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Die Erfindung bezieht sich auf einen Flüssigkeitsstrahlschreiber mit einer Düse, durch die ein feiner Strahl einer elektrisch leitenden Schreibflüssigkeit, die in der Düse unter Druck gehalten wird, längs eines Strahlweges zu einem Aufzeichnungsträger hin ausgesendet wird, wobei der Strahl an einer von der Düse entfernten Tröpfchenbildungsstelle in Tröpfchen zerfällt, ferner mit einer den Strahl umgebenden Steuerelektrode, wobei die in der Düse befindliche Schreibflüssigkeit und die Steuerelektrode mit den Ausgängen einer Quelle von spannungsveränderlichen elektrischen Signalen verbunden sind, deren Spannung über Werte hinaus veränderlich ist, an denen die von dem Strahl gebildeten Tröpfchen unter der Wirkung der genannten Signale elektrisch derart aufgeladen werden, dass sie einander abstossen und in eine den Strahlweg verlassende Tröpfchenwolke zerlegt werden.
Die Trägheit von mechanischen Aufzeichnungsgeräten und die im Betrieb derselben auftretenden Geräusche haben zu Arbeiten Anlass gegeben, welche die Entwicklung neuer Aufzeichnungsverfahren zum Gegenstand haben. Dabei hat es sich gezeigt, dass man die Aufzeichnungsgeschwindigkeit erhöhen kann, wenn man feine Farbflüssigkeitsstrahlen verwendet, die elektrisch beeinflusst werden können. Auf diesem Gebiet wurden daher in beträchtlichem Umfange Untersuchungen durchgeführt, die zur Entwicklung mehrerer Methoden geführt haben.
Allen diesen Methoden ist gemeinsam, dass ein feiner Farbflüssigkeitsstrahl verwendet wird, der aus kleinen Tropfen besteht, die mit hoher Geschwindigkeit genau längs einer Linie auf ein Aufzeichnungspapier zuwandern.
Es hat sich gezeigt, dass derartige Farbflüssigkeitsstrahlen auf verschiedene Weise elektrisch mit hohen Frequenzen beeinflusst werden und daher zum geräuschlosen Aufzeichnen von elektrischen Signalen auf unbehandeltem Papier verwendet werden können. Offenbar gibt es drei grundlegende Arbeitsweisen, von denen eine in der kanadischen Patentschrift Nr. 659, 641 (Winston) beschrieben ist. Nach dieser Patentschrift wird ein Farbflüssigkeitsstrahl durch ein starkes elektrisches Feld erzeugt, das auf den Meniskus der Farbflüssigkeit einwirkt, die im wesentlichen drucklos aus einer relativ grossen Öffnung austritt. Da nachgewiesen wurde, dass die Tröpfchen in diesem Strahl elektrisch geladen werden, kann der Strahl durch zu der Achse des Strahls senkrechte elektrische Felder abgelenkt werden.
Man kann in diesem Verfahren zwar den Farbflüssigkeitsstrahl durch geeignete Modulation des Strahlerzeugungsfeldes ein- und ausschalten, doch dauert dieser Vorgang relativ lange, weil die Farbe jedesmal beschleunigt werden muss.
In der USA-Patentschrift Nr. 3, 198, 030 (Lewis) ist zum Drucken von alphanumerischen Zeichen ein Verfahren angegeben, dessen Prinzip bereits vorher von Sweet in der Reviev of Scientific Instruments, Band 36, S. 131 (1965) beschrieben wurde. Nach diesem Verfahren wird ein Flüssigkeitsstrahl dadurch erzeugt, dass Farbflüssigkeit unter hohem Druck durch eine relativ kleine Öffnung abgegeben wird. Bald nach dem Austritt aus dieser Düse zerfällt die Flüssigkeit in Tröpfchen, die einzeln elektrisch geladen werden können, indem eine Signalspannung an eine Steuerelektrode angelegt wird. Danach tritt der Strahl durch ein elektrisches Gleichspannungsfeld, das zu der Richtung des Strahls senkrecht ist. In diesem Feld werden die Tröpfchen in Abhängigkeit von der Ladung abgelenkt, die durch die Signalspannung an sie angelegt wird.
