DE2425224B2

DE2425224B2 - überwachungseinrichtung für einen Oberflächentemperaturregler

Info

Publication number: DE2425224B2
Application number: DE2425224A
Authority: DE
Inventors: Danny Marvin Lexington Ky. Neal (V.St.A.)
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1973-06-12
Filing date: 1974-05-24
Publication date: 1975-10-30
Also published as: FR2233657B1; FR2233657A1; US3809855A; GB1438256A; JPS5023640A; JPS569705B2; CA1030238A; IT1010173B; DE2425224A1

Description

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Die Erfindung betrifft eine Überwachungseinrichtung für einen Oberflächentemperaturreglcr, bei dem auf der zu beheizenden Fläche ein thermisch und elektrisch leitender Berührungsmeßblock mit einem darin angeordneten Temperaturfühler aufliegt und eine elektrische Reglerschaltung die Energiezufuhr zu einem unter der beheizten Fläche angeordneten Heizclement steuert, insbesondere zur Verwendung bei der Temperaturregelung einer beheizten, rotierenden Schmelzfixierrolle in einem elektropholographischen Aufzeichnungsgerät.

Es sind seit langem verschiedene Temperaturregelvorrichtungen bekannt, um die Temperatur einer Fläche zu regeln. Diese Vorrichtungen enthalten entweder SS Sensoren, die in der Nähe der zu überwachenden Fläche angeordnet sind oder Berührungssensoren, die auf der zu überwachenden Fläche aufliegen. Die Ausgangssignale dieser Sensoren werden zur Steuerung der Wärmezufuhr zu der überwachten Fläche verwendet.

Berührungssensoren sind wegen ihrer kurzen Ansprechzeit dann zu bevorzugen, wenn die Arbeitstemperatur der beheizten Fläche sehr genau geregelt werden soll. Bei den Berührungssensoren ist es notwendig, einen guten Wärmekontakt zwischen dem Berührungs- ⁶S meßblock und der überwachten Fläche herzustellen, was insbesondere dann schwierig ist, wenn die zu überwachende Fläche beweg! wird, und Verschmutzungen Mit der erfindungsgemäßen Übcrwnchungseinriehtunti wird der elektrische Stromdurchgang zwischen dem Temperaturfühler und seinem Berührungsmeßblock und der beheizten Fläche festgestellt. Immer dann, wenn dieser Stromdurchgang unterbrochen ist. was eine Trennung des Berührungsmeßblockes von der Fläche anzeigt, verhindert die Anordnung die weitere Zufuhr von Wärme zur beheizten Fläche und damit eine Überhitzung derselben. Die Einrichtung überwacht weiterhin den elektrischen Stromdurchgang zwischen einer Übertemperaturabfühleinrichtung und der beheizten Fläche. Dies stellt sicher, daß die Temperaturfühleinrichtung für Übertemperaturen richtig positioniert ist, um diese Temperaturbedingungen beim Ausfall der Steuerschaltung festzustellen. Auf diese Weise wird die Notwendigkeit für ein zu starkes Andrücken der Berührungsmeßblöcke an die zu überwachende Fläche vermieden, so daß der Verschleiß der verschiedenen Teile wesentlich herabgesetzt wird.

An Hand des in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispieles ist nachfolgend Aufbau und Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Einrichtung näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt

F i g. 1 die Überwachungseinrichtung teilweise im Schnitt,

F i g. 2 eine Seitenansicht der Überwachungseinrichtung und der beheizten Fläche,

F i g. 3 eine Seitenansicht einer Schmelzfixierrolle, teilweise im Schnitt, deren Oberflächentcmperatur geregelt wird,

F i g. 4 ein Schaltungsbeispiel der Überwachungseinrichtung gemäß der Erfindung und

F-' i g. 5 schematised ein Blockdiagramm der Überwachungsschaltung und der Temperaturreglerschaltung.

