[0001] Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Steuermodul zur Anbringung auf einer
Verbrauchsmaterialkartusche, mit
- einem Speicherbauelement mit Steuerlogik und Speicherzellen,
- Kontaktelementen, die mit dem Speicherbauelement verbunden sind und die an Druckerkontakte
anschließbar sind,
gekennzeichnet durch
mindestens ein Schaltelement, welches in einer Stromversorgungsleitung zwischen einem
Stromspeicher und dem Speicherbauelement angeordnet ist,
wobei das Schaltelement einen Steuereingang aufweist und abhängig von einem an diesem
Steuereingang anliegenden Steuersignal die Stromversorgungsleitung schließt oder unterbricht,
und der Steuereingang mit einem Kontaktelement des Steuermoduls verbunden ist.
[0002] Eine Verbrauchsmaterialkartusche, nämlich eine Tintenkartusche mit einem derartigen
Steuermodul ist ebenfalls Gegenstand der Erfindung.
[0003] Im Stand der Technik sind Drucker, beispielsweise Tintenstrahl-Drucker, in einer
Vielzahl von unterschiedlichen Ausführungsformen bekannt. Zur Versorgung mit Verbrauchsmaterial
werden in der Regel austauschbare Einweg-Verbrauchsmaterialbehälter, sogenannte Verbrauchsmaterialkartuschen
verwendet, beispielsweise Tintenkartuschen. Diese werden zum Betrieb in entsprechende
Kartuschenaufnahmevorrichtungen in dem Drucker eingesetzt. Wenn eine Verbrauchsmaterialkartusche
leer ist, wird sie aus der Kartuschenaufnahmevorrichtung entnommen, entsorgt und durch
eine gefüllte Kartusche ersetzt oder mit Tinte oder Toner wiederbefüllt.
[0004] Es ist weiterhin bekannt, Tintenkartuschen mit einem elektronischen Steuermodul zu
versehen, beispielsweise mit einem elektrisch wiederbeschreibbaren Speicherbauelement
(Speicherchip), das seinerseits ein Array von Speicherzellen zur Aufnahme der Dateninhalte
und eine Steuerlogik (Speicherverwaltungsschaltung) zum Zugriff auf die Speicherzellen
umfasst. Die Steuerlogik ist mit elektrischen Kontaktelementen verbunden, das sind
von außen zugängliche Kontaktflächen, Wird die Tintenkartusche in einen Drucker eingesetzt,
treffen die Kontaktelemente auf Drucker-Kontakte, beispielsweise Kontaktfedern, die
in der Kartuschenaufahmevorrichtung des Druckers angebracht sind. Diese Drucker-Kontaktelemente
sind intern mit den Steuerbusleitungen des Druckers verbunden. Über die Steuerbusleitungen
werden von dem Drucker zum einen die Versorgungsspannung für das Speicherbauelement
und zum anderen Daten übertragen, in der Regel nach einem seriellen Datenübertragungsprotokoll.
Die Steuerlogik dient zur Durchführung von Ein- und Ausgabeoperationen von über den
Steuerbus gesendeten Daten in das bzw. aus dem Speicherzellen. Dadurch können vom
Drucker Daten aus dem Speicherbauelement der Tintenkartusche ausgelesen werden, beispielsweise
zu Typ, Tinte, Farbe (Tinten-Farbe) etc., und es können Daten in den Speicher geschrieben
werden, beispielsweise zum aktuellen Rest-Tintenfüllstand.
[0005] Durch die Speicherung der Tintenfüllstands-Daten kann ein Benutzer jederzeit über
einen angeschlossenen Rechner über den aktuellen Tintenfüllstand einer Tintenkartusche
informiert werden, und gegebenenfalls aufgefordert werden, eine in Kürze verbrauchte
Tintenkartusche rechtzeitig zu ersetzen.
