DE2036374C3 - Einrichtung zur Steuerung des Papiervorschubes bei Druckern - Google Patents

Description

Die Anmeldung betrifft eine Einrichtung zur Steuerung des Papiervorschubs und seines genauen Anhaltens in einer gewünschten Stellung für Drucker gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Es ist eine derartige Steuereinrichtung für den Formularbahnvorschub bekannt (DE-AS 11 99 287), die das Beschicken eines Hydraulikmotors mit Druckflüssigkeit regelt, wobei neben dem Stillstand des Motors zwei nur jeweils konstante Geschwindigkeiten für den Motor und damit für den Papiervorschub einstellbar sind. Der bekannte Hydraulikmotor weist ein geringes Trägheitsmoment auf, doch ist der verwendete Sollwertgeber dabei nicht als Sollspannungsgeber ausgebildet.

Bei der bekannten Verwendung von Spannungen zur Steuerung von elektrischen Antrieben (DE-OS 38 995) wird die Motor-Istdrehzahl mit einer bestimmten vorgegebenen Motor-Solldrehzahl verglichen und auf deren Drehzahl gebracht bzw. gehalten. Der hierbei verwendete Gleichstrommotor besitzt jedoch kein geringes Trägheitsmoment.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei Druckern ein Papiervorschubsteuersystem von geringen Kosten, hoher Genauigkeit und Zuverlässigkeit zu schaffen.

Diese Aufgabe wird erfindungsge.mäß mit der im Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung gelöst.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen

insbesondere darin, daß der Papiervorschub bei unterschiedlich großer Geschwindigkeit exakt eingestellt werden kann, wobei die Anhaltevorrichtung keine mechanischen Sperrglieder aufweist.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ist im Patentanspruch 2 angegeben.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 eine schematische perspektivische Ansicht der mechanischen Einheiten enthaltendes Blockdiagramm gemäß der Erfindung,

F i g. 2 Diagramme des Verhaltens der verschiedenen Spannungen und Ströme,

Fig.3 ein Schaltbild des Sollwertgebers und der Spannungsvergleichsschaltung und

F i g. 3a ein gleichwertiges Schaltbild der Spannungsvergleichsschaltung.

bo Gemäß der Darstellung nach F i g. 1 treibt der Papiervorschubmotor 1 die Zahnkettenvorrichtung 2 an, die die Papierbahn 3 mitnimmt. Auf der Motorwelle oder einer sonstigen durch den Motor positiv angetriebenen Welle sind angebracht: Eine einer aus der bs Lampe 5 und der Photodiode 6 bestehenden photoelektrischen Aufnahmevorrichtung zugeordnete Photoscheibe 4, die an ihrem Umfang eine Gruppe von im wechselseitigen gleichen Abstand voneinander an-

geordneten Löchern aufweist und ein geschwindigkeitsproportionaler Gleichstromgenerator 7, der an seinen Anschlüssen eine der Drehzahl des Motors porportiona-Ie Spannung liefert

Die Entfernung zwischen den Löchern am Umfang der Photoscheibe 4 ist so, daß der Winkel, über den der Motor umlaufen muß, damit jedes Loch in der Photoscheibe diese Entfernung durchläuft gleich ist dem Winkel, der für den Motor zum Vorschub des Papiers um einen Zeilenabstand erforderlich ist κι Dadurch erhält die Photodiode einen Lichtimpuls und liefert jedesmal, wenn sich das Papier um einen Zeilenabstand vorbewegt, einen elektrischen Impuls.