Wie in F i g. I dargestellt, enthält die Überwachungs-

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ltfnrichtung eine Halterung 11 für die Berührungsmeßilöcke 13 ^{uncl l5}· ^d'^{e in er}8^em Kontakt mit der zu

theizenden Fläche 17 gehalten werden. Die Halterung selbst ist drehbar an einem Arm il angebracht, um _1Jje Ausrichtung der Bcrührungrmeßblöcke 13 und 15 gegenüber der Fläche 17 zu erleichtern. Die Halterung 11 ist aus elektrisch und thermisch isolierendem Materal hergestellt „..,„· -_r

In den Berühmngsmeßblock 13 ist ein femperaturlühler 19 eingebettet, der über Ausgangsleitungen 21 and 23 Signale abgibt, die ein Maß für die Temperatur jcr Fläche 17 darstellen. In üen anderen Berührungseeßblock 15 ist eine thermische Sicherung 25 eingebettet Diese thermische Sicherung 25 unterbricht den P Stromfluß in einer Leitung 27, wenn die Fläche 17 eine '-Temperatur erreicht, die über einem bestimmten Wert ; liegt.

' Damit der Temperaturfühler 19 und die temperaturabhängige Sicherung 25 sehr schnell auf Änderungen der Temperatur der Fläche 17 reagieren, müssen die Berührungsblöcke 13 und 15 thermisch leitend sein. Weiterhin sind die Berührungsmeßblöcke aus einem Material gefertigt, das mechanischem Abrieb widersteht und eine gewisse Schmierung gegenüber der IL ehe 17 bewirkt, um diese vor Beschädigungen zu schüt- -- ien. Bestimmte Graphitsorten haben sich zur Herstellung dieser Berührungsmeßblöcke als geeignet erwiesen. Die Auflageflächen der Blöcke sind polien und mit denselben Oberflächeneigenschaften ausgestattet wie die Fläche 17, um beste Kontaktweite zu ermöglichen. Die Größe der Berührungsmeßblöcke ist vorzugsweise so gewählt, da sie eine niedrige thermische Masse darstellen. Zusätzlich sind sowohl der Temperaturfühler 19 als auch die temperaturabhängige Sicherung 25 innerhalb der Berührungsmeßblöcke in Bohrungen in der Nähe der Kontaktflächen angeordnet, um den thermischen Gradienten in dem Material möglichst gering zu halten.

Die aus Graphit hergestellten Berührungsmeßblöcke 13 und 15 sind lose in der Halterung 11 angeordnet und enthalten schlitzförmige Führungen 29. die mit entsprechenden, nicht dargestellten Zungen zusammenwirken, welche innerhalb der Halterung 11 angeordnet sind. Die Berührungsmeßblöcke richten s^:ch selbsttätig in rührungsmeßblöckc 13 und 15 auf der leitenden Fläche 17 tatsächlich aufliegen. Wenn dies der Fall ist, dann besteht eine elektrische Verbindung von der Leitung 21 über den Temperaturfühler 19, die Fläche 17 und den Berührungsmeßblock 15 zu der temperaturabhängigen Sicherung 25 in der Leitung 27. Der Strompfad innerhalb der Fläche 17 ist durch die ! .inie 33 dargestellt.

In Fig. 3 ist eine Seitenansicht einer Schmelzfixierrolle zusammen mit der erfindungsgemäßen Überwachungseinrichtung dargestellt. Generell enthält eine Fixiereinrichtung dieser Art in einem elektrophotographischen Aufzeichnungsgerät, wie beispielsweise einen. Kopiergerät, eine hohle zylindrische Rolle 41 aus Metall mit einer gummiartigen Beschichtung 43 über den mittleren Teil. Eine Heizlampe 45 erstreckt sich der Länge nach innerhalb der Rolle. Wenn diese Heizlampe eingeschaltet ist, dann heizt sie die metallische Rolle auf. Es hat sich herausgestellt, daß Rollen aus Aluminium gute thermische Eigenschaften aufweisen. Die Warme geh; von der Rolle zu der gummiartigen Oberfläehenbeschichiung über. Die Roile 41 ist drehbar au/ Kugellager 47 gelagert. Ein Blatt von Trägermaterial, wie beispielswe

Papier mit

g thermoplastischen

Tonerpartikel darauf, wird unter Andrücken über die

-- rotierende Rolle transportiert, wodurch die Tonerpartikel auf dem Trägermaterial angeschmolzen werden.

