Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Vorratstank für ein Dosiersystem
und insbesondere auf einen Vorratstank, der für ein betriebssicheres Schreibgerät geeignet
ist.The
The present invention relates to a storage tank for a metering system
and in particular to a storage tank suitable for a reliable writing instrument
is.
Ein
elektronisch gesteuertes Schreibgerät ist in der EP 00 96 177 A2 offenbart.
Das elektronische Schreibgerät
umfaßt
eine Schreibspitze, welche sich in einen Kapillarraum, der auch
als sekundärer
Vorratsraum bezeichnet wird, erstreckt. Der kleinvolumige sekundäre Vorratsraum
ist mit einem großvolumigen
primären,
unter Druck stehenden Tintenvorratsraum durch einen Tintenkanal
fluidisch verbunden, wobei sich in dem Tintenkanal ein Nachladeventil
befindet. Wenn der Fluidstand in dem sekundären Vorratsraum zu niedrig
ist, wird das Nachladeventil angesteuert, um sich eine bestimmte
Zeit lang zu öffnen,
bis von dem primären
Vorratsraum genug Tinte in den sekundären Vorratsraum transportiert
worden ist, daß sich
dort ein ausreichender Füllstand
einstellt. Die Füllstandshöhe im sekundären Vorratsraum
wird unter Verwendung eines kapazitiven Sensors gemessen. Der kapazitive
Sensor ist als Zylinderkondensator ausgeführt, dessen Kapazität von dem
Füllvolumen
des sekundären
Vorratsraums abhängt.
Um geringe Kapazitätsveränderungen
messen zu können,
wird eine Resonanzschaltung verwendet, die die Kapazitätsänderung
durch Verstimmung eines Schwingkreises digital mißt. Diese Schaltung
umfaßt
neben der zu messenden Kapazität
eine zusätzliche
Kapazität
und einen Quarzoszillator. Zusätzlich
wird ein Zählwerk
verwendet, um die Differenz der Schwingfrequenzen als Hinweis auf
die Kapazitätsveränderung
messen zu können.An electronically controlled writing instrument is in the EP 00 96 177 A2 disclosed. The electronic writing instrument comprises a writing tip, which extends into a capillary space, which is also referred to as a secondary reservoir. The small volume secondary reservoir is fluidly connected to a large volume primary pressurized ink reservoir through an ink channel with a reload valve in the ink channel. If the fluid level in the secondary reservoir is too low, the reload valve is energized to open for a certain period of time until enough ink has been transported from the primary reservoir into the secondary reservoir that a sufficient level is established there. The level in the secondary reservoir is measured using a capacitive sensor. The capacitive sensor is designed as a cylindrical capacitor whose capacity depends on the filling volume of the secondary storage space. In order to measure small changes in capacitance, a resonant circuit is used, which measures the capacitance change by detuning a resonant circuit digitally. This circuit comprises, in addition to the capacitance to be measured, an additional capacitance and a quartz oscillator. In addition, a counter is used to measure the difference of the oscillation frequencies as an indication of the capacitance change.
Zum
Verständnis
der allgemeinen fluidischen Zusammenhänge wird nachfolgend auf die 5a bis 5c Bezug genommen, die einen konventionellen, hydrostatischen
Füller
darstellen, welcher nicht elektronisch geregelt wird. Der Füller umfaßt ein Füllergehäuse 70,
in dem sich eine Füllerpatrone 72 befindet, die
auf einer Kunststoffkomponente 74 aufgesteckt ist. Die
Tinte wird schließlich über eine
Feder 76 abgegeben, um einen Strich 78 zu erzeugen.For the understanding of the general fluidic relationships is hereinafter referred to the 5a to 5c Referenced, which represent a conventional, hydrostatic filler, which is not electronically controlled. The filler includes a filler housing 70 in which there is a filler cartridge 72 located on a plastic component 74 is plugged. The ink is finally over a spring 76 delivered to a stroke 78 to create.
Ein
konventioneller Füller
kann allgemein als ein komplexes Mikrodosiersystem betrachtet werden.
Eine Eigenschaft dieses Systems besteht darin, daß alle wesentlichen
fluidischen Funktionen in der einzigen preiswert herstellbaren Kunststoffkomponente 74 integriert
sind.A conventional filler can generally be considered as a complex microdosing system. A feature of this system is that all essential fluidic functions in the only inexpensive producible plastic component 74 are integrated.