Dieses Verfahren erlaubt zwar eine viel höhere Arbeitsgeschwindigkeit als das Verfahren nach der kanadischen Patentschrift Nr. 659, 641, kann aber mit Frequenzen über etwa 50 kHz praktisch nicht durchgeführt werden, weil bestimmte Faktoren begrenzend wirken. Infolge der komplizierten Elektrodenausbildung und des starken elektrischen Feldes, die für die Ablenkung der Farbflüssigkeitströpfchen erforderlich sind, ist es schwierig, ein zuverlässiges Aufzeichnungsgerät zu bauen. In der USA-Patentschrift Nr. 3, 373, 437 und den brit. Patentschriften Nr. 1, 123, 587 und Nr. 1, 123, 188 sind Aufzeichnungsverfahren angegeben, die dem von Sweet angegegebenen sehr ähneln.
Schliesslich beschreiben Hertz und Simonsson in der USA-Patentschrift Nr. 3, 416, 153 ein Verfahren zur Intensitätsmodulation eines zur Aufzeichnung verwendeten Farbflüssigkeitsstrahls unter Ausnutzung der Tatsache, dass ein feiner Flüssigkeitsstrahl, der erzeugt wird, indem Flüssigkeit unter hohem Druck durch eine feine Öffnung gedrückt wird, in eine Folge von Tröpfchen zerfällt, die einer hinter dem andern genau auf einer Linie wandern, und dieser Strahl in einen allgemein kegelförmigen, aus Tröpfchen bestehenden Sprühnebel umgewandelt wird, wenn an der Stelle der Tröpfchenbildung ein elektrisches Feld erzeugt wird. Dieses Feld wurde ebenso wie in dem von Sweet und Lewis beschriebenen Verfahren durch eine Steuerelektrode erzeugt, die mit der Signalquelle verbunden ist, doch wurde eine beträchtlich höhere Signalspannung gewählt.
Durch verschiedene Konstruktionen, die zwischen der Steuerelektrode und dem Aufzeichnungspapier angeordnet sind, wurde verhindert, dass die Tröpfchen des Sprühnebels das Aufzeichnungspapier erreichen, während der unveränderte, längs einer Linie wandernde Flüssigkeitsstrahl an diesen Konstruktionen unverändert vorbeigehen kann. Dieses Verfahren hat zwar theoretisch eine hohe obere Grenzfrequenz, weil in dem Strahl eine sehr grosse Anzahl von Tröpfchen pro Sekunde gebildet werden, doch kann diese obere Grenzfrequenz von der in der USA-Patentschrift Nr. 3, 416, 153 beschriebenen Elektrodenkonstruktion nicht erreicht werden. Dies ist hauptsächlich auf die Tatsache zurückzuführen, dass der Abstand von der Düse zu dem Aufzeichnungspapier aus praktischen Gründen relativ gross sein muss.
Weitere schwerwiegende Nachteile sind ferner darauf zurückzuführen, dass die Tröpfchenbildungsstelle in dem Strahl und der Raum, in dem der Sprühnebel gebildet wird, nicht gegen elektrische Streufelder gebildet wird, nicht gegen elektrische Streufelder oder Luftströme abgeschirmt sind, die den Strahl zu verändern trachten. Dies ist besonders schwerwiegend, weil in diesem System der Strahl durch ein sehr kleines Loch in einer Blende treten muss, die zum Auffangen der Tröpfchen des Sprühnebels erforderlich ist.
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Durch kleine Richtungsänderungen des Strahls kann daher die Aufzeichnung ruiniert werden.