Wie bereits festgestellt erfolgt der Papiervorschub entweder »schrittweise« (wobei sich jeder Schritt über einen, zwei oder drei Zeilenabstände erstreckt) oder in »Sprüngen«, die das Papier um eine erheblich größere Strecke vorbewegen. Der Sprung kann in Abhängigkeit von der Größe des erforderlichen Abstandes bei unterschiedlichen Geschwindigkeiten erfolgen, wobei die Sprunggeschwindigkeit stets höher ist als die schrittweise Geschwindigkeit Es können beispielsweise drei Geschwindigkeiten in Betracht kommen: Eine niedrige, d.h. die schrittweise Geschwindigkeit, eine mittlere für »langsame« Sprünge und eine höhere für »schnelle« Sprünge. Mögliche Werte für diese drei Geschwindigkeiten können beispielsweise 600 mm/sec, 1000 mm/sec. bzw. 1800 mm/sec. sein.

Gemäß F i g. 1 erhält die logische Schaltung 8 von dem Eingang 9 her die zu der erforderlichen jo Vorschubart, d. h. dem schrittweisen Vorschub um einen, zwei oder drei Zeilenabstände; dem langsamen Sprung oder dem schnellen Sprung; der Zeilenabständeanzahl pro Sprung, in Beziehung stehenden Befehle. Am Eingang 10 werden die aus der der Photoscheibe 4 zugeordneten Photozelle 6 kommenden Impulse in die Schaltung eingegeben.

Die logische Schaltung 8 bewirkt entsprechend den erhaltenen Befehlen die Steuerung des Sollwertgebers 11, der eine Sollwertspannung zum Bestimmen der w Drehzahl des Motors erzeugt. Die Sollwertspannung wird an den Ausgangsanschluß 12 der Spannungsvergleichsschaltung 13 angelegt; in dieser Schaltung werden zwei Spannungen miteinander verglichen. Die erste ist die Sollwertspannung Vr, während die als tachometrische Spannung bezeichnete zweite Spannung Vrder durch den geschwindigkeitsproportionalen Gleichstromgenerator erzeugten, an den Eingangsanschluß 14 angelegten Spannung proportional ist. Das Proportionalitätsverhältnis ist so gewählt, daß für jede >o Sollwertspannung die bei der entsprechenden Drehzahl erzeugte tachometrische Spannung knapp unter der Sollwertspannung Vr liegt. Nun sei angenommen, daß das Proportionalitätsverhältnis gleich Eins ist, so daß Vt die gleiche Spannung ist wie die durch den G'eichstromgenerator erzeugte tatsächliche Spannung. In der Spannungsvergleichsschaltung wird die tachometrische Spannung von der Sollwertspannung abgezogen, und der ermitteilte Unterschied ist die an den Ausgangsanschluß 15 des in zwei Richtungen arbeitenden &o Verstärkers 16 angelegte Differenzspannung Vs. Der Unterschied kann positiv sein, sofern die Sollwertspannung höher ist als die tachometrische Spannung. In diesem Fall liefert der Ausgangsanschluß 117 des Verstärkers einen positiven Strom, d. h. einen Strom, t>5 der bewirkt, daß der Motor in der zum Vorschub des Papiers passenden Richtung umläuft. Im gegenteiligen Fall ist der Unterschied negativ, und der Verstärker führt dem Motor einen negativen Strom zu, der eine Bremswirkung hat Sofern der Unterschied Null beträgt, wird der Motor nicht mit Strom gespeist

Die Kurven nach Fig.2 zeigen die reziproken Verhältnisse zwischen der tachometrischen Spannung Vt, der Differenzspannung Vs und dem dem Motor beispielsweise bei einem schnellen Sprung zugeführten Speisestrom.

Entsprechend dem erhaltenen Defehl wählt die logische Schaltung 8, wie nachstehend noch näher beschrieben, die dem schnellen Sprung zugeordnete Sollwertspannung aus.

Die Linie R (F i g. 2a) stellt diese Spannung Vr und die Linie Tdie tachometrische Spannung VYdar. Anfänglich bei stillstehendem Motor ist die tachometrische Spannung gleich Null: Die Differenzspannung Vs, die den Unterschied zwischen V₁? und Vt darstellt und in F i g. 2b durch die Linie 5 dargestellt ist, ist gleich der gesamten Sollwerlspannung Vr. Der Verstärker liefert einen in dem Diagramm nach F i g. 2c durch die Linie / dargestellten positiven Speisestrom Iu

Mit dem Anlaufen und Beschleunigen des Motors liefert der geschwindigkeitsproportionale Gleichstromgenerator eine in F i g. 2a durch die Linie Tdargestellte zunehmende Spannung. Die Differenzspannung Vs nimmt wie durch die den Unterschied zwischen der Linie R und der Linie T darstellende Linie S veranschaulicht entsprechend ab.