Das
fluidische System zeigt dann Schwächen, wenn sogenannte Störfälle auftreten,
beispielsweise die Änderung
der Umgebungstemperatur sowie die Veränderung des äußeren Luftdrucks,
wie sie z. B. im Inneren eines startenden Flugzeugs auftreten kann.The
fluidic system then shows weaknesses when so-called incidents occur
for example, the change
the ambient temperature as well as the change in the external air pressure,
as they are z. B. may occur inside a launching aircraft.
Im
nachfolgenden wird auf 5b Bezug
genommen, in der das fluidische Konzept des konventionellen Füllers dargestellt
ist. Es existiert wieder die Patrone 72, die sowohl eine
Belüftung 80 hat,
und die als Auslaß einen
Tintenleiter 82 aufweist, der mit einer Mehrzahl von Ausgleichskammern 84 gekoppelt ist,
die sich üblicherweise
unterhalb der Feder 76 eines Füllers befinden. Um Tinte abgeben
zu können, muß die Tintenpatrone 72 belüftet werden.
Wäre hierfür ein ungehinderter
Lufteintritt vorgesehen, so würde
die gesamte in der Tintenpatrone vorhandene Tinte aufgrund des hydrostatischen
Druckes. über die
Feder abgegeben werden. Eine geregelte Abgabe, wie sie zum Schreiben
erforderlich ist, wäre
dann nicht möglich.
Um diese Art der Abgabe zu ermöglichen,
ist die Belüftung 80 der
Tintenpatrone 72 in Form eines von Tinte benetzten kurzen
Kapillarkanals ausgeführt.
Dieser Kanal öffnet
sich erst dann, wenn in der Tintenpatrone ein Unterdruck aufgebaut ist,
der dem Kapillardruck der Tinte im Tintenleiter 82 entspricht.
In diesem Augenblick wird die Tinte vom Unterdruck in der Tintenpatrone
aus dem Kanal herausgesaugt, und Luft kann von außen nachströmen. Der
Vorgang en det, wenn die einströmende
Luft den Unterdruck in der Patrone abgebaut hat. In diesem Moment
benetzt die Tinte wieder den kurzen Kapillarkanal 80 und
verschließt
ihn damit.The following is on 5b Reference is made, in which the fluidic concept of the conventional filler is shown. The cartridge exists again 72 that provide both ventilation 80 has, and the outlet as an ink conductor 82 having, with a plurality of compensation chambers 84 is coupled, which is usually below the spring 76 of a filler. To be able to deliver ink, the ink cartridge 72 be ventilated. If an unimpeded air inlet were provided for this purpose, the entire ink present in the ink cartridge would become due to the hydrostatic pressure. be delivered over the spring. A regulated charge, as required for writing, would then not be possible. To facilitate this type of delivery, the ventilation is 80 the ink cartridge 72 in the form of an ink-wetted short capillary channel. This channel opens only when a negative pressure is built up in the ink cartridge, which corresponds to the capillary pressure of the ink in the ink conductor 82 equivalent. At this moment, the ink from the negative pressure in the ink cartridge is sucked out of the channel, and air can flow in from the outside. The process ends when the incoming air has reduced the negative pressure in the cartridge. At that moment, the ink wets the short capillary channel again 80 and shut him up.
Während der
Belüftung
fließt
Tinte aus der Patrone 72 heraus. Um die unkontrollierte
Abgabe an das Papier in dieser Phase zu vermeiden, muß der Teil
des Tintenvolumens, der nicht zum Schreiben verwendet wird, in den
Ausgleichskammern 84, welche einen Zwischenspeicher oder
ein Sekundärvolumen
bilden, gespeichert werden. Typischerweise ist der Zwischenspeicher
als kapillarer Speicher unterhalb der Feder 76 in Form
von planparallelen Platten ausgebildet, die als Ausgleichskammern
bezeichnet werden. Dieser Speicher nimmt die überschüssige Menge an Tinte auf und
gibt sie im Verlauf des weiteren Schreibvorgangs wieder an das Papier
ab. Ist der Zwischenspeicher geleert, so wird die zum Schreiben erforderliche
Tinte aus der Patrone 72 entnommen. In dieser vergrößert sich
damit der Unterdruck, und beim Unterschreiten des kritischen Wertes öffnet sich wieder
der kurze Kapillarkanal 80, und der Zyklus beginnt von
vorne.During ventilation, ink flows out of the cartridge 72 out. To avoid uncontrolled release to the paper at this stage, the portion of the ink volume that is not used for writing must be in the equalization chambers 84 , which form a cache or a secondary volume, are stored. Typically, the cache is a capillary storage below the spring 76 formed in the form of plane-parallel plates, which are referred to as compensation chambers. This memory absorbs the excess amount of ink and returns it to the paper as the writing proceeds. If the buffer is emptied, the ink required for writing from the cartridge 72 taken. In this case, the negative pressure increases, and when the value falls below the critical value, the short capillary channel opens again 80 , and the cycle starts all over again.
