Ohne die Rückstellfeder 49 würde der Hammer 41 in einer anderen Position als der Ruheposition zurückbleiben. Die Rückstellfeder 49 bewirkt, daß der Hammer 41 in die Ruheposition zurückkehrt. Dies zwingt außerdem den Totganghebel 37 und das Zahnrad 35 in entsprechende Ruhepositionen. Die Zahnräder 33, 34 weisen nicht unbedingt feste Ruhepositionen auf, sondern würden sich drehen, bis das Zahnrad 35 seine Ruheposition erreicht hat. Die Federn 43 und 49 sind zur Klarheit oberhalb des Stapels Papier 47 gezeigt. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die Federn 43, 49 weg von dem Stapel Papier 47 angeordnet.
Es ist wesentlich, daß der Hammer 41 in seiner Abwärtsbewegung auch eine einzelne Heftklammer von einem Vorrat von Heftklammern in Eingriff nimmt und die Heftklammer durch den Stapel 47 nach unten treibt. Eine Hülse 51 ist an der Auswurfablage gegenüber dem Hammerkopf 41 befestigt. Dies ist der Teil der Heftvorrichtung, der die Heftklammer aufnimmt, nachdem die Heftklammer das Papier durchdrungen hat. Rillen in der Hülse 51 falten die Heftklammer, wenn der Hammer 41 die Heftklammer weiter nach unten zwingt, wodurch die Heftvorrichtung 11 die „Umlege"-Operation fertigstellen kann.
Die Heftvorrichtung 11 erzielt ihren Zweck als ein Ergebnis der Kraft des Motors 31, der den Hammer 41 antreibt. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Motor 31 ein Gleichstrommotor, obwohl es möglich ist, einen Wechselstrommotor bereitzustellen. Der Motor verhält sich folgendermaßen:
T_ind = KΦI_A (1)
E_A = KΦω (2)
I_A = (V_T – E_A)/R_A (3), wobei T_ind das induzierte Drehmoment ist; I_A der Magnetspulenstrom ist; E_A die induzierte EMK (Spannung) ist; ω die Winkelgeschwindigkeit ist; V_T die angelegte EMK (Spannung) ist und R_A der Magnetspulenwiderstandswert ist.
ω soll die Geschwindigkeit eines Motors 31 bei V_T für eine bestimmte Last (T_Last) sein. Wenn T_Last ansteigt, nimmt ω ab, was bewirkt, daß E_A abnimmt. Dies ist in Gleichung (2) gezeigt. In einem stabilen Zustand gilt T_ind = T_Last. Dies ist in Gleichung (1) gezeigt. Ein blockierter Zustand tritt auf, wenn I_A nicht ausreichend erhöht werden kann, um den Zustand T_ind = T_Last = zu erreichen. In diesem Fall gilt der Umstand T_ind < T_Last und der Motor 31 ist in einem Zustand, in dem die Heftvorrichtung blockiert und deshalb nicht mehr mit der Heftfunktion fortfährt.
So folgt, wenn die Last mit der Zeit auf eine diskrete Weise ansteigt, der Strom diesem Verhalten und der Motor ist in der Lage, die Heftklammer zu hammern, bis T_ind kleiner als der Wert ist, der benötigt wird, um die Heftklammer zu bewegen. Wenn jeder Schritt in der Heftoperation auftritt, steigt der Bedarf an Strom weiter an, obwohl der vorherige Schritt bereits zu Ende ist. Dies ist so, da, selbst wenn der vorherige Schritt den Motor verlangsamt hat, der Motor eine elektrisch induktive Reaktion erzeugt. (Induktoren unterdrücken scharfe Stromänderungen.) Es wurde bestimmt, daß 1,34 Ampere ein erwünschter Maximalstrom ist, der bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel an den Heftvorrichtungsmechanismus 11 geliefert wird. Dieser Strompegel wurde ausgewählt, um es zu ermöglichen, daß eine existierende Leistungsversorgung den Heftvorrichtungsmechanismus 11 betreibt. Dieser Strom wird für eine Pulsdauer von 370 bis 400 ms angelegt.