Die hier erwähnten elektrischen Streufelder können von in der Nähe angeordneten Steuerelektroden von andern Aufzeichnungssystemen herrühren oder durch elektrische Ladungen erzeugt werden, die von Tröpfchen des Sprühnebels in der Nähe der Tröpfchenbildungsstelle auf Isoliermaterial abgelagert werden. Um diese Einflüsse zu vermeiden, müssen zwischen den Konstruktionen des Aufzeichnungssystems und um sie herum elektrostatische Abschirmungen vorgesehen sein, so dass man ein sehr kompliziertes und grosses System erhält. Der vielleicht störendste Nachteil ist die Tatsache, dass nicht alle Tröpfchen des Sprühnebels von den dafür bestimmten Konstruktionen aufgefangen werden, sondern an verschiedenen Stellen der Vorrichtung im Bereich des Aufzeichnungssystems abgelagert werden.
Infolge der elektrischen Leitfähigkeit und der Ladung der Tröpfchen kann dadurch die Zuverlässigkeit der Vorrichtung beträchtlich herabgesetzt werden.
Es ist Ziel der Erfindung, die vorstehend erwähnten Nachteile jener bekannten Vorrichtungen zu beseitigen, in denen gemäss den Vorschlägen von Hertz und Simonsson mit einem Sprühnebel gearbeitet wird, und eine höhere obere Grenzfrequenz zu erreichen.
Dieses Ziel wird mit einem Flüssigkeitsstrahlschreiber der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass die Steuerelektrode als Rohr ausgebildet ist, dessen gerade Längsachse mit dem Strahlweg im wesentlichen übereinstimmt und sich etwa von der Stelle der Tröpfchenbildung bis zum Aufzeichnungsträger hin erstreckt, und dass die Wand des Rohres flüssigkeitsdurchlässig und mindestens während des Betriebes auf ihrer Innenseite elektrisch leitfähig ist.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung eines in der Zeichnung im Längsschnitt dargestellten Ausführungsbeispieles entnehmbar.
Wenn zum Aufzeichnen von elektrischen Signalen, bei der Faksimile-übertragung von Bildern oder zum Drucken von alphanumerischen Zeichen ein Flüssigkeitsstrahl--l--verwendet werden soll, ist es für eine scharfe Aufzeichnung von grösster Bedeutung, dass gemäss der Zeichnung der Durchmesser des Strahls zwischen der Düse--2--und dem Aufzeichnungsträger --3-- nicht wesentlich grösser wird.
Man kann dies dadurch
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--2-- mitFlüssigkeitsstrahl--l--an der bei einem Flüssigkeitsdruck von 8 at etwa 2, 5 mm von der Öffnung--4entfernten Tröpfchenbildungsstelle--lb--in praktisch ladungsfreie Tröpfchen, die sich längs einer Geraden zu dem Aufzeichnungsträger --3-- hinbewegen.
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zwischen dieser Elektrode und der Flüssigkeit über eine bestimmte Grenze erhöht wird, verwandelt sich der lineare Strahl in bekannter Weise in einen annähernd kegeligen Sprühnebel. Diese Erscheinung setzt im Abstand von einigen Millimetern in der Richtung des Strahls von der Tröpfchenbildungsstelle entfernt ein ; dieser Abstand ist von der verwendeten Spannung abhängig. In diesem Fall wird auf dem Aufzeichnungsträger keine Aufzeichnung erhalten.
Man kann daher die genannte Spannung derart steuern, dass die Intensität der Aufzeichnung moduliert bzw. diese eingeleitet und unterbrochen wird. Die beschriebene Erscheinung ist darauf zurückzuführen, dass die Tröpfchen an der Tröpfchenbildungsstelle durch die Spannung der Elektrode mit einer der Spannung entgegengesetzten Polarität aufgeladen werden. Diese Ladung beeinflusst das spätere Verhalten der Tröpfchen. Es hat sich gezeigt, dass diese Erscheinung bis zu einer sehr hohen oberen Grenzfrequenz auftritt.