Bei
einer Änderung
der Umgebungstemperatur dehnt sich das in der Patrone 72 vorhandene Luftvolumen
aus und verdrängt
gespeicherte Tinte. Der Vorgang tritt ebenfalls bei einer Änderung
des äußeren Luftdrucks
auf. Das bei diesen sogenannten Störfällen aus der Patrone 72 austretende
Tintenvolumen muß von
den Ausgleichskammern 84 unter der Feder aufgenommen werden.
Der Einsatz des Systems wird somit stark von dem zur Verfügung stehenden
Raum im Sekundärvolumen
unter der Feder begrenzt.When the ambient temperature changes, it expands in the cartridge 72 existing air volume and displaces stored ink. The process also occurs when the external air pressure changes. The case of these so-called accidents from the cartridge 72 escaping ink volume must from the compensation chambers 84 be picked up under the spring. The use of the system is thus greatly available from the ste limited space in the secondary volume under the spring.
Nachteile
an dem in den 5a bis 5c beschriebenen konventionellen
Füllersystem
ist seine begrenzte Störfalltoleranz.
Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß die zuverlässige Funktion
des Systems stark von der Abstimmung der in der Belüftung und
dem Zwischenspeicher wirksamen Kapillardrücken abhängt. Diese sind eine Funktion
der Oberflächeneigenschaften
und somit stark von den Herstellparametern und Ver schmutzungen der
Oberflächen abhängig.Disadvantages of that in the 5a to 5c described conventional filler system is its limited fault tolerance. A further disadvantage is that the reliable operation of the system depends strongly on the coordination of the effective capillary pressures in the aeration and the buffer. These are a function of the surface properties and thus highly dependent on the manufacturing parameters and contamination of the surfaces.
Die DE 3912411 C1 offenbart
ein Versorgungssystem für
mit Hilfe von Kapilarkräften
arbeitende Geräte
zum Auftragen von Flüssigkeiten,
wobei das Versorgungssystem einen Behälter zur Aufnahme der Schreib-
und Zeichenflüssigkeit
und ein mit dem Behälter über eine
Zufuhreinrichtung verbundenes, für
den Auftrag der Flüssigkeit
geeignetes Auftragelement, wie eine Schreib- oder Zeichenspitze,
umfaßt.
Der Behälter
umfaßt
eine Mehrzahl von Teilbehältern
mit jeweils einer Einlaßöffnung und
einer Auslaßöffnung,
wobei die Behälter
in einer Reihenschaltung über
die an einem Behälter
ausgebildete Auslaßöffnung in
Verbindung stehen. Darüberhinaus
ist ein kapillarer Speicher vorgesehen, der mit der Atmosphäre in Kommunikation
ist. Die Einlaß- und
die Auslaßöffnung können eine
größere Kapillarität haben
als der Behälter
selbst in diesem Bereich. Dadurch wird vermieden, daß Luftblasen
in die Auslaßöffnung eintreten
können.
Für den
Fall, daß eine Luftblase
die Auslaßöffnung voll
verschließt,
ist, um einen Betriebsausfall zu vermeiden, eine Rinne angeordnet,
die kapillar wirkt und eine größere Kapillarität als der
Behälter
hat.The DE 3912411 C1 discloses a supply system for operating by means of Kapilarkräften liquid applicators, wherein the supply system comprises a container for receiving the writing and drawing liquid and connected to the container via a supply means, suitable for the application of the liquid applicator element, such as a writing or Character tip, covered. The container comprises a plurality of sub-containers, each having an inlet port and an outlet port, the containers communicating in series via the outlet port formed on a container. In addition, a capillary memory is provided which is in communication with the atmosphere. The inlet and outlet ports may have greater capillarity than the container itself in this area. This avoids that air bubbles can enter the outlet. In the event that an air bubble completely closes the outlet opening, a gutter is arranged to prevent operational failure, which acts capillary and has a greater capillarity than the container.