Die Halterung 11 mit den Berührungsmeßblöcken ist derart drehbar neben der Rolle 41 angeordnet, daß diese auf der zu überwachenden Fläche 17 aufliegen. Das Ausgangssignal des Temperaturfühlers 19 wird zur Steuerung der An- und Ausschaltung der Heizlampe 45 benutzt. Die temperaturabhängige Sicherung schaltet die Heizlampe 45 aus. wenn die metallische Rolle 41 keine Übertemperatur annimmt.

.'5 F ig. 4 zeigt schematisch ein Schaltungsbeispiel der Überwachungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erlüidtmg Die mit dem Berührungsmeßblock Ii verbundene Leitung 21 wird mit etwa sieben Volt Gleichspannung von einer nicht dargestellten Gleichspannungs-

An quelle am Anschlußpunkt C beaufschlagt. Wenn die Fläche 17 der Rolle 42 genügend aufgeheizt ist, schließt sich der mit dem Temperaturfühler 19 verbundene Quecksilberschalter, und die 7-Volt-Spannung wird vom Anschluß C" über die Leitungen 21 und 23 zum

nerhalb ebener Flächen 30 in der Halterung 11 aus. um 45 Anschluß A durchgeschaltet. Die der Leitung 21 zugeeine Drehbewegung der gebogenen Kontaktflächen zu ermöglichen, die im Kontakt mit der Fläche 17 stehen.

Der Temperaturfühler 19 ist ein Quccksilbcrthermometer bekannter Art. Quecksilber innerhalb eines Glasgefäßes expandiert bei Wärmeeinwirkung und kann somit zum Schließen eines elektrischen Schaltkreises in der einfachen Weise der Ein-Aus-Steuerung für ein Heizelement benutzt werden. Die temperaturabhängige Sicherung 25 ist ebenfalls von bekannter Art. die das Öffnen eines Schaltkreises bewirkt, wenn die Temperatür eine für die Sicherung charakteristische Temperatur überschreitet. Sowohl der Temperaturfühler 19 als auch die temperaturabhängige Sicherung 25 sind innerhalb von Bohrungen in ihren entsprechenden Berührungsmeßblöcken 13 und 15 mittels thermisch und elektrisch leitendem Zement befestigt. Es kann auch eine Befestigung mittels Federn gewählt werden, so daß beide Elemente für Wartungsz.wecke leicht entfernbar sind.

Gemäß der Seitenansicht von F i g. 2 trägt ein drehbar gelagerter Arm 31 die Halterung 11 in einer Weise, daß diese sich gegenüber der Fläche 17 ebenfalls verdrehen kann. Der elektrische Strom in den Leitungen 21 und 27 wird überwacht, um festzustellen, ob die Beführte /-Volt-Gleichspannung wird gleichzeitig über den Berührungsmcßblock 15 zugeführt. Unter der Voraussetzung, daß die temperaturabhängige Sicherung nicht geöffnet ist und beide Btrühningsmeßblöcke und 15 mit gutem Kontakt auf der leitenden Fläche aufliegen, erscheint an dem Anschluß ßein Spannungssignal von etwa fünf bis sieben VoI Gleichspannung. Solle entweder die temperaturabhängige Sicherung geöffnet sein oder einer der beiden Berührungsmeßblöcke 13 bzw. 15 von der Fläche 17 abgehoben haben, dann nähert sich das am Anschluß B anstehende Signal dem Wen Null bzw. dem Erdpotential. Es sei hier der Hinweis gemacht, daß die fläche 17 auch aus einem Material hergestellt scm kann, das einen meßbaren Spannungsabfall zwischen den ISerührungsmeßblöcken 13 und 15 hervorruft. Sollte dann dieser bekannte Spannungsabfall größer werden, so zeigt dies einen abgehobenen Kontaki oder mangelnden Kontakt zwischen den Berührungsmcßblöcken 13 bzw. 15 und der ⁶-5 Flache 17 an.