Es hat sich herausgestellt, daß diese Anlegung von Leistung an den Motor 31 nicht ausreichend war, um 20 Blätter eines 0,13-mm-75-g/m²- (20-Pfund-) Kopierpapiers oder 105-g/m²- (28-Pfund-) Schreibpapiers zu heften. Die Dauer des Pulses könnte ausgedehnt werden, um die Umlegeoperation fertigzustellen, wenn der Stapel jedoch dick genug wäre, würde der Motor blockieren und ω würde auf Null gehen. Als ein Ergebnis würde ein Ausdehnen des Zeitraums von 370-400 ms nicht zu einer Fertigstellung der Heftoperation führen. Um die 20 Blätter zu heften, wird ein zweiter Puls nach einer Unterbrechung des Stroms zu dem Motor 31 angelegt.
4 zeigt einen Strom, der an den Motor angelegt wird, mit der Zeit mit einer Unterbrechung des Stroms. Es hat sich herausgestellt, daß durch ein Unterbrechen des Stroms zu dem Motor 31 (2 und 3) an dem Ende des Zeitraums von 370 – 400 ms der Motor 31 neu gestartet werden und dadurch bewirken könnte, daß der Hammer 41 wieder auf die Heftklammer stößt, wobei der Motor 31 wieder mit einem Wert von ω arbeitet, der größer als Null ist. Die Unterbrechung des Stroms führt dazu, daß der Motor 31 zweimal mit Energie versorgt wird. Dies bewirkt wirksam, daß der Hammer 41 mehrere Stöße durchführt.
Dieser Puls wird vorzugsweise angelegt, wenn das Zahnrad 35 keine Ziel- oder „Ausgangs"-Position, die einer fertiggestellten Heftoperation entspricht, in einer normalen Zykluszeit erreicht, wie in 3 gezeigt ist. Wenn das Zahnrad 35 die „Ausgangs"-Position nicht erreicht, ermöglicht es der Mechanismus, daß das Zahnrad 35 schließlich zu einer Anfangs- oder Ruheposition zurückkehrt, wie in 2 gezeigt ist, nachdem die Energie zu dem Motor abgeschaltet ist.
Um 20 Blätter eines 0,13-mm-75-g/m²- (20-Pfund-) Kopierpapiers oder 105-g/m²- (28-Pfund-) Schreibpapiers zu heften, wird ein zweiter Puls eines Stroms an den Heftvorrichtungsmechanismus 11 angelegt. Dieser Puls wird vorzugsweise angelegt, wenn der Anker 32 keine Zielposition in einer normalen Zykluszeit erreicht, die einer fertiggestellten Heftoperation entspricht, wie in 3 gezeigt ist. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist diese Zykluszeit die Pulsdauer von 370-400 ms.
Bei unseren Experimenten haben wir 21 Blätter verwendet und 22 Volt bereitgestellt, um einen Spielraum für einen Fehler zu schaffen. Dies schafft eine Sicherstellung, daß die Heftvorrichtung in der Lage ist, die 20 Blätter zu durchdringen, wenn sie mit einem Versorgungsstrom von bis zu 1,3 Ampere bei 24 Volt versorgt wird.
Wenn der Hammer 41 die Ziel- oder „Ausgangs"-Position in der normalen Zykluszeit nicht erreicht, wird der Strom zu dem Motor 31 unterbrochen und der Hammer 41 kann in eine Ruheposition zurückkehren, wie in 2 gezeigt ist. Bei diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird dies dadurch erzielt, daß der Hammer 41 den Totganghebel 37 und die Zahnräder 33, 34, 35 zurück treiben kann, obwohl es möglich ist, den Heftvorrichtungsmechanismus zu entwerfen, um es dem Motor 31 zu ermöglichen, seinen Zyklus unabhängig von dem Erfolg dessen fertigstellen kann, daß der Hammer 41 seine Zielposition erreicht.
Die „Ausgangs"-Position, in 3 gezeigt, wird durch einen nockenbetriebenen Schalter 55 erfaßt, der durch eine Nocke 57 gesteuert wird. Die Nocke 57 befindet sich an dem Zahnrad 35, so daß der Schalter 55 erfaßt, wenn sich das Zahnrad 35 vollständig dreht. Eine vollständige Drehung des Zahnrads 35 zeigt an, daß ein vollständiger Heftzyklus erfolgreich durchgeführt wurde.