Die DE 3400522 A1 offenbart
einen Füllfederhalter
mit einem Schreibröhrchen.The DE 3400522 A1 discloses a fountain pen with a writing tube.
Die DE 19904706 A1 offenbart
ein Schreibinstrument, wobei die kritische Oberflächenspannung eines
temporären
Tintenreservoirs größer als
die Oberflächenspannung
der Tinte ist.The DE 19904706 A1 discloses a writing instrument wherein the critical surface tension of a temporary ink reservoir is greater than the surface tension of the ink.
Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen betriebssicheren,
gut funktionierenden und schnell abgabefähigen Vorratstank für ein Dosiersystem
mit Ventil zwischen Vorratsbehälter und
Flüssigkeitsabgabeeinrichtung
bzw. ein entsprechendes Dosiersystem zu schaffen.The
The object of the present invention is to provide a reliable,
well-functioning and quickly dispensable storage tank for a dosing system
with valve between reservoir and
Liquid discharge means
or to create a corresponding metering system.
Diese
Aufgabe wird durch einen Vorratstank für ein Dosiersystem nach Patentanspruch
1 oder durch ein Dosiersystem nach Patentanspruch 7 gelöst.These
Task is by a storage tank for a metering system according to claim
1 or solved by a metering system according to claim 7.
Der
vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß von dem
kurzen Kapillarkanal, der als Belüftung für herkömmliche Tintenpatronen wirkt, weggegangen
werden muß,
um Betriebssicherheit einerseits und Funktionalität andererseits
des Dosiersystems z. B. bei einem Füller zu schaffen. Ein erfindungsgemäßer Vorratstank
umfaßt
einen Vorratsbehälter
zum Speichern einer durch das Dosiersystem zu dosierenden Flüssigkeit,
einen Hauptausgang, der angeordnet ist, daß die zu dosierende Flüssigkeit
den Vorratsbehälter
durch den Hauptausgang verlassen kann, einen Nebenausgang und einen Ausgleichsbehälter, der
mit dem Nebenausgang fluidisch gekoppelt ist, und der angeordnet
ist, um als Belüftungskanal
mit der Umgebungsatmosphäre
fluidisch zu kommunizieren, wobei dessen Volumen so groß ist, daß ein aus
dem Vorratsbehälter
durch Atmosphärenschwankungen
verdrängbares
Volumen speicherbar ist.Of the
The present invention is based on the finding that of the
short capillary channel, which acts as a vent for conventional ink cartridges, gone away
must become,
for safety on the one hand and functionality on the other
of the dosing z. B. to create a filler. An inventive storage tank
comprises
a reservoir
for storing a liquid to be metered by the metering system,
a main outlet, which is arranged that the liquid to be dosed
the reservoir
through the main exit can leave, a side exit and a surge tank, the
is fluidically coupled to the secondary output, and arranged
is to serve as a ventilation duct
with the ambient atmosphere
fluidically communicate, the volume of which is so large that one out
the reservoir
due to atmospheric fluctuations
verdrängbares
Volume can be stored.
Aufgrund
der Tatsache, daß beim
bekannten Vorratstank lediglich ein kurzer Kapillarkanal vorhanden
ist, ist dessen Funktionalität
nur sichergestellt, wenn derselbe von der im Vorratstank gespeicherten Flüssigkeit
benetzt bzw. verschlossen ist. Tritt eine Ausdehnung des Luftvolumens
auf, so läuft
Tinte entweder direkt über
den kurzen Kapillarkanal aus, oder überfüllt das Puffervolumen im Tintenkanal
und führt somit
ebenfalls zum Auslaufen.by virtue of
the fact that at
known storage tank only a short capillary channel available
is, its functionality
only ensured if the same of the liquid stored in the storage tank
wetted or closed. Occurs an expansion of the air volume
on, it works
Ink either directly over
the short capillary channel, or overfilled the buffer volume in the ink channel
and thus leads
also for phasing out.
Die
obigen Ausführungen
gelten für
ein herkömmliches
Füllersystem.