Wenn diese Spannung kleiner wird als ein den Sättigungsbedingungen des Verstärkers entsprechender vorbestimmter Schwellenwert W, wird die Stromabgabe / schwächer als der Höchstwert Im, und demzufolge nimmt die Beschleunigung und somit auch die Steilheit der Kurve Tab.

Wenn die Stromabgabe so ist, daß sie die Reibungsverluste gerade ausgleicht, wird die Beschleunigung Null, und der Motor läuft mit konstanter Drehzahl.

Während der Drehbewegung sendet die der Photoscheibe zugeordnete Aufnahmevorrichtung eine Anzahl von Impulsen, die gleich der Anzahl der Zeilenabstände ist, in die logische Schaltung 8, die sie mit Hilfe eines Zählers zählt. Wenn die Anzahl der aufgenommenen Impulse eine Größe n — k erreicht, worin η die Anzahl der Zeilenabstände des programmierten Sprungs und k eine in passender Weise gewählte ganze Zahl, beispielsweise Jt= 5, bedeutet, wird die Sollwertspannung auf den dem schrittweisen Papiervorschub entsprechenden Wert Vp gesenkt. Dadurch wird Vr niedriger als Vt, so daß dem Verstärker ein negatives Spannungssignal zugeführt wird, der nunmehr einen negativen Strom Im liefert, der den Motor plötzlich bremst und seine Drehzahl auf den schrittweisen Wert verringert.

Dieses Bremsen erfordert die durch Jt Impulse in Anspruch genommene Zeit. Wenn der n. Impuls aufgenommen wird, wird die Sollwertspannung auf Null gebracht, die Differenzspannung wird negativ und der Bremsstrom bringt den Motor zum Halten.

Es leuchtet ein, daß die Genauigkeit der durch das Papier am Ende eines Vorschubvorganges erreichten Endlage von der Einwirkbeständigkeit des Bremsstroms abhängig ist: Sofern diese Einwirkung zu stark ist, hält das Papier zu früh an, während bei zu schwacher Einwirkung das Papier die richtige Lage überfährt.

r i g. 3 zeigt die Schaltbilder des Sollwertgebers 11 und der Spannungsvergleichsschaltung 13.

Der Sollwertgeber II enthält drei Transistoren 71, Ti und Γ), beispielsweise vom NPN-Typ, deren Kollekto-

ren aus einer gemeinsamen positiven Spannungsquelle + V (beispielsweise +20 Volt) über die jeweiligen Widerstände R\, R₂ bzw. R₃ gespeist werden. Die Emitter sind geerdet, während die Kollektoren jeweils an die Anode von drei Dioden D₁, D₂ bzw. D_s ί angeschlossen sind. Die Kathoden dieser Dioden sind alle an eine Seite 25 eines regelbaren Potentiometers Ra angeschlossen, dessen andere Seite geerdet ist. Die Basen der drei Transistoren sind jeweils an die drei Eingangsanschlüsse 21,22 bzw. 23 angeschlossen, an die ι ο die logische Schaltung 8 die der benötigten Sollwertspannung entsprechenden Befehlsmuster anlegen kann.

Für diese Befehlsmuster ist der Binärwert EINS eine positive Spannung (beispielsweise +5 Voll), während der Binärwert NULL gleich 0 Volt ist. ι >

Wenn an jeden der drei Eingänge 2i, 22 bzw. 23 ein EINS-SignaC d. h. eine positive Spannung, angelegt wird, leiten die Transistoren, so daß ihr Kollektor jeweils praktisch auf 0 Volt geht und folglich die Stelle 25 auch 0 Volt aufweist und somit die Sollwertspannung Vr am Ausgangsanschluß 12 ebenfalls 0 Volt aufweist. Der Motor wird also nicht mit Strom gespeist, und es findet kein Papiervorschub statt.

