Schaltungsanordnung zum Ansteuern von Schreibdüsen in Tintenmosaikschreibeinrichtungen

Abstract

 Schaltungsanordnung zum Ansteuern von Schreibdüsen in Tintenschreibeinrichtungen mit piezoelektrischen Antriebselementen.
Die die hohen Spannungen für die piezoelektrischen Wandler schaltenden Transistoren sind zusammen mit einem diese ansteuernden Transistoren sind zusammen mit einem diese ansteuernden Schieberegister im Schreibkopf beidseitig der Schreibdüsenreihen angeordnet; zum Erweitern der Schreibkammern werden die einzelnen piezoelektrischen Wandler durch jeweils individuell zugeordnete und individuell ansteuerbare Transistoren mit dem erforderlichen Spannungspotential versorgt; gemeinsam werden die Spannungspotentiale der damit beaufschlagten piezoelektrischen Wandler über einen einzigen elektronischen Schalter entladen, wodurch durch Kontraktion der piezoelektrischen Wandler der Tröpfchenausstoß durchgefürt wird.

Beschreibung

[0001] Vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zum Ansteuern von Schreibdüsen in Tintenmosaikschreibeinrichtungen unter Verwendung von röhrenförmigen, Schreibflüssigkeit enthaltenden Antriebselementen aus elektromechanischen, insbesondere aus piezoelektrischen Wandlern, deren Durchmesser sich beim Anlegen unterschiedlicher elektrischer Spannungspotentiale auf unterschiedliche Werte einstellt.

[0002] Es ist bekannt (DE-OS 21 44 892), zum Aufzeichnen von Informationen auf Aufzeichnungsträger eine gepulste Vorrichtung zum Ausstoßen von Tintentropfen zu verwenden, welche eine röhrenförmige, durch einen piezoelektrischen Wandler umgebene Schreibkammer enthält. Bei dieser Schreibkammer wird das innere Volumen als Antwort auf ein elektrisches Signal geändert und zwar derart, daß durch Kontraktion des piezoelektrischen Wandlers die Verdrängung des umschlossenen Tintenvolumens zu einem Ausstoß eines Tintentröpfchens aus einer Schreibdüse führt Zum Ausstoßen eines Tintentröpfchens wird über eine elektronische Schaltungsanordnung, nämlich einen Schalttransistor die angelegte Spannung kurzgeschlossen, worauf der piezoelektrische Wandler durch plötzliche Kontraktion reagiert und ein Tintentröpfchen ausstößt. Nach dem Ausstoßen eines Tropfens wird über diese elektronische Schalteranordnung der Kurzschluß für die am piezoelektrischen Wandler angelegte Spannung wieder aufgehoben, so daß dieser piezoelektrische Wandler wieder mit der ursprünglichen Spannung beaufschlagt wird und in seinen expandierten Status zurückkehrt.

[0003] Darüber hinaus ist eine weitere Schaltungsanordnung zum Ansteuern eines piezoelektrischen Wandlers bekannt (DE-OS 25 48 691), bei der ein elektronischer Schalter, nämlich eine Transistor-Darlington-Schaltung, in Verbindung mit einem Übertrager die Ansteuerung des piezoelektrischen Wandlers übernimmt. Dabei wird zur Einleitung des Ausstoßvorganges der Tintentröpfchen durch entsprechende Ansteuerung der Schaltungsanordnung die im Ruhestand befindlichen Antriebselemente durch Anlegen eines entsprechenden Spannungspotentials an die piezoelektrischen Wandler erweitert. Zum Ausstoßen der Tintentröpfchen werden die Antriebselemente über diese Schaltungsanordnung aus dem erweiterten in einen verengten Zustand durch Polarisationswechsel der Steuerspannung gebracht. Dabei werden aus den Düsen der Schreibkammern die Tintentröpfchen ausgestoßen.

[0004] Bei Verwendung der bekannten Schaltungsanordnungen ist es erforderlich, daß je zu beaufschlagenden piezoelektrischen Wandler die gesamte Schaltungsanordnung einzusetzen ist. Beide Spannungspotentiale für den piezoelektrischen Wandler werden durch das gleiche elektronische Schaltelement geschaltet. Besonders beachtenswert ist die Po-. tentialänderung, die für die Kontraktion des piezoelektrischen Wandlers durchgeführt werden muß. Wie dem bekannten Stand der Technik zu entnehmen ist, muß diese Potentialänderung gegenüber der den piezoelektrischen Wandler erweiternden Potentialänderung bedeutend rascher erfolgen. Bei einer Mehrzahl von piezoelektrischen Wandlern sind bei den auftretenden hohen Spannungen und Strömen Beeinflussungen der daneben liegenden Leitungen zu befürchten.