I i g. 5 zeigt schematisch ein Blockdiagramm der elektrischen Überwachungsschaltung und die Heizlam· pcnsteuenmg Am Anschluß H iritt ein Spannungssi-

gnal zwischen fünf und sieben Volt auf. wenn die Berührungsmeßblöcke 13 und 15 richtig aufliegen und wenn die temperaturabhängige Sicherung 25 nicht geöffnet ist. Dieses Warnsignal B wird der Basis eines Transistors 61 zugeführ'., dem ein weiterer Transistor 63 nachgeschaltet ist. Sinkt das Signal B unter den Wert von fünf Volt ab, so zeigt es an, daß entweder die temperaturabhängige Sicherung 25 geöffnet ist oder zumindest einer der Berührungsmeßblöcke 13 oder 15 nicht mehr richtig auf der Fläche 17 aufliegt. Durch das Absinken des Signals B unter den Referenzwert wird der Transistor 61 gesperrt und der Transistor 63 geöffnet. Durch die Öffnung des Transistors 63 wird ein weiterer Transistor 65 aufgesteuert und gibt an seinem Kollektor ein Ausgangssignal hoher Spannung ab, das ein Warnsignal darstellt und eine Störung anzeigt.

Eine hohe Spannung am Anschluß A (vgl. Fig.4) zeigt an, daß die Fläche 17 ihre vorherbestimmte Temperatur erreicht hat und keine weitere Wärmezufuhr zu ihr notwendig ist. Das Fehlen eines Signals am Ausgang des Transistors 65 und am Anschluß A hat die Anschaltung der Heizlampe 45 zur Folge. Die Heizlampe 45 ihrerseits wird über einen Triac 71 mit Spannung versorgt. Der Triac 71 kann bei jedem Nulldurchgang der Eingangswechselspannung angeschaltet werden. Ein Nullwertdetektor 73 stellt die Nulldurchgänge der Eingangswechselspannung fest und gibt einen entsprechenden Impuls über einen Entkopplungsübertrager 75 auf einen Eingang einer UND-Schaltung 77. Die invertierten Signale von den Anschlüssen A und vom Transistör 65, das im übertragenen Sinn als das Signal B bezeichnet werden kann, werden als Eingänge ebenfalls der UND-Schaltung 77 zugeführt. Die UND-Schaltung 77 gibt ein Ausgangssignal bei jedem Nullwertiinpuls ab, wenn das Ausgangssignal B des Transistors 6!i keinen hohen Wert aufweist. Das Ausgangssignal der UND-Schaltung 77 wird über einen weiteren lintkopplungsüberlrager 79 auf den Steucreingang des Triacs 71 geführt und schaltet diesen durch. Der Triac 71 bleibt leitend während der einen Hälfte der anliegenden Kingangswechselspannung.

Die Heizlampe 45 erhitzt die Rolle 41 somit dann, wenn die Temperatur der Fläche 17 unter einen bestimmten Wert fällt, allerdings nur dann, wenn kein Warnsignal vom Transistor 65 zugeführt wird. Falls ein solches Warnsignal zugeführt wird und somit angezeigt wird, daß entweder die Rolle 41 überhitzt oder die Berührungsmeßblöcke 13 bzw. 15 nicht richtig auf der Fläche 17 aufliegen, wird die weitere Energiezufuhr zur Heizlampe 45 verhindert.