Es ist nicht notwendig, daß der Hammer vollständig in die Ruheposition aus 2 zurückkehrt, sondern lediglich, daß der Hammer 41 sich ausreichend aus einer Ineingriffnahme mit der Heftklammer zurückzieht, um es dem Motor 31 zu ermöglichen, neu zu starten und eine wesentliche Geschwindigkeit zu erhalten, bevor die Heftklammer wieder in Eingriff genommen wird. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel kehrt der Motor 31 in die Ruheposition zurück.
Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird die Unterbrechung eines Stroms zeitlich abgestimmt, um mit einer erwarteten Zykluszeit übereinzustimmen, die bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel die maximale Pulsdauer von 400 ms ist. Wenn die Nocke 57 die „Ausgangs"-Position nach dieser erwarteten Zykluszeit nicht erreicht hat, wird der Strom zu dem Motor 31 unterbrochen und der Hammer 41 kann sich aus einer Ineingriffnahme mit dem Papierstapel 47 zurückziehen. Nachdem wieder ein Strom an den Motor geliefert wird (in der korrekten Phase zum Antreiben des Hammers 41 nach unten), nimmt der Hammer 41 den Stapel 47 wieder in Eingriff.
Es ist alternativ möglich, die tatsächliche Rückkehrposition des Hammers 41 oder einer anderen Komponente des Heftvorrichtungsmechanismus 11 oder der Heftklammer zu erfassen. Durch ein Ermöglichen dessen, daß der Hammer 41 in die Ruheposition zurückkehrt, wird die Last auf den Motor 31, die durch die Heftklammer auferlegt wird, bei einem Anlaufen entfernt.
Der Motor 31 wirkt als ein Induktor. Deshalb kehrt der Motor 31, wenn der Strom unterbrochen wird, nicht unmittelbar mit einer Rate zurück, die konsistent mit einer Keine-Leistung-Bedingung ist. Es gibt eine leichte „Rück-EMK", die das Ergebnis der induktiven Charakteristik des Motors 31 und des resultierenden Zusammenbruchs des elektromagnetischen Feldes ist, das gebildet wurde, als der Motor 31 mit Energie versorgt wurde. Als ein Ergebnis existiert, ^wenn die dem Motor 31 zugeführte Leistung unterbrochen wird, die elektromagnetische Kraft in dem Motor 31 weiter. (Ein Strom könnte abhängig von der bestimmten verwendeten Schaltungsschaltung weiterhin fließen.) Dies ist das Ergebnis einer Induktion und einer induzierten EMK, die daraus resultiert, daß der Motor durch die Federn bewegt wird. Bezug nehmend auf 4 umfaßt der Zeitraum zwischen aufeinanderfolgenden Stößen die Zeitverzögerung, die da durch bewirkt wird, daß der Motor 31 mit Energie versorgt bleibt.
Die 4 und 5 zeigen eine EMK, die an den Heftvorrichtungsmotor 31 angelegt ist, mit der Zeit. In 4 bewirkt ein erstes Anlegen eines Stroms eine Spannungsspitze an dem Ort 71 auf dem Graphen. Nachdem die EMK abfällt, nimmt die EMK zu, wenn die Heftvorrichtung 11 den Papierstapel 47 in Eingriff nimmt(2-3). Der Anstieg der EMK ist bei 73 zu sehen. Der Motor 31 blockiert, wenn T_ind nicht ausreichend ist, um zu bewirken, daß die Heftklammer den Papierstapel 47 durchdringt. Dies ist die flache Stelle, die an einem Ort 75 gezeigt ist. (Es ist möglich, daß es eine kleine Bewegungsgröße des Motors 31 während dieses Zeitraums gibt, wobei dies nicht ausreichend wäre, um eine Durchdringung des Stapels 47 sicherzustellen.) Nach einem Zeitraum, wie bei 75 angezeigt, wird der Strom zu dem Motor unterbrochen, bei 76 gezeigt, dann wieder angelegt, bei 77 gezeigt. Der Motor 31 blockiert wieder, bei 78 gezeigt, erfordert einen dritten Stoß, bei 79 gezeigt. Bei diesem Beispiel blockiert der Motor 31 nicht, wobei eine niedrigere EMK zu dem Zeitpunkt des dritten Stoßes 79 gemessen wird.