[0005] Es ist nunmehr Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Schaltungsanordnung zum Ansteuern von elektromechanischen Wandlern, insbesondere von piezoelektrischen Wandlern, bereitzustellen, die insbesondere in einer Mehrzahl nebeneinander angeordnet sind. Die Schaltungsanordnung soll eine gegenseitige Beeinflussung der Ansteuerkreise verhindern und in der Lage sein, individuelle Ansteuerbedingungen für die einzelnen Schreibsysteme sowohl in der Expansionsphase als auch in der Kontraktionsphase zu bieten.

[0006] Eine Schaltungsanordnung, die dieser Aufgabe gerecht wird, ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß jedem der elektromechanischen Wandler ein an diese ein erstes Spannungspotential zuführender elektronischer Schalter und den elektronischen Wandlern gemeinsam ein diesen ein zweites Spannungspotential zuführender elektronischer Schalter zugeordnet sind.

[0007] Durch diese Maßnahme wird erreicht, daß die beiden unterschiedlichen Spannungspotentiale unabhängig voneinander mit unterschiedlichen eindeutig realisierbaren Schaltcharakteristiken geschaltet werden können. Bevorzugterweise ist die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung gekennzeichnet durch ein erstes die Durchmesser der elektronischen Wandler erweiterndes Spannungspotential und ein zweites die Durchmesser der elektronischen Wandler verengendes Spannungspotential.

[0008] Bevorzugterweise ist das zweite Spannungspotential ein Nullpotential und auf Masse gelegt.

[0009] Durch die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung wird also erreicht, daß in die Schreibkammern, aus denen jeweils ein Tröpfchen ausgestoßen werden soll, durch Erweiterung der elektromechanischen Wandler Tintenflüssigkeit individuell angesaugt wird, während in die Schreibkammern, aus denen unmittelbar kein Tintentröpfchenausstoß beabsichtigt ist, keine Erweiterung des elektromechanischen Wandlers und damit kein Ansaugen von Tintenflüssigkeit durchgeführt wird. Eine dabei auftretende Störbeeinflussung benachbarter Leitungen ist nicht zu erwarten, zumindest aber unschädlich. Zum Ausstoßen der Tintentröpfchen aus den einzelnen Schreibkammern werden die elektromechanischen Wandler alle gemeinsam auf Nullpotential geschaltet, d.h. kurzgeschlossen. Ist der elektronische Schalter zum Kurzschließen der Elektroden der elektromechanischen Wandler in unmittelbarer Nähe dieser Wandler angeordnet, so sind für die Kurzschlußströme nur sehr kurze Wege zurückzulegen. Es ist selbstverständlich, daß zur Strombegrenzung auf dem elektrotechnischen Gebiet hinlänglich bekannte Schaltungsmaßnahmen Anwendung finden können. Da bei dieser erfindungsgemäß ausgestalteten Anordnung lediglich die elektromechanischen Wandler kontraktieren können, die in der ersten Ansteuerphase eine Erweiterung erfahren hatten, werden nur aus den diesen zugeordneten Schreibkammern Tintentröpfchen ausgestoßen, so daß.die gewünschte Schriftbildung erzielbar ist.

[0010] Nach einer bevorzugten Ausgestaltung ist die erfindungsgamäße Schaltungsanordnung dadurch gekennzeichnet, daß der jeweils über den elektronischen Schalter zum Zufüh- cen des ersten Spannungspotentials an den elektromechanischan Wandler geleitete Strom regelbar begrenzt ist, nach einer anderen hevorzugten Ausgestaltung ist die erfindungsgemaße Schaltungsanordnung dadurch gekennzeichnet, daß zum elektromechanischen Wandler ein regelbarer Widerstand parallol geschaltet ist, welcher zusammen mit einem das Zuführen des ersten Spannungspotentials strom- begrenzenden Widerstand einen Spannungsteiler bildet. Durch eine dieser beiden Maßnahmen können Unterschiede in der Schaltcharakteristik der Gesamtanordnung insbesondere aber Unterschiede in der Schaltcharakteristik des elektromechanischen Wandlers abgeglichen werden

[0011] Insbesondere bei Verwendung eines vor dem Aufzeichnungsträger längs der Schreibzeile wandernden Schreibkopfes mit einer Vielzahl von einzelnen Schreibkammern tritt das Problem auf, daß eine entsprechende Vielzahl von Steuerleitungen vom ortsfesten Teil der Schreibeinheit zum bewegten Schreibkopf geleitet werden müssen. Sowohl der mechanische Aufwand als auch die Tatsache, daß Störbeeinflussungen benachbarter Stromführungen zu befürchten sind, wirken sich ungünstig auf das Gesamtkonzept aus. Aus diesem Grunde ist die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung bevorzugterweise dahingehend weitergebildet, daß im räumlich unmittelbaren nahen Bereich der das erste Spannungspotential zuführenden elektronischen Schalter ein durch Datenimpulse und durch Steuertakte beaufschlagte Schieberegister angeordnet ist, dessen einzelne Stufen je einem elektronischen Schalter zugeordnet sind, welche ebenfalls nahe der elektromechanischen Wandler angeordnet sind.