Wenn die genannte Erscheinung zum Aufzeichnen von elektrischen Signalen ausgenutzt werden soll, müssen bestimmte Bedingungen erfüllt sein, damit ein maximaler Wirkungsgrad und eine maximale Zuverlässigkeit des Aufzeichnungssystems gewährleistet sind. Zunächst soll normalerweise verhindert werden, dass eines der Sprühnebeltröpfchen den Aufzeichnungsträger --3-- oder einen andern Teil der Vorrichtung ausserhalb der eigentlichen Aufzeichnungseinrichtung erreicht. Ferner soll das elektrische Feld an der Tröpfchenbildungsstelle genau steuerbar sein und nicht durch ausserhalb der Aufzeichnungseinrichtung vorhandene Spannungen oder durch auf Isolatoren vorhandene, vagabundierende elektrische Ladungen beeinflusst werden.
Schliesslich soll der Abstand zwischen der Düse-2-und dem Aufzeichnungsträger-3-so klein wie möglich sein, damit eine maximale Kontrastübertragung gewährleistet ist.
Die Zeichnung zeigt ein einfaches Elektrodensystem, das diese Bedingungen erfüllt. Eine elektrisch leitende Aufzeichnungsflüssigkeit-5-wird von einer Pumpe --6-- durch die Düse-2-gedrückt, so dass ein
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Achse eine Gerade ist, die mit der Achse des Strahls--l--annähernd übereinstimmt. Die Wände dieses Rohrs bestehen aus porösem Metall oder einem andern für die Aufzeichnungsflüssigkeit durchlässigen Material. Es ist sehr wichtig, dass diese Wände mindestens während des Betriebes der Aufzeichnungseinrichtung elektrisch leitfähig sind.
Das Rohr--8--wird von einem Absaugmantel--9--getragen, der ebenfalls elektrisch leitfähig sein kann und um das Rohr --8-- herum einen Raum --10-- begrenzt, aus dem etwa vorhandene
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Flüssigkeit mit einer Saugvorrichtung--11--durch ein Isolierrohr--12--abgesaugt werden kann.
Wenn die Steuerelektrode --8-- mit dem Ausgang eines Signalverstärkers oder einer andern Spannungsquelle--13--verbunden ist, deren anderer Ausgangspol beispielsweise über Erde mit der Flüssigkeit --5-- verbunden ist, und der Ausgang dieser Spannungsquelle eine bestimmte Mindestspannung übersteigt, wird der Flüssigkeitsstrahl--l--in einen Sprühnebel--14--verwandelt. Die Tröpfchen des Sprühnebels treffen auf der Innenwandung der Steuerelektrode--8--auf und werden von dort unter der Wirkung der
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einer Elektrode --15-- hergestellt werden, die mit der Flüssigkeit --5-- in Verbindung steht und normalerweise auf Erdpotential gehalten wird.
Es ist schon festgestellt worden, dass der Sprühnebel aus elektrisch geladenen Tröpfchen besteht, die einander abstossen. Ein derartiger Sprühnebel kann sich am wirksamsten entwickeln, wenn er durch andere elektrische Felder nicht behindert wird. Derartige Feldbedingungen sind in dem feldfreien Raum im Innern der Steuerelektrode --8-- gewährleistet. Wenn die Tröpfchen auf die leitenden Wände der Elektrode--8- auftreffen, werden sie elektrisch neutralisiert und sofort durch das poröse Wandmaterial hindurch abgesaugt. Bei einem Rohr von kleinem Durchmesser wird auch der Einfluss der von den Tröpfchen herrührenden und der Sprühnebelbildung entgegenwirkenden Raumladung fast beseitigt.
Bei Verwendung einer Douse-2-, deren Öffnung --4-- einen Durchmesser von 10 Mm hat, und hat, und eines Flüssigkeitsdruckes von 8 at kann die Elektrode--8--bei einer Länge von 12 mm beispielsweise eine lichte Weite von 2 mm haben. Wenn an diese Elektrode --8-- eine Spannung von 1000 V angelegt wird, werden praktisch alle Tröpfchen des Sprühnebels - -14-- an den Wänden des Rohrs aufgefangen, so dass praktisch keine Aufzeichnungsflüssigkeit auf den Aufzeichnungsträger gelangt und dieser keinen eingefärbten Hintergrund und keine Streufärbung erhält.