In 5 wird ein Strom an den Motor 31 angelegt, was zu einer blockierten Bedingung führt, bei einem Ort 83 auf dem Graphen gezeigt. Der Strom, der an den Motor 31 angelegt wird, wird dann in seiner Phase umgekehrt, was zu einer 0-Volt-Bedingung führt, bei 85 gezeigt. Ein zweiter Stoß, bei 86 (Motor 31 startet neu) und 87 (Hammer 41 stößt auf Heftklammer) gezeigt, führte zu einer Durchdringung des Papierstapels 47.
Wie an einem Ort 85 auf dem Graphen in 5 gezeigt ist, ist, um die Verzögerung, die durch diese Rück-EMK bewirkt wird, die Phase der EMK, die an den Motor angelegt wird, umgekehrt. Dies beschleunigt die Rückkehr des Motors 31 in die Ruheposition. Das Anlegen der EMK mit einer umgekehrten Phase fördert die Unterbrechung eines Stroms an den Motor 31, da das Ergebnis der EMK mit umgekehrter Phase ist, daß bewirkt wird, daß ein Strom in der entgegengesetzten Richtung fließt. Deshalb ist in dem Sinne der Erfindung die Phasenumkehrung konsistent mit der Unterbrechung des Stroms zu dem Motor und ein Teil derselben. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird die Unterbrechung des Stroms durch eine „H"-Brücke mit vier Transistoren erzielt, so daß die angelegte EMK während der Unterbrechung in ihrer Phase umgekehrt wird.
Das Ergebnis der Unterbrechung des Stroms besteht darin, daß die Last auf den Motor 31 auf ein Anlegen von Energie zu einem der Unterbrechung nachfolgenden Zeitpunkt hin reduziert wird. Die Unterbrechung des Stroms bewirkt eine Umkehrung in dem Motor 31, was wiederum die Last auf den Motor 31 reduziert. Die reduzierte Last ermöglicht es, daß der Motor 31 unter der reduzierten Last neu startet, wenn ein Strom wieder an den Motor 31 geliefert wird (wobei die EMK nicht umgekehrt ist).
Nachdem der Hammer 41 in die Ruheposition zurückgekehrt ist, wird der Strom wieder aufgepulst, um einen nachfolgenden Zyklus fertigzustellen. Wenn nach einer vorbestimmten Anzahl von Versuchen die Heftoperation nicht fertiggestellt ist, wird mit dem Pulsieren des Motors aufgehört. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird der Motor mit einem Maximum von zwei Malen gepulst, obwohl auch in Betracht kommt, daß drei Versuche verwendet werden können. Die Anzahl von Versuchen wird empirisch bestimmt, wobei ein Wunsch berücksichtigt wird, nicht korrekt gefaltete Heftklammern zu vermeiden.
Der Motor 31 wird nach der Unterbrechung des Stroms an den Motor 31 neu gestartet. Die Last auf den Motor 31 bei diesem nachfolgenden Anlaufen besteht hauptsächlich aus den Federn 43, 49 und dem Moment und der Reibung des Mechanis mus. Wenn der Hammer 41 wieder die Heftklammer in Eingriff nimmt, ist der Motor 31 bei einer Betriebsgeschwindigkeit ω, die dem Betrieb des Heftvorrichtungsmechanismus mit einer geringen Last entspricht.
Als ein Ergebnis weist der Hammer, wenn der Hammer 41 die Heftklammer nach einer Unterbrechung in Eingriff nimmt, eine nach unten gerichtete Geschwindigkeit auf, die konsistent mit einer Keine-Last-Bedingung ist. Der Motor 31 wirkt mit einer optimalen Geschwindigkeit zum Bereitstellen einer Kraft auf den Hammer 41. Der Hammer 41 liefert außerdem eine zusätzliche Kraft an die Heftklammer als ein Ergebnis des Moments des Hammers 41.