Für ein
Füllersystem
mit elektronischer Regelung eines Ventils im Tintenkanal ist der
bekannte Vorratstank, der in 5c gezeigt ist, überhaupt
nicht geeignet. Bei einem solchen Füllersystem muß der Vorratsbehälter nicht
mehr dazu dienen, einen Unterdruck zur Verfügung stellen, sondern der Vorratsbehälter soll
ganz im Gegenteil unter Druck stehen oder zumindest den maximalen
hydrostatischen Druck zur Verfügung
stellen.The above statements apply to a conventional filler system. For a filler system with electronic control of a valve in the ink channel is the known storage tank, the in 5c shown is not suitable at all. In such a filler system, the reservoir must no longer serve to provide a vacuum available, but the reservoir should be quite the opposite under pressure or at least provide the maximum hydrostatic pressure available.
Indem
der erfindungsgemäße Vorratstank
einen Ausgleichsbehälter
bereitstellt, der mit dem Nebenausgang fluidisch gekoppelt ist,
und der angeordnet ist, um als Belüftungskanal mit der Umgebungsatmosphäre fluidisch
zu kommunizieren, und der darüberhinaus
ein so großes
Volumen hat, daß das
unter bestimmten Grenzbedingungen maximal verdrängbare Flüssigkeitsvolumen aufgenommen
werden kann, wird eine Überflutung
eines Puffervolumens unterhalb der Feder eines Füllers bzw. ein Auslaufen an
sich vermieden.By doing
the storage tank according to the invention
a surge tank
which is fluidically coupled to the auxiliary output,
and which is arranged to be fluidic as a ventilation duct with the ambient atmosphere
to communicate, and beyond
such a big one
Volume has that
under certain boundary conditions, maximum displaceable liquid volumes are recorded
will be a flooding
a buffer volume below the spring of a filler or a leak
avoided.
Bevorzugterweise
wird der Ausgleichsbehälter
als langer Kanal ausgeführt,
der um den Vorratsbehälter
herum spiralförmig
gewickelt ist.preferably,
becomes the expansion tank
executed as a long channel,
the one around the reservoir
spiraling around
is wound.
Der
erfindungsgemäße Vorratstank
ist dahingehend vorteilhaft, daß er
lediglich durch die Gestaltung der Oberfläche des Ausgleichsbehälters für ein elektronisch
geregeltes Dosiersystem mit Ventil im Flüssigkeitskanal angepaßt ist.
Da die Oberfläche des
Ausgleichsbehälters
nicht-benetzend ausgestaltet ist, ist der erfindungsgemäße Vorratstank
für ein Dosiersystem
mit elektronischer Regelung und angesteuertem Ventil geeignet.The storage tank according to the invention is advantageous in that it only by the design of the surface of the expansion tank for a electronically controlled dosing with valve in the liquid channel is adapted. Since the surface of the surge tank is configured non-wetting, the storage tank according to the invention for a metering system with electronic control and controlled valve is suitable.
Der
erfindungsgemäße Vorratstank
ist dahingehend vorteilhaft, daß aufgrund
der Tatsache, daß nicht
sichergestellt werden kann, daß der
Ausgleichsbehälter
immer an das Luftvolumen bzw. an das Fluidvolumen angekoppelt ist,
durch den Ausgleichsbehälter
immer das maximal verdrängbare Flüssigkeitsvolumen
aus dem Vorratsbehälter
aufgenommen werden kann.Of the
Storage tank according to the invention
is advantageous in that due
the fact that not
It can be ensured that the
surge tank
is always coupled to the air volume or to the fluid volume,
through the expansion tank
always the maximum displaceable liquid volume
from the reservoir
can be included.
Bevorzugte
Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend bezugnehmend auf die
beiliegenden Zeichnungen detailliert erläutert. Es zeigen:preferred
embodiments
The present invention will be described below with reference to FIGS
attached drawings explained in detail. Show it:
1 eine
Prinzipskizze des erfindungsgemäßen Vorratstanks
mit einer Ankopplung des Ausgleichsbehälters entweder an das Flüssigkeitsvolumen
oder an das Gasvolumen im Vorratsbehälter; 1 a schematic diagram of the storage tank according to the invention with a coupling of the expansion tank either to the liquid volume or to the gas volume in the reservoir;
2 eine
perspektivische Ansicht eines Dosiersystems mit erfindungsgemäßem Vorratstank, wobei
das Dosiersystem beispielhaft als elektronischer Füller ausgeführt ist; 2 a perspective view of a metering system with inventive storage tank, the metering system is exemplified as an electronic filler;
3 eine
Prinzipskizze eines erfindungsgemäßen Dosiersystems mit elektronischer
Ventilregelung; 3 a schematic diagram of a metering system according to the invention with electronic valve control;
4 eine
detaillierte Ansicht einer Schreibspitze eines beispielhaften Dosiersystems;
und 4 a detailed view of a writing tip of an exemplary dosing system; and
5a bis 5c Prinzipskizzen
zur Erläuterung
der Funktion eines herkömmlichen
hydrostatischen Füllers. 5a to 5c Schematic diagrams to explain the function of a conventional hydrostatic filler.