[0006] Im Stand der Technik ist in der
EP 2 316 656 A1 eine Tintenkartusche mit einem Steuermodul beschrieben, welches ein Speicherbauelement
mit Steuerlogik und Speicherzellen aufweist. Ober die Steuerlogik tauscht der Drucker
wie oben geschildert Daten mit dem Speicherbauelement (memory array) aus. Das Steuermodul
weist eine Mehrzahl von Kontaktelementen auf, die mit dem Speicherbauelement verbundene
Stromversorgungs- und Daten-Kontaktelemente, sogenannte erste Kontaktelemente, umfassen,
sowie sogenannte zweite Kontaktelemente, die als Detektions-Kontaktelemente (SN und
SP) genutzt werden um festzustellen, ob die Tintenkartusche korrekt in die Kartuschenaufnahme
des Druckers eingesetzt ist und sämtliche Kontaktelemente mit den korrespondierenden
Drucker-Kontaktelementen elektrisch leitend verbunden sind. Die Kontaktelemente sind
in Reihen nebeneinander angeordnet.
[0007] Eine Besonderheit des beschriebenen Steuermoduls ist, daß ein Kontaktelement zur
Stromversorgung des Steuermoduls (Stromversorgungs-Kontaktelement VDD) in einer Reihe
zwischen zwei Detektions-Kontaktelementen angeordnet ist. Dadurch soll der Vorteil
erreicht werden, daß der einwandfreie Anschluß des zum Betrieb des Steuermoduls besonders
wichtigen Stromversorgungs-Kontaktelements mit besonderer Sicherheit detektiert werden
kann.
[0008] Ein Nachteil ist jedoch, daß bei der beschriebenen Anordnung das Stromversorgungs-Kontaktelement
in derselben Kontaktreihe und damit relativ nahe bei den Detektions-Kontaktelementen
liegen muß, wodurch die Gefahr von Kurzschlüssen zwischen dem Stromversorgungs-Kontaktelement
und den Detektions-Kontaktelementen besteht. Diese Anordnung kann im Stand der Technik
auch nicht verändert werden, da ansonsten das Steuermodul nicht mehr vom Drucker mit
Strom versorgt werden kann.
[0009] Angesichts der vorangehend erläuterten Probleme im Stand der Technik liegt der Erfindung
die Motivation zugrunde, ein Steuermodul und eine Verbrauchsmaterialkartusche (Tintenkartusche)
mit einem derartigen Steuermodul zur Verfügung zu stellen, welches Kurzschlüsse zwischen
der Versorgungsspannung und den übrigen Kontaktelementen sicher vermeidet und zu einer
höheren Funktionssicherheit führt.
[0010] Zur Lösung der vorgenannten Problematik wird erfindungsgemäß ein Steuermodul und
eine Verbrauchsmaterialkartusche (Tintenkartusche oder Tonerkartusche) mit einem derartigen
Steuermodul vorgeschlagen, das mindestens ein Schaltelement aufweist, welches in einer
Stromversorgungsleitung zwischen einem Stromspeicher und dem Speicherbauelement angeordnet
ist,
wobei das Schaltelement einen Steuereingang aufweist und abhängig von einem an diesem
Steuereingang anliegenden Steuersignal die Stromversorgungsleitung schließt oder unterbricht,
und der Steuereingang mit einem Kontaktelement des Steuermoduls verbunden ist.
[0011] Der wesentliche Unterschied des erfindungsgemäßen Steuermoduls zum Stand der Technik
besteht darin, daß das Steuermodul eine unabhängige Stromversorgung für das Speicherbauelement
einschließlich Steuerlogik und Speicherzellen aufweist. Dadurch ist es prinzipiell
möglich, Daten in die Speicherzellen zu schreiben oder aus diesen zu lesen, ohne daß
das Stromversorgungs-Kontaktelement des Steuermoduls mit dem Drucker verbunden ist.
Als Folge daraus kann das Stromversorgungs-Kontaktelement am Steuermodul weggelassen
werden.