Es wurde herausgefunden, daß es mit zwei an den Motor 31 angelegten Vorwärtspulsen möglich war, 20 Blätter eines 105 g/m²- (28-Pfund-) Schreibpapiers mit dem verfügbaren 1,3-A-Strom zu heften. Die zusätzlichen Pulse erlegen einen Zeitmehraufwand auf, wobei dieser betrachtet wird, um im wesentlichen der des Zeitmehraufwandes einer Heftvorrichtung zu sein, die in der Lage ist, einen einzelnen Puls bei einem maximalen Strom von 1,3 A zu verwenden, um die 20 Blätter zu durchdringen. Ferner ist der Zeitanstieg nur zu sehen, wenn ein zweiter Stoß erforderlich ist.
Es ist von Vorteil, daß die Verwendung der reduzierten Kraft, die durch die Heftvorrichtung ausgeübt wird, dazu führt, daß der geheftete Papierstapel mit einer reduzierten Vertiefung zurückbleibt, wenn nur ein einzelner Stoß nötig ist. Während dies nicht immer wesentlich ist, ist es manchmal wünschenswert, geheftete Blätter zu haben, die nicht übermäßig eng aneinandergeheftet sind. Heftklammern, die mit einer reduzierten Kraft angelegt werden, insbesondere bei der „Umlege"-Operation, neigen dazu, leichter entfernt zu werden und einen geringeren Schaden an den Blättern zu bewirken. Durch ein Ausüben der zusätzlichen Kraft, die notwendig ist, um die Heftoperation bei relativ dicken Stapeln fertigzustellen, auf nur die relativ dicken Stapel ist die Festigkeit der Heftklammer optimaler für relativ dünne Stapel.
Die obige Beschreibung bezieht sich insbesondere auf das bevorzugte Ausführungsbeispiel eines Drehmotors, der eine Heftvorrichtung antreibt, die bei dem Ausgabemechanismus eines Druckers verwendet wird. Es ist möglich, die erfindungsgemäßen Konzepte bei anderen Anwendungen zu verwenden. Als ein Beispiel ist es möglich, die erfindungsgemäßen Techniken zu verwenden, um Heftklammern mit einem Linearelektromotor oder mit einem pneumatischen Motor anzutreiben. Die Techniken anderer Typen von Ausgaben, wie z. B. eines Aufschlagschraubers, können verwendet werden. Folglich sollte die Erfindung als in ihrem Schutzumfang durch die Ansprüche eingeschränkt verstanden werden.

Claims

Ein Verfahren zum Betreiben einer Leistungs-Heftvorrichtung (11) zum Treiben von Heftklammern in Medien (47), mit folgenden Schritten: a. Anlegen einer Energie an eine primäre Bewegungsvorrichtung (31), wobei die primäre Bewegungsvorrichtung (31) bewirkt, daß eine Heftklammerantriebsvorrichtung (41) einen Heftvorgang einleitet; b. Unterbrechen der Energie, die an die primäre Bewegungsvorrichtung (31) angelegt wird; c. in dem Fall, daß die Heftklammerantriebsvorrichtung (41) den Heftvorgang nicht fertigstellt, Anlegen einer Energie zu einem der Unterbrechung nachfolgenden Zeitpunkt an die primäre Bewegungsvorrichtung (31), wodurch bewirkt wird, daß die Heftklammerantriebsvorrichtung (41) den Heftvorgang weiterführt.
Das Verfahren gemäß Anspruch 1, das ferner folgenden Schritt aufweist: Unterbrechen des Stroms zu der primären Bewegungsvorrichtung (31) ansprechend auf die Stillstandsbedingung, wobei es die Unterbrechung ermöglicht, daß eine mechanische Belastung auf die primäre Bewegungsvorrichtung (31) abgeschwächt wird.