1 zeigt
einen erfindungsgemäßen Vorratstank.
Der Vorratstank umfaßt
einen Vorratsbehälter 10,
in dem eine zu dosierende Flüssigkeit 12 gespeichert
ist, welche bei dem bevorzugten Einsatz des erfindungsgemäßen Dosiersystems
als Füller Tinte
ist. Der Vorratstank umfaßt
ferner ein Gasvolumen 14, welches sich dadurch ergibt,
daß der
Vorratsbehälter 10 nicht
vollständig
mit Flüssigkeit
gefüllt ist.
Der erfindungsgemäße Vorratstank
umfaßt
ferner einen Hauptausgang 16, der angeordnet ist, daß die zu
dosierende Flüssigkeit 12 den
Vorratsbehälter 10 verlassen
kann. Der Hauptausgang 16 ist somit dort am Vorratsbehälter angeordnet,
wo sich im Vorratsbehälter
bei Arbeitsausrichtung des Vorratsbehälters die zu dosierende Flüssigkeit
befindet. 1 shows a storage tank according to the invention. The storage tank comprises a storage container 10 in which a liquid to be dosed 12 which is ink in the preferred use of the metering system according to the invention as filler. The storage tank further comprises a gas volume 14 , which results from the fact that the reservoir 10 not completely filled with liquid. The storage tank according to the invention further comprises a main outlet 16 , which is arranged so that the liquid to be dispensed 12 the reservoir 10 can leave. The main exit 16 is thus arranged there on the storage container, where the liquid to be dispensed is located in the reservoir at work orientation of the reservoir.
Der
erfindungsgemäße Vorratstank
umfaßt ferner
einen Nebenausgang 18, über
den ein Ausgleichsbehälter 20 an
den Vorratsbehälter 10 angeschlossen
ist.The storage tank according to the invention further comprises a secondary outlet 18 over which a surge tank 20 to the reservoir 10 connected.
Existiert
für den
Vorratsbehälter
eine bevorzugte Arbeitsausrichtung, die sich beispielsweise für einen
Füller
als Dosiersystem dadurch ergibt, daß der Füller beim Schreiben in der
Hand gehalten wird, so kann der Nebenausgang 18 je nach
Ausgestaltung des Dosiersystems entweder mit dem Flüssigkeitsvolumen 12 oder
dem Gasvolumen 14 gekoppelt sein. Existiert keine bestimmte
Arbeitsausrichtung, so kann der Ausgleichsbehälter entweder mit dem Gasvolumen
oder mit dem Flüssigkeitsvolumen
gekoppelt sein. Eine bestimmte Kopplung abhängig von einer Arbeitsausrichtung,
falls dieselbe vorhanden ist, führt
lediglich zu einer Verbesserung der Eigenschaften des Dosiersystems
im Arbeitsbetrieb, ist jedoch für
die Flexibilität
und Betriebssicherheit des Vorratstanks nicht von entscheidender
Bedeutung.If there is a preferred working orientation for the storage container, which results, for example, in the case of a filler as dosing system, in that the filler is held in the hand during writing, then the secondary outlet can 18 depending on the configuration of the metering either with the liquid volume 12 or the gas volume 14 be coupled. If there is no specific working orientation, the expansion tank can be coupled to either the gas volume or the volume of liquid. A particular coupling depending on work orientation, if present, merely improves the properties of the dosing system during operation, but is not critical to the flexibility and safety of the storage tank.
2 zeigt
eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Dosiersystems am Beispiel eines
elektronischen Füllers.
Der elektronische Füller umfaßt zunächst den
Vorratsbehälter 10 in
Form einer Tintenpatrone sowie den Ausgleichsbehälter 20 in Form eines
spiralförmig
um die Tintenpatrone 10 gewundenen Kanals. Um den elektronischen
Füller mit
Leistung zu versorgen, sind unterhalb des Vorratstanks Batterien 22 angeordnet.