[0012] Der besondere Vorteil des erfindungsgemäßen Steuermoduls ergibt sich daraus, daß
die Stromversorgung des Speicherbauelements autonom, d.h. unabhängig vom Anschluß
des Stromversorgungs-Kontaktelements an den Drucker durch die im Stromspeicher gespeicherte
Energie erfolgen kann: Dadurch kann das Stromversorgungs-Kontaktelement am Steuermodul
nämlich einfach ersatzlos wegfallen. Entsprechend wird die Wahrscheinlichkeit eines
Kurzschlusses mit den übrigen Kontaktelementen verringert. Die Stromversorgung des
Speicherbauelements wird durch ein Steuersignal nur dann eingeschaltet, wenn tatsächlich
Daten zwischen Drucker und Steuermodul ausgetauscht werden sollen. Dies geschieht
über einen Steuereingang, der vom Drucker mit einem Signal "Steuermodul aktivieren"
(chip enable) oder "Steuermodul zurücksetzen" (chip reset) angesteuert wird. Derartige
Signale gibt der Drucker nämlich immer vor Beginn eines Datenaustausches ab. Die restliche
Zeit, also wenn kein aktivierendes Signal anliegt, bleibt das erfindungsgemäße Schaltelement
gesperrt, d.h. die Stromversorgung des Steuermoduls bleibt abgeschaltet. Diese bedarfsweise
Aktivierung trägt dazu bei, daß der erfindungsgemäße Stromspeicher jeweils nur für
kurze Zeit beansprucht wird, dadurch kann er mit relativ kleiner Kapazität dimensioniert
werden, beispielsweise in Form einer Miniaturbatterie (Knopfzelle) oder eines wiederaufladbaren
Akkus oder Kondensators.
[0013] Als Schaltelement wird bevorzugt ein Halbleiter-Schalter wie etwa ein Transistor,
vorzugsweise ein FET (Feldeffekt-Transistor) eingesetzt, vorzugsweise in MOS-
Technologie.
[0014] Eine bevorzugte Ausführungsform des Steuermoduls sieht vor, daß das Schaltelement
an eine Zeitgeberschaltung angeschlossen ist. Diese bewirkt, daß das Schaltelement
nach dem Auftreten eines Steuersignals für eine bestimmte, vorgegebene Zeitdauer eingeschaltet
bleibt. Dadurch wird sichergestellt, daß das Steuermodul für den Datenaustausch hinreichend
lange eingeschaltet bleibt, auch wenn das Steuersignal selbst nur ein kurzer Impuls
ist. Eine Zeitgeberschaltung kann einfach durch eine Kondensatorschaltung realisiert
werden mit einem Kondensator, der parallel zum Steuereingang gegen Masse eingesetzt
wird.
[0015] Vorteilhaft kann es weiterhin sein, daß das Steuermodul mit einer Stromerzeugungseinrichtung
ausgerüstet ist. Hierzu kann beispielsweise ein mikromechanischer Generator vorgesehen
sein, der die Bewegung des Druckkopfes im Druckbetrieb in elektrische Energie umwandelt
("micro energy harvester"), oder eine Fotozelle, die Licht in Strom umwandelt oder
dergleichen. Durch die Stromerzeugungsvorrichtung kann der Stromspeicher aufgeladen
werden, so daß dieser insgesamt kleiner dimensioniert werden kann und auch auf lange
Zeit besonders funktionssicher bleibt.
[0016] Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Im Einzelnen
zeigen:
- Fig.1
- ein erfindungsgemäßes Steuermodul,
- Fig.2
- ein elektrisches Schaltbild eines erfindungsgemäßen Steuermoduls gemäß Fig.1,
- Fig.3
- eines Steuermodul nach dem Stand der Technik,
- Fig.4
- ein elektrisches Schaltbild eines Steuermoduls nach dem Stand der Technik gemäß Fig.3,
- Fig.5
- eine Tintenkartusche mit einem erfindungsgemäßen Steuermodul:
[0017] In Fig.1 zeigt eine Ansicht auf die Vorderseite eines erfindungsgemäßen Steuermoduls.