Das Verfahren gemäß Anspruch 1, das ferner folgende Merkmale aufweist: a. die Energie, die der Heftvorrichtung (11) zugeführt wird, liefert eine ausreichende Kraft, um Medien (47) zu heften, die eine vorbestimmte Widerstandsfähigkeit gegenüber einem Heften aufweisen; b. das Anlegen von Energie zu einem nachfolgenden Zeitpunkt liefert eine ausreichende Kraft, um Medien (47) zu heften, die eine Widerstandsfähigkeit gegenüber einem Heften aufweisen, die größer ist als die vorbestimmte Widerstandsfähigkeit; c. in dem Fall, daß die Heftklammerantriebsvorrichtung (41) den Heftvorgang abschließt, kein Anlegen der Energie zu dem nachfolgenden Zeitpunkt, wodurch ein Abdruck reduziert wird, der auf dem Medium (47) hergestellt wird, wenn das Medium (47) die vorbestimmte Widerstandsfähigkeit gegenüber einem Heften nicht überschreitet, während es weiter ermöglicht wird, daß Energie auf Blattmedien (47) aufgewendet wird, die eine Widerstandsfähigkeit gegenüber einem Heften aufweisen, die größer ist als die vorbestimmte Widerstandsfähigkeit.
Das Verfahren gemäß Anspruch 1, das ferner folgende Schritte aufweist: a. die Heftvorrichtung (11) umfaßt einen Elektromotor (31), der als die primäre Bewegungsvorrichtung (31) fungiert; b. Zuführen eines elektrischen Stroms zu dem Motor (31), um die Energie anzulegen; c. Erzielen der Unterbrechung der Energie durch ein Unterbrechen des elektrischen Stroms, der dem Motor (31) zugeführt wird.
Ein Verfahren zum Betreiben eines Elektromotors (31), mit folgenden Schritten: a. Zuführen eines Stroms zu dem Elektromotor (31); b. Unterbrechen des Stroms zu dem Elektromotor (31); c. Reduzieren einer mechanischen Belastung auf den Elektromotor (31) ansprechend auf die Unterbrechung des Stroms; d. in dem Fall eines fortdauernden Betriebs des Elektromotors (31), Zuführen eines Stroms zu dem Elektromotor (31) zu einem der Unterbrechung nachfolgenden Zeitpunkt, wobei die reduzierte Belastung es ermöglicht, daß der Motor (31) einen Betrieb zu dem nachfolgenden Zeitpunkt mit einer mechanischen Widerstandsfähigkeit beginnt, die wesentlich kleiner ist als zu dem Zeitpunkt, zu dem der Strom zu dem Elektromotor (31) unterbrochen wurde, wodurch bewirkt wird, daß der Motor (31) sich über eine Position hinaus weiterbewegt, die durch einen fortdauernden Betrieb erreicht worden wäre.
Das Verfahren gemäß Anspruch 4 oder 5, das ferner folgenden Schritt aufweist: Erfassen einer Stillstandsbedingung des Elektromotors (31) nach der Einleitung der Bewegung und Ansprechen auf die erfaßte Stillstandsbedingung mit der Unterbrechung des Stroms zu dem Elektromotor (31).
Das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 4 bis 6, das ferner folgenden Schritt aufweist Bewirken, daß ein Strom während der Unterbrechung des elektrischen Stroms in einer entgegengesetzten Richtung fließt.
Eine elektrische Heftvorrichtung (11) mit folgenden Merkmalen: a. einem Elektromotor (31); b. einem Heftmechanismus (33-45), der auf eine Versorgung des Elektromotors (31) mit Energie anspricht; c. einem Sensor zum Erfassen einer Bedingung, die konsistent mit einer erfolgreichen Fertigstellung eines Heftvorgangs durch den Heftmechanismus (33 bis 45) ist; d. einer Steuerung zum Zuführen eines Stroms zu dem Elektromotor (31), wobei die Steuerung auf ein Fehlen einer erfaßten Bedingung durch ein Unterbrechen des Stroms zu dem Motor (31) und ein erneutes Zuführen des Stroms anspricht, nachdem es ermöglicht wurde, daß der Heftmechanismus (33-45) eine reduzierte Belastung annimmt.
Die Heftvorrichtung (11) gemäß Anspruch 8, die ferner folgendes Merkmal aufweist: die Steuerung legt während der Unterbrechung des Stroms einen Strom in einer Gegenphase an den Motor (31) an.