Wenn an den Eingang 21 ein NULL-Signal angelegt wird, während die Eingänge 22 und 23 auf dem EINS-Wert verbleiben, schaltet der Transistor Ti ab, so daß ein Strom über A₁, D₁ und Ra fließt und der Ausgangsanschluß 12 auf eine von den Widerstandswerten von R\ und Ra sowie von der Stellung des Läufers von Ra abhängige Sollwertspannung V_p gebracht wird. Da der Widerstand von R\ erheblich höher ist als der Widerstand von Ra, ist die Sollwertspannung V_P am Ausgangsanschluß 12 erheblich niedriger als die Speisespannung, wobei sie durch Einstellen des Läufers von A4 mit der Sollwertspannung des schrittweisen Papiervorschubs übereinstimmend gemacht wird.

Sofern an die beiden Eingänge 21 und 22 ein NULL-Signal angelegt wird, schalten die Transistoren T\ und T₂ ab und werden die Widerstände A₁ und R2 parallel geschaltet Der sich daraus ergebende Widerstandswert ist niedriger als im vorhergehenden Fall; die Spannung am Ausgangsanschluß 12 ist höher und gleich der Sollwertspannung V_L für den langsamen Sprung.

Wenn schließlich beide Eingänge 21 und 22 geerdet werden, werden die Widerstände R\ und A3 einander parallelgeschaltet und, da der Widerstandswert von A3 gegenüber dem von A₁ verhältnismäßig klein ist, ist der sich daraus ergebende Widerstand noch kleiner, so daß demzufolge die Spannung am Ausgangsanschluß 12 verhältnismäßig hoch und gleich der Sollwertspannung so Vs für den schnellen Sprung ist

In der nachstehenden Tabelle sind die für jeden der vier Befehlsmuster an die Eingänge angelegten logischen Werte und die zu ihnen in Beziehung stehenden Sollwertspannungen angegeben:

Bedingungen Eingänge

21

23

Sollwertspannung

Stillstand EINS EINS EINS OVoIt

Schrittweise NULL EINS EINS V_p

Langsamer NULL NULL EINS V,

Sprung

Schneller NULL EINS NULL V_s

Sprung

60

65 Es sei bemerkt, daß von den an den drei Eingängen möglichen acht Binärwerte-Kombinationen nur vier benutzt werden. Dadurch sind vier verbleibende Kombinationen bei Bedarf für zusätzliche Sollwertspannungen verfügbar. Die Wahl der vier Kombinationen ist einfach beispielsweise, da in Abhängigkeit von den Widerstandswerten und Ausführungen auch andere gewählt werden können.

Außerdem sei bemerkt, daß, da bei der bevorzugten Ausführungsform nur vier Sollwertspannungen benutzt werden, nur zwei Eingangsanschlüsse unbedingt benötigt werden, da sie vier verschiedene Kombinationen von angelegten Binärwerten zulassen würden. Diese Ausführung würde jedoch zu starre Beschränkungen hinsichtlich der durch gegebene Widerstandswerte erzieibaren Spannungswerte bedingen.

Bei der beschriebenen Ausführung können die Werte der drei Widerstände frei so gewählt werden, daß man das passendste Verhältnis zwischen den drei benötigten Papiervorschubgeschwindigkeiten erhält.