[0018] Das Steuermodul 1 ist bevorzugt auf einer Leiterplatte aus Isoliermaterial, einer
sogenannten Platine 2 aufgebaut. Auf dieser sind elektrisch leitende Kontaktelemente
10, 11, 12, 13, 14 und 15 ausgebildet. Die Kontaktelemente 10, 11, 13 und 14 sind
mit einem schematisch angedeuteten Speicherbauelement 3 verbindbar, welches auf der
Vorder- oder Rückseite der Platine 2 angeordnet sein kann. Im Einzelnen haben sie
die Funktionen:
10: Speicherbauelement Aktivieren / Zurücksetzen (chip enable/Reset = CE/RST),
11: Takt (clock = SCK),
13: Masseleitung (GND bzw. VSS), und
14: Datensignale (SDA).
Die Kontaktelemente 12 und 15 sind nicht mit dem Speicherbauelement 3, sondern über
einen Widerstand 4 miteinander verbunden. Diese beiden Kontaktelemente 12 und 15 dienen
als Detektions-Kontaktelemente (SN und SP), d.h. der Drucker erkennt eine Tintenkartusche
nur dann als korrekt eingesetzt, wenn er zwischen seinen Drucker-Kontaktelementen,
welche die Kontaktelemente 12 und 15 kontaktieren sollen, den vorgegebenen Wert des
Widerstands 4 erfasst.
[0019] Die Schaltung des erfindungsgemäßen Steuermoduls 1 ist in Fig.2 schematisch wiedergegeben.
Das Speicherbauelement 3 ist über Datenleitungen direkt mit den Kontaktelementen 11
(SCK) und 14 (SDA) verbunden, sowie über die Masseverbindung mit dem Masse-Kontaktelement
13 (GND).
[0020] Die erfindungsgemäße Besonderheit besteht darin, daß die StromversorgungsLeitung
5 (VDD) des Speicherbauelements 3 nicht mit einem der genannten Kontaktelemente, sondern
über ein Schaltelement 6 mit einem Stromspeicher 7, beispielsweise einer Batterie
oder einem Akku verbunden ist. Das Schaltelement 6 ist in der dargestellten Ausführung
als MOS-FET ausgebildet, d.h. als TransistorSchalter, dessen Steuereingang 8 an das
Kontaktelement 10 (chip enable CE/ reset RST) angeschlossen ist.
[0021] Dem Steuereingang 8 ist eine aus dem Kondensator C, den Widerständen R1 und R2 sowie
der Diode D gebildete Zeitgeberschaltung vorgeschaltet.
[0022] Das erfindungsgemäße Steuermodul 1 wird aktiviert, wenn der Drucker einen Steuerimpuls
auf das Kontaktelement 10 abgibt, das ist jedes Mal der Fall vor einer Datenübertragung,
also dem Lesen von Daten aus dem oder dem Schreiben von Daten in das Speicherbauelement
3. Der Steuerimpuls gelangt an den Steuereingang 8 des Schaltelements 6, so daß dieses
durchschaltet und den Stromversorgungs-Anschluß 5 (VDD) des Speicherbauelements 3
mit dem Stromspeicher 7 verbindet. Durch die Zeitgeberschaltung C, R1, R2, D bleibt
das Schaltelement 6 für eine voreingestellte Zeitdauer durchgeschaltet, welche für
die Durchführung der Datenübertragung ausreichend ist
[0023] In Fig.4 ist das Schaltbild eines im Stand der Technik bekannten Steuermoduls 22
wiedergegeben, wobei für die gleichen Funktionselemente dieselben Bezugszeichen wie
in Fig.1 verwendet werde. Dieses kann nur vom Drucker mit Strom versorgt werden. Daraus
ergibt sich die Notwendigkeit, es durchgehend über eine feste Leitungsverbindung und
ein Stromversorgungs-Kontaktelement 16 mit dem Drucker zu verbinden.