Wenn sich die Elektrode--8--dagegen auf Erdpotential befindet, tritt der Flüssigkeitsstrahl--l--ungehindert durch die Elektrode --8-- und erzeugt auf dem Aufzeichnungsträger-3-eine Aufzeichnung. Auf diese Weise kann man eine Ein- Aus-Intensitätsmodulation bewirken, indem man den Ausgang der Spannungsquelle --13-- verändert. Natürlich können die Abmessungen und die geometrische Form der Elektrode--8--in weiten Bereichen verändert werden. Offenbar ist jedoch das am besten geeignete Verhältnis zwischen dem Durchmesser und der Länge etwa 1 : 5 bis 1 : 10, wobei der Innendurchmesser 1 bis 2 mm beträgt.
Einer der Vorteile des dargestellten, neuen Elektrodensystems besteht darin, dass es infolge des feldfreien Raums in der Steuerelektrode --8-- zu den günstigsten Bedingungen für eine maximale Entwicklung des Sprühnebels führt. Trotzdem können einige Tröpfchen des Sprühnebels doch den Aufzeichnungsträger--3-- erreichen, so dass dieser eine unerwünschte Färbung erhält. Da die Tröpfchen des Sprühnebels --14-- stets
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Feld erzeugt wird. Wenn die Richtung dieses Feldes richtig gewählt ist, werden die Tröpfchen des Sprühnebels auf die Elektrode--8--zurückgetrieben, während die nichtgeladenen Tröpfchen des unveränderten, linearen Flüssigkeitsstrahls--l--nicht beeinflusst werden. Zum Auffangen der zurückgetriebenen Tröpfchen kann, eine
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Das erfindungsgemässe Elektrodensystem zur Intensitätsmodulation eines Strahls einer Aufzeichnungsflüssigkeit ist nicht nur sehr einfach, sondern es hat gegenüber dem in der USA-Patentschrift Nr.3,416,153 beschriebenen System auch zahlreiche Vorteile. Zunächst kann die Tröpfchenbildungsstelle ohne weiteres so angeordnet werden, dass sie gegenüber äusseren elektrischen Feldern abgeschirmt ist, die beispielsweise auf in nächster Nähe angeordnete Steuerelektroden anderer Flüssigkeitsstrahlschreiber zurückzuführen sind. Man kann daher zahlreiche derartige Einrichtungen sehr nache beieinander anordnen.
Ferner schliesst die sehr wichtige Tatsache, dass das Innere der Steuerelektrode --8-- elektrisch leitfähig ist, das Aufbringen einer elektrischen Ladung durch Sprühnebelteilchen auf einen Isolator aus, von dem aus das Feld einer solchen Ladung das Feld an
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wie vorstehend angegeben wurde. Infolge dieser Tatsache und des verzögernd wirkenden elektrischen Feldes zwischen der Steuerelektrode --8-- und dem Aufzeichnungsträger kann die dem Aufzeichnungsträger--3-- benachbarte Öffnung der Elektrode--8--viel grösser sein als in den bekannten Elektrodensystemen, ohne dass bei unterbrochener Aufzeichnung die Einfärbung des Hintergrundes verstärkt wird.
Infolgedessen wird die
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Infolgedessen bleiben andere Teile einer diese Aufzeichnungsvorrichtung verwendenden Vorrichtung frei von Aufzeichnungsflüssigkeit, was für die Zuverlässigkeit dieser Vorrichtung sehr wichtig ist. Aus diesem Grunde wird die Bahn des Strahls-l-gegen Luftströme abgeschirmt, die von äusseren Quellen herrühren.