Der Läufer von R₄ ermöglicht, wie bereits festgestellt, das genaue Einstellen beispielsweise der schrittweisen Vorschubgeschwindigkeit auf den verlangten Wert. Wenn R' den zwischen dem Läufer und Erde enthaltenen Teil des Widerstandes Ra bedeutet, so ist die Sollwertspannung R' proportional, wobei der Verhältniskoeffizient von der Kombination der Widerstände Ru R2, R3 abhängig ist. Deshalb sind die Verhältnisse zwischen den Spannungswerten von R 'unabhängig. Das Einstellen des Läufers des Potentiometers verändert also nicht die Verhältnisse zwischen den Papiervorschubgeschwindigkeiten. Ein Satz geeigneter Werte für diese Widerstände ist beispielsweise folgender:

R₁ = R₂ = 2200 Ohm
R₃ = 400 0hm
R₄ = 500 0hm,

was zu folgendem Suiz von Spannungen führt:

V_P = V-

R'

2700

V_x= V

838

Die Verhältnisse zwischen den Spannungen und den Vorschubgeschwindigkeiten sind somit:

V_L Kp = 1,69 V_S/V_P = 3,24

Wenn beispielsweise die schrittweise Papiervorschubgeschwindigkeit 560 mm/sec. beträgt, beträgt die Geschwindigkeit für den langsamen Sprung etwa 950 mm/sec. und die Geschwindigkeit für den schnellen Sprung 1800 mm/sec.

Die Spannungsvergleichsschaltung 13 enthält die wie angegeben geschalteten Widerstände Rs, Re und Rj. Ihre Sollwertspannung Vr ist am Ausgangsanschluß 12 vorhanden, während die Differenzspannung V^j am Ausgangsanschluß 15 vorhanden ist, der den Eingang in den in Fig.3 durch seinen Eingangswiderstand Rc dargestellten Verstärker 16 bedeutet

Der geschwindigkeitsproportionale Gleichstromgenerator 7 ist an die Anschlüsse 15 und 14 angeschlossen und liefert eine der Drehzahl des Motors und somit der Papiervorschubgeschwindigkeit proportionale Istwertspannung W- Die Widerstände Re und R? bilden einen Spannungsteiler, so daß zwischen dem Ausgangsanschluß 15 und der Stelle 18 eine tachometrische Spannung Wgleich : VrRjI(Re+Ri) vorhanden ist

Die Widerstandswerte von /?6 und R₇ sind so gewählt, daß die tachometrische Spannung VVder Sollwertspannung Vr vergleichbar ist, d. h., daß es für jede Sollwertspannung Vr eine Drehzahl des geschwindigkeitsproportionalen Gleichstromgenerators gibt, für die Vt gleich V« ist. Bei Anwendung des Thevenin-Theorems kann der den geschwindigkeitsproportionalen Gleichstromgenerator und die Widerstände R₆ und R₇ enthaltende Kreis durch einen Kreis ersetzt werden, der einen die Spannung VVliefernden idealen Spannungsgeber GT enthält, der mit einem Widerstand R_eq in Reihe geschaltet ist, dessen Widerstandswert gleich dem der einander parallelgeschalteten Widerstände Rt und R₇ ist:

R_eq = R₆ R₁/(R₆+ R₁).

Der Kreis des Vergleichers ist deshalb dem in F i g. 3a dargestellten gleichwertig, in welcher GR ein die Sollwertspannung Vr liefernder idealer Spannungsgeber /?5 ein Widerstand gleich der Summe der Widerstandswerte des Widerstandes Rs und des Teiles R' des in den Kreis eingeschalteten Potentiometers Ra ist und Rc der Eingangswiderstand des Verstärkers 16 ist, so daß die Differenzspannung Vs der Spannungsabfall an diesem Widerstand Rc ist. Der Strom / ist gegeben durch die Gleichung

V_R-V_T = (R_eq + R₅' + R_c)l-

da V_s — R_c ■ I, kann die Gleichung wie folgt geschrieben werden:

V_R-V_T =

worin K eine Konstante und V's eine Vs proportionale fiktive Differenzspannung bedeutet.