[0012] In diesem Zusammenhang ist es unter bestimmten Voraussetzungen zweckmaßig, die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung derart zu gestalten, daß mit den das erste Spannungspotential zuführenden elektronischen Schaltern für die einzelnen elektromechanischen Wandler ein gemeinsamer elektronischer Schalter in Serie geschaltet ist. Über diesen ist eine Übernahme des Schieberegisterinhalts zur Ansteuerung der einzelnen elektronischen Schalter durchführbar.

[0013] Nach den Merkmalen ausgestaltete Ausführungsbeispiele sind anhand der Zeichnung im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 ein Prinzipschaltbild zur Ansteuerung von piezoelektrischen Wandlern,

Fig. 2 ein Steuerdiagramm dieser Schaltungsanordnung,

Fig. 3 ein Prinzipschaltbild einer weiteren Ansteuerschaltung für piezoelektrische Wandler,

Fig. 4 ein Steuerdiagramm für diese Ansteuerschaltung,

Fig. 5 ein Prinzipschaltbild einer Ansteuerschaltung für piezoelektrische Wandler unter Verwendung eines vorgeschalteten Schieberegisters,

Fig. 6 eine davon abgewandelte Steuerschaltung für piezoelektrische Wandler und

Fig. 7 ein Steuerdiagramm für diese Schaltungsanordnungen.

[0014] Als elektromechanische Wandler eingesetzte piezokeramische Wandler P1 bis Pn sind die Antriebsorgane von Schreibkammern eines Mosaiktintenschreibkopfes,mittels dem Zeichen durch gezielten Ausstoß von Tintentröpfchen auf einen Aufzeichnungsträger aufgezeichnet werden.

[0015] Bei einer Schaltungsanordnung gemäß Fig. 1 wird für den Fall, daß ein Tröpfchenausstoß durch den piezoelektrischen Wandler P1 erfolgen soll, ein Steuersignal jeweils an den betreffenden Eingang SU1 bis SUn zugeführt. Über den Transistor T1 wird der Transistor T2 durchlässig gesteuert. Je nach Einstellung eines regelbaren Widerstandes R2 wird in Verbindung mit einem weiteren Widerstand R1 durch Brückenschaltung die Basis des Transistors T2 angesteuert, so daß der Transistor T2 strombegrenzend durchlässig wird. Damit wird die Kapazität des piezoelektrischen Wandlers P entsprechend der angelegten Versorgungsspannung +UB1, die bei ca. 300 V liegt, dem Widerstandswert des Widerstandes R3 und des Transistors T2 und der Öffnungszeit des Transistors T2 auf ein.Ansteuer- potential eingestellt. Dabei expandiert der piezoelektrische Wandler P, wodurch Tintenflüssigkeit in die zugeordnete Schreibkammer nachgesaugt wird. Zum Ausstoß der Tintentröpfchen aus den Kammern, in die Tinte nachgesaugt wurde, wird ein Steuerimpuls an den Eingang SU angelegt, welcher den Transistor TUO durchlässig schaltet. Damit werden über die zur Entkopplung dienenden Dioden D sämtliche aufgeladenen piezoelektrischen Wandler P1 bis Pn durch Kurzschluß ihrer beiden Elektroden entladen. Durch die dabei auftretende Kontraktion der betreffenden piezoelektrischen Wandler P1 bis Pn erfolgt der Tröpfchenausstoß.

[0016] Fig. 3 zeigt eine abgewandelte Schaltungsanordnung gegenüber der Anordnung gemäß Fig. 1 insoweit, daß nunmehr nicht der Brückenwiderstand R2 an der Basis des Transistors T2 verstellbar ist,sondern daß dieser als Festwiderstand ausgebildet ist, so daß der Transistor T2 als reiner Schalter wirkt. Die Regelung für das einzustellende Spannungspotential am piezoelektrischen Wandler P erfolgt durch einen mit diesem piezoelektrischen Wandler zusätzlich geschalteten verstellbaren Widerstand R5 in Verbindung mit dem Widerstand R3. Durch Vergleich der Fig. 2 und 4 sind die durch die beiden Schaltungsanordnungen unterschiedlichen Aufladecharakteristiken UB für die piezoelektrischen Wandler P.ersichtlich.