Die Batterien versorgen zum Betrieb des Füllers notwendige Elektronikbauteile 24 und
steuern insbesondere ein Ventil 26, das zwischen dem Vorratsbehälter 10 und
einer Füllerfeder 60 angeordnet
ist. 2 shows a perspective view of a metering system according to the invention using the example of an electronic filler. The electronic filler initially comprises the reservoir 10 in the form of an ink cartridge and the expansion tank 20 in the form of a spiral around the ink cartridge 10 spiral channel. To power the electronic filler, there are batteries below the storage tank 22 arranged. The batteries supply necessary electronic components for the operation of the filler 24 and in particular control a valve 26 that between the storage tank 10 and a fountain pen 60 is arranged.
Im
nachfolgenden wird auf die Funktionalität des erfindungsgemäßen Vorratstanks
wieder bezugnehmend auf 1 detaillierter eingegangen.
Erfindungsgemäß wird der
Vorratstank 10 über
den Ausgleichsbehälter 20 belüftet. Der
Vorratsbehälter
ist somit über
den Nebenausgang und den Ausgleichsbehälter mit der Umgebungsatmosphäre verbunden.In the following, reference is again made to the functionality of the storage tank according to the invention 1 detailed. According to the invention, the storage tank 10 over the expansion tank 20 ventilated. The reservoir is thus connected via the secondary outlet and the expansion tank with the ambient atmosphere.
Bevorzugterweise
wird der Vorratsbehälter als
langer Kanal ausgeführt.
Der Querschnitt des Kanals ist in Abhängigkeit von der Art der zu
dosierenden Flüssigkeit
so eng gewählt,
daß bei
einer Befüllung
des Ausgleichsbehälters
vorzugsweise eine ununterbrochene Flüssigkeitssäule entsteht, welche keine
Gasblasen einschließt.preferably,
is the reservoir as
long channel executed.
The cross section of the channel is dependent on the type of
dosing liquid
chosen so closely,
that at
a filling
of the expansion tank
preferably an uninterrupted liquid column is formed, which no
Includes gas bubbles.
Verändern sich
der umgebende Druck oder die Umgebungstempe ratur, so daß ein Flüssigkeitsvolumen
aus dem Vorratsbehälter
verdrängt
wird, so wird dieses Flüssigkeitsvolumen
vom Ausgleichsbehälter
aufgenommen. Wird anschließend
wieder Flüssigkeit
aus dem Vorratsbehälter 10 entnommen, so
wird bei diesem Vorgang die Flüssigkeit
aus dem Ausgleichsbehälter
in den Vorratsbehälter
zurückströmen. Anschließend steht
wieder das gesamte Ausgleichsbehältervolumen
zur Aufnahme von Flüssigkeit
zur Verfügung.
Die Größe des Ausgleichsbehälters ist
erfindungsgemäß so gewählt, daß das maximal
verdrängbare
Flüssigkeitsvolumen
aufgenommen werden kann. Das maximal verdrängbare Flüssigkeitsvolumen ergibt sich
aus dem Volumen des Vorratsbehälters
und spezifizierten Umgebungsbedingungen nach dem Gasgesetz. So wird
eine maximale bzw. minimale Umgebungstemperatur bzw. ein maximaler
bzw. minimaler Umgebungsdruck spezifiziert. Extremwerte für die Umgebungstemperatur
und den Umgebungsdruck werden beispielsweise durch die bei einem
Transport z. B. mittels eines Flugzeugs auftretenden Temperatur-
und Druck-Bedingungen festgelegt. Um dennoch immer auf der sicheren
Seite zu stehen, kann noch ein zusätzlicher Sicherheitsfaktor
berücksichtigt
werden, welcher sich darin äußern wird,
daß der
Ausgleichsbehälter
ein um den Sicherheitsfaktor größeres Volumen
haben wird, was sich im Falle der Ausführung des Vorratsbehälters als
langer Kanal unmittelbar in einer größeren Kanallänge äußert. Indem
der Ausgleichsbehälter
als langer Kanal spiralförmig
eng um die Tintenpatrone herum gewickelt ist, können beträchtliche Kanallängen erreicht werden,
welche bei einem Füller
durchaus größer als ein
Meter sein können.