Die Form der Steuerelektrode --8-- kann auf verschiedene Weise abgeändert werden. Beispielsweise ist
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diesem Fall soll der lichte Querschnitt der Elektrode--8--rechteckig sein und in der Richtung des Strahls - in einer Querschnittsrichtung zunehmen, damit sich der Strahl-l-senkrecht zur seiner Achse bewegen kann. Eine plötzliche Begrenzung des Durchmessers der Elektrode--8--durch die flüssigkeitsdurchlässige Wand--9a--hat sich infolge der Auswirkung auf im Innern der Elektrode--8-vorhandene Luftströme ebenfalls als vorteilhaft erwiesen.
Unabhängig von der Form der Elektrode--8--ist es von entscheidender Wichtigkeit, dass ihre Innenwandung zumindest während des Betriebes elektrisch leitfähig ist. Man kann dies dadurch gewährleisten, dass man das die Elektrode --8-- bildende Rohr aus einem Metall odr einem andern leitenden Material herstellt. Man kann beispielsweise die Elektrode--8--aus einem porösen Metall bzw. allgemein aus einem porösen, elektrisch leitenden Material oder aus einer Drahtspule mit drei oder mehreren Lagen herstellen, so dass die Aufzeichnungsflüssigkeit durch kleine Räume zwischen den Drähten abgesaugt werden kann.
Selbst wenn die Elektrode aus einem elektrisch leitenden Material besteht, kann die Forderung durch Verwendung einer leitenden Aufzeichnungsflüssigkeit erfüllt werden, welche die Innenwände der Elektrode --8-- benetzt. Wählt man ein elektrisch nicht leitendes Rohrmaterial, so kann die Innenwandung des Rohres auch mit einer flüssigkeitsdurchlässigen, elektrisch leitenden Schicht versehen sein.
Es hat sich gezeigt, dass die obere Grenzfrequenz des hier beschriebenen Aufzeichnungssystems durch die Erzeugung von hochfrequenten mechanischen Schwingungen in der Aufzeichnungsflüssigkeit beträchtlich erhöht werden kann. Diese Schwingungen steuern den Vorgang der Tröpfchenbildung und führen zu einer bestimmten Regelmässigkeit in der Tröpfchengrösse. In einem System mit den vorstehend beschriebenen Abmessungen soll die Schwingungsfrequenz etwa 1 bis 2 MHz betragen.
Diese mechanischen Schwingungen können auf verschiedene Weise erzeugt werden. Die zweckmässigste
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Berührung gewährleistet ist, werden die mechanischen Schwingungen des elektrisch erregten Wandlers auf die Schreibflüssigkeit und den aus der Düse--2--austretenden Flüssigkeitsstrahl übertragen, wodurch die Tröpfchenbildung beeinflusst wird.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Flüssigkeitsstrahlschreiber mit einer Düse, durch die ein feiner Strahl einer elektrisch leitenden Schreibflüssigkeit, die in der Düse unter Druck gehalten wird, längs eines Strahlweges zu einem Aufzeichnungsträger hin ausgesendet wird, wobei der Strahl an einer von der Düse entfernten Tröpfchenbildungsstelle in Tröpfchen zerfällt, ferner mit einer den Strahl umgebenden Steuerelektrode, wobei die in der Düse befindliche Schreibflüssigkeit und die Steuerelektrode mit den Ausgängen einer Quelle von spannungsveränderlichen elektrischen Signalen verbunden sind, deren Spannung über Werte hinaus veränderlich ist, an denen die von dem Strahl gebildeten Tröpfchen unter der Wirkung der genannten Signale elektrisch derart aufgeladen werden,
dass sie einander abstossen und in eine den Strahlweg verlassende Tröpfchenwolke zerlegt
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gerade Längsachse mit dem Strahlweg (1) im wesentlichen übereinstimmt und sich etwa von der Stelle (lb) der Tröpfchenbildung bis zum Aufzeichnungsträger (3) hin erstreckt, und dass die Wand des Rohres flüssigkeitsdurchlässig und mindestens während des Betriebes auf ihrer Innenseite elektrisch leitfähig ist.
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