In anderen Anwendungsmöglichkeiten kann es oft genügen, daß ein Ausfall des Temperaturfühlers angezeigt wird. In solchen Anwendungen kann das Warnsignal B, anstehend am Transistor 65, zur Einschaltung einer Anzeigelampe benutzt werden.

Weiterhin sei bemerkt, daß als temperaturabhängige Sicherung 25, die eine Unterbrechung eines elektrischen Kreises bewirkt, sowohl eine zerstörbare Sicherung als auch andere bekannte automatische Sicherungen verwendbar sind, beispielsweise Bimetallkoniaktc die bei Übertemperaturen den Schaltkreis unterbrechen und auf bekannte Weise wieder zurückgesetzt werden können, wenn die Temperatur unter den kritischen Wert abgesunken ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Überwachungseinrichtung für einen Oberflächentemperaturregler, bei dem auf der zu beheizenden Fläche ein thermisch und elektrisch leitender Berührungsmeßblock mit einem darin angeordneten Temperaturfühler aufliegt und eine elektrische Regelschaltung die Energiezufuhr zu einem unter der beheizten Fläche angeordneten Heizelement steuert, insbesondere zur Verwendung bei der Temperaturregelung einer beheizten, rotierenden Schmelzfixierrolle in einem elektrophotographischen Aufzeichnungsgerät, dadurch gekennzeichnet, daß ein zwe'ter elektrisch leitender. i\uf der zu beheizenden Fläche (17) aufliegender Berührungsmeßblock (15) vorgesehen ist, daß die beheizie Fiäche (17) zumindest zwischen den Berührungsmeßblöcken (13, 15) elektrisch leitend ist, und daß die beiden Berührungsmeßblöcke (13. 15) mit einer elektrischen Spannungsquelle und elektrischen Schaltelementen (61, 63, 65) verbunden sind, die bei Unterbrechung des Stromkreises ein Warnsignal abgeben.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, für eine clektrisehe Reglerschaltung mit einem von dem Temperaturfühler über eine UND-Schaltung gesteuerten Triac, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal der elektrischen Schaltelemente (61, 63, 65) der UND-Schaltung (77) zugeführt ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Berührungsmeßblock (15) thermisch leitend und mit einer temperaturabhängigen Sicherung (25) verschen ist, die bei Übertemperatur die Energiezufuhr zu dem Heizelement (45) der behebbaren Fläche (17) gänzlich sperrt.

auftreten, wie beispielsweise bei einer beheizten Schmelzfixierrolle in einem elektrophutographischen Aufzeichnungsgerät.

Bekannte Berührungssensoren, wie beispielsweise in der US-Patentschrift 36 90 176 beschrieben, enthalten deshalb Feder- oder Gewichtsanordnungen, die den Berührungsmeßblock relativ fest an die sich bewegende Rollenfläche andrücken, was sowohl einen Verschleiß der überwachten Fläche als auch des Bmih rungsmeßblockes mit sich bringt. Zusätzlich verursacht die Verschmutzung eine Trennung von Sensor und überwachter Fläche, was zu einer Überhitzung der Fläche führen kann. Eine weitere bekannte Einrichtung isi mit einer thermischen Sicherung versehen, um die bei einer Trennung zwischen Sensor und überwachter Fläche auftretenden Überhitzungen festzustellen, und um daiin die weitere Wärmezufuhr zur Fläche abzustellen. Diese Vorrichtung ist jedoch auch einem wesentlichen Verschleiß und den Verschmutzerscheinungen unterworfen, wie die bereits beschriebenen Temperatur fühlervorrichuingen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, bei der eingangs genannten Art der Obcrflächeniempcratui regelung, den thermischen Kontakt zwischen dem Beruh rungsmeßbiock und der beheizten Fläche zu überwachen, den Verschleiß des Berührungsmeßblockes möglichst gering zu halten und eine sichere Aussage über die Temperaturbedingungen zu erhalte

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Einrichtung sind den Unteransprüchen zu entneh