[0024] Ein entsprechend gestattetes Steuermodul 22 wird in Fig.3 gezeigt. Dabei ist deutlich
erkennbar, wie das Stromversorgungs-Kontaktelement 16 unmittelbar neben einem Detektions-Kontaktelement
12 angeordnet ist, wodurch die Gefahr von Kurzschlüssen zwischen dem Stromversorgungs-Kontaktelement
16 und den Detektions-Kontaktelementen 12, 15 besteht.
[0025] Im Vergleich zu der bekannten Ausführung eines Steuermoduls 22 wie in Fig.3 hat das
in Fig.1 dargestellte erfindungsgemäße Steuermodul 1 den Vorteil, daß kein Stromversorgungs-Kontaktelement
(16 in Fig.3) vorhanden ist.
[0026] Das erfindungsgemäße Steuermodul 1 kann wie im Stand der Technik bekannt an einer
Verbrauchsmaterialkartusche, beispielsweise einer Tintenkartusche 100 wie in Fig.5
dargestellt, angebracht werden.
Bezugszeichenliste
[0027]
1. Steuermodul
2. Platine (Leiterplatte)
3. Speicherbauelement
4. Widerstand
5. Stromversorgungs-Anschluß (VDD)
6. Schaltelement
7. Stromspeicher
8. Steuereingang
9. -
10. Kontaktelement (CE/RST)
11. Kontaktelement (SCK)
12. Kontaktelement (SN)
13. Kontaktelement (GND)
14. Kontaktelement (SDA)
15. Kontaktelement (SP)
16. Kontaktelement (VDD)
22. Steuermodul
100. Tintenkartusche
C Konsensator
R1 Widerstand
R2 Widerstand
D Diode
1. Steuermodul (1) zur Anbringung auf einer Verbrauchsmaterialkartusche, mit
• einem Speicherbauelement (3) mit Steuerlogik und Speicherzellen,
• Kontaktelementen (10, 11, 13, 4) die mit dem Speicherbauelement (3) verbunden sind
und die an Druckerkontakte anschließbar sind,
gekennzeichnet durch
mindestens ein Schaltelement (6), welches in einer Stromversorgungsleitung (5) zwischen
einem Stromspeicher (7) und dem Speicherbauelement (3) angeordnet ist,
wobei das Schaltelement (6) einen Steuereingang (8) aufweist und abhängig von einem
an diesem Steuereingang (8) anliegenden Steuersignal die Stromversorgungsleitung (5)
schließt oder unterbricht, und der Steuereingang (8) mit einem Kontaktelement (10)
des Steuermoduls (1) verbunden ist.
2. Steuermodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromspeicher (7) eine Batterie ist.
3. Steuermodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromspeicher (7) wiederaufladbar ausgebildet ist.
4. Steuermodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltelement (6) an eine Zeitgeberschaltung (D, C, R1, R2) angeschlossen ist.
5. Steuermodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuermodul (1) eine Stromerzeugungseinrichtung aufweist.
6. Verbrauchsmaterialkartusche (100), an der ein Steuermodul (1) angebracht ist, mit
• einem Speicherbauelement (3) mit Steuerlogik und Speicherzellen,
• Kontaktelementen (10, 11, 13, 14) die mit dem Speicherbauelement (3) verbunden sind
und die an Druckerkontakte anschließbar sind,
gekennzeichnet durch
mindestens ein Schaltelement (6), welches in einer Stromversorgungsleitung (5) zwischen
einem Stromspeicher (7) und dem Speicherbauelement (3) angeordnet ist,
wobei das Schaltelement (6) einen Steuereingang (8) aufweist und abhängig von einem
an diesem Steuereingang (8) anliegenden Steuersignal die Stromversorgungsleitung (5)
schließt oder unterbricht, und der Steuereingang (8) mit einem Kontaktelement (10)
des Steuermoduls (1) verbunden ist.