Die Diagramme nach F i g. 2 sind auch gültig, wenn an Stelle der Spannung VV des Gleichstromgenerators die effektive Spannung Vr in Betracht gezogen wird und wenn an Stelle der Differenzspannung Vs die fiktive Spannung V's berücksichtigt wird, da VV proportional Vt und V's proportional Vs ist. Dies bedeutet lediglich eine Veränderung des Maßstabes der Diagramme nach F i g. 2a und 2b: In diesem Fall für Vr = Vt, V's = 0 und außerdem Vs = 0.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Steuerung des Papiervorschubs und seines genauen Anhaltern in einer gewünschten Stellung für Drucker, wobei das Papier durch eine Antriebseinrichtung mittels eines Motors geringer Trägheit vorgerückt wird und wobei ein Impulserzeuger mit einem Zeilenimpuls je Zeile und eine logische Steuereinrichtung vorgesehen sind, welche Steuereinrichtung Eingänge zum Empfangen von Befehlssignalen und von den Zeilenimpulsen und Ausgänge zum Abgeben von Befehlsmustern zur wahlweisen Betätigung der Antriebseinrichtung mit verschiedener Geschwindigkeit aufweist, wozu ein Sollwertgeber vorgesehen ist, dessen Werte von den Befehlsmustern bestimmt werden, und wobei ferner Vergleichsschaltungen zur Lage- bzw. Geschwindigkeitsregelung des Papiers vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Sollwertgeber (U) Drehzahlen der Papierantriebseinrichtung entsprechen sollende Spannungen abgibt und mindestens einen ersten und einen zweiten Transistor (7Ί, T₂ bzw. T₃) enthält, deren Kollektoren jeweils aus einer gemeinsamen Spannungsquelle über mindestens einen ersten und einen zweiten Widerstand (R\, R2 bzw. R₃) gespeist werden und deren Basen jeweils mindestens an einen ersten und einen zweiten Eingangsanschluß (21, 22 bzw. 23) angeschlossen sind, um die Befehlsmuster aufzuneh- J0 men, während ihre Emitter unmittelbar an Erdpotentialen (0 Volt) liegen und die Kollektoren zusätzlich an die Eingangselektrode mindestens einer ersten und einer zweiten Diode (Di, Di bzw. D₃) angeschlossen sind, deren Ausgangselektrode an einen ersten feststehenden Anschluß (25) eines Potentiometers (Ra) angeschlossen ist, daß der entgegengesetzte feststehende Anschluß des Potentiometers geerdet ist und der an den Läufer des Potentiometers angeschlossene Anschluß an dem Ausgangsanschluß (12) des Sollwertgebers (11) liegt, wobei der Ausgangsanschluß (12) eine entsprechend der an die Eingangsanschlüsse angelegten Befehlsmuster aus einer Vielzahl von vorbestimmbaren Bezugsspannungen ausgewählte Bezugsspannung (Vr) liefert, daß eine Spannungsvergleichsschaltung (13) zum Vergleichen einer durch einen Tacho an der Papierantriebseinrichtung erzeugten tachometrischen Spannung (Vt) proportionalen Istwertspannung (V't) mit der Sollwertspannung (Vr) zum Erzeugen einer dem Unterschied zwischen der Sollwertspannung und der Istwertspannung proportionalen Differenzspannung (Vs) vorhanden ist und daß ein in zwei Richtungen arbeitender Verstärker zum Steuern der Drehzahl des als Gleichstrommotor ausgebildeten Papiervorschubmotors (1) mit Hilfe eines in seiner Größe und seiner Richtung durch die Differenzspannung bestimmten Speisestromes (Iu) vorgesehen ist

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsvergleichsschaltung (13) mit einem vierten und einem fünften, zueinander in Reihe an einem Eingangsanschluß (Ausgangsanschluß 12 des Sollwertgebers 11) und einem Ausgangsanschluß (15) liegenden Widerstand (R% Rt) und mit einem zwischen der Verbindungsstelle des vierten und des fünften Widerstandes und einem zweiten Eingangsanschluß (14) angeschlossenen sechsten Widerstand (Rt) versehen ist.