[0017] Aus der Fig. 7 sind die Ansteuerbedingungen für die Schaltungsanordnung zum Ansteuern von piezoelektrischen Wandlern unter Verwendung eines Schieberegisters erläutert. Es ist ersichtlich, daß bei den Schaltungsanordnungen gemäß Fig. 1 und Fig. 3 soviele Steuerleitungen vorhanden sein müssen, wie Steuereingänge SU1 bis SUn vorhanden sind. Die Schaltungsanordnungen gemäß Fig. 5 und Fig. 6 ermöglichen eine wesentliche Reduzierung des Leitungsaufwandes. Zu diesem Zwecke sind die Schieberegister SR angeordnet. Die Ansteuerkriterien werden seriell über Datenimpulse SD den Schieberegistern durch Datensignale SD an den Eingängen D in Verbindung mit Taktsignalen SC, welche an die Takteingänge geführt sind, zugeführt. Nach vollständiger Ladung des Schieberegisters SR wird durch Anlegen eines Steuerimpulses SE am Enableeingang E des Schieberegisters RSR bei der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 5 dieses Schieberegister abgerufen und entsprechend der Einstellung der einzelnen Schieberegisterstufen Q1 bis Qn die zugeordneten Transistoren T1 und darüber die Transistoren T2 angesteuert. Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 6 erfolgt die Informationsübernahme aus dem Schieberegister SR durch Anlegen eines Steuerimpulses am Eingang UE des Transistors TE, welcher die Versorgungsspannung UB1 über den Transistor TUB1 an die Transistoren T anlegt.

Ansprüche

1. Schaltungsanordnung zum Ansteuern von Schreibdüsen in Tintenmosaikschreibeinrichtungen unter Verwendung von röhrenförmigen, Schreibflüssigkeit enthaltenden Antriebselementen aus elektromechanischen, insbesondereaus piezoelektrischen Wandlern, deren Durchmesser sich beim Anlegen unterschiedlicher elektrischer Spannungspotentiale auf unterschiedliche Werte einstellt, adurch gekennzeichnet , daß jedem der elektromechanischen Wandler (P1 bis Pn) ein an diese ein erstes Spannungspotential zuführender elektronischer Schalter (T2) und den elektronischen Wandlern (P1 bis Pn) gemeinsam ein diesen ein zweites Spannungspotential zuführender elektronischer Schalter (TUO bzw. Th) zugeordnet sind.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein erstes die Durchmesser der elektromechanischen Wandler (P1 bis Pn) erweiterndes Spannungspotential und ein zweites, die Durchmesser der elektromechanischen Wandler (P1 bis PO) verengendes Spannungspotential.

3. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß das zweite Spannungspotential Nullpotential ist.

4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß das zweite Spannungspotential Massepotential ist.

5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß der jeweils über den elektronischen Schalter (T2) zum Zuführen des ersten Spannungspotentials an den elektromechanischen Wandler (P1 bis Pn) geleitete Strom regelbar begrenzt ist.

6. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zum elektromechanischen Wandler (P1 bis Pn) ein regelbare Widerstand (R5) parallel geschaltet ist, welcher zusammen mit einem das Zuführen des ersten Spannungspotentials strombegrenzenden Widerstand (R3) einen Spannungsteiler bildet.

7. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet , daß die elektronischen Schalter (T2, TUO, Th) in räumlich unmittelbarer Nähe der elektromechanischen Wandler (P1 bis Pn) angeordnet sind.

8. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, insbesondere bei Verwendung eines vor dem Aufzeichnungsträger längs der Schreibzeile wandernden Schreibkopfes, dadurch gekennzeichnet , daß im räumlich unmittelban nahen Bereich der das erste Spannungspotential an die elektromechanischen Wandler (P1 bis Pn) zuführenden elektronischen Schalter (T2) ein durch Datenimpulse (SD) und durch Steuertakte (SC) beaufschlagbare Schieberegister (SR) angeordnet ist, dessen einzelne Stufen mit ihren Ausgängen (Q1 bis Qn) je einem der Schalter (T2) zugeordnet sind.

9. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet , daß mit dem das erste Spannungspotential an den elektromechanischen Wandler (P1 bis Pn) zuführenden elektronischen Schaltern (T2) ein gemeinsamer elektronischer Schalter (TUB1)in Serie geschaltet ist.

Zeichnung