Selbstverständlich
könnte
der Ausgleichsbehälter
auch doppelt oder dreifach um die Tintenpatrone herum gewickelt
sein, falls dies volumenmäßig erforderlich
ist. Nachdem bei größeren Volumina
der Vorratsbehälter
auch die äußeren Abmessungen
der Vorratsbehälter
entsprechend zunehmen, wird immer ausreichend Platz sein, um auch
einen entsprechend größeren Ausgleichsbehälter anzubringen.If the surrounding pressure or the ambient temperature change, so that a volume of liquid is displaced from the reservoir, this volume of liquid is absorbed by the reservoir. Will then again liquid from the reservoir 10 removed, so in this process, the liquid from the surge tank in the reservoir back stream. Subsequently, the entire reservoir volume is again available for receiving liquid. The size of the expansion tank is inventively chosen so that the maximum displaceable liquid volume can be absorbed. The maximum displaceable liquid volume results from the volume of the reservoir and specified environmental conditions according to the law of gas. Thus, a maximum or minimum ambient temperature or a maximum or minimum ambient pressure is specified. Extreme values for the ambient temperature and the ambient pressure, for example, by the transport at a z. B. set by means of an aircraft temperature and pressure conditions. Nevertheless, to always be on the safe side, an additional safety factor can be taken into account, which will be expressed in that the expansion tank will have a larger by the safety factor volume, resulting in the case of the execution of the reservoir as a long channel directly in a larger channel length expresses. By having the surge tank as a long channel spirally wound tightly around the ink cartridge, considerable channel lengths can be achieved, which can well be greater than one meter for a filler. Of course, the surge tank could also be double or triple wound around the ink cartridge, if required in terms of volume. Since the outer dimensions of the reservoir increase correspondingly with larger volumes of the reservoir, there will always be sufficient space to install a correspondingly larger reservoir.
Im
nachfolgenden wird der erfindungsgemäße Vorratstank hinsichtlich
seiner Ausgestaltung für ein
elektronisch gere geltes Dosiersystem beschrieben. Ein solches Dosiersystem
ist prinzipiell in 3 dargestellt.In the following, the storage tank according to the invention will be described in terms of its design for an electronically gere geltes dosing. Such a metering system is in principle in 3 shown.
Das
elektronische Schreibgerät,
das in 3 dargestellt ist, umfaßt einen ersten Schreibfluidvorratstank 50 als
Primärbehälter, einen
Schreibfluidpuffer als Sekundärbehälter 52,
einen Schreibfluidkanal 54 zwischen dem Primärbehälter 50 und
dem Sekundärbehälter 52,
ein steuerbares Ventil 56 in dem Schreibfluidkanal 54,
einen Füllstandssensor 58 zum
Messen des Füllstands
in dem Sekundärbehälter 52,
eine Feder zum Abgeben der Tinte an beispielsweise ein Blatt Papier,
welche mit dem Bezugszeichen 60 gekennzeichnet ist, sowie
eine Steuer- oder Regelungseinrichtung 62 zum Öffnen des
Ventils als Reaktion auf einen Füllstand
des Sekundärbehälters, der
kleiner oder gleich einem vorbestimmten Grenzwert ist.The electronic writing instrument, which in 3 includes a first write fluid supply tank 50 as a primary container, a write fluid buffer as a secondary container 52 , a write fluid channel 54 between the primary container 50 and the secondary container 52 , a controllable valve 56 in the write fluid channel 54 , a level sensor 58 for measuring the level in the secondary container 52 , a spring for dispensing the ink to, for example, a sheet of paper, denoted by the reference numeral 60 is characterized, as well as a control or regulating device 62 for opening the valve in response to a level of the secondary container that is less than or equal to a predetermined limit.
Der
Primärbehälter 50 von 3 kann
entweder unter Druck stehen, um nach Öffnen des Ventils durch den
im Behälter
vorhandenen Druck Tinte an den Sekundärbehälter abzugeben, oder es kann ein
Belüfter
vorgesehen sein, damit Tinte hydrostatisch aus dem Primärbehälter austreten
kann.The primary container 50 from 3 may either be under pressure to deliver to the secondary container after opening the valve by the pressure present in the container, or it may be provided an aerator so that the ink can escape hydrostatically from the primary container.
Um
die unkontrollierte Abgabe von Tinte zu vermeiden, wird zwischen
dem Primärbehälter 50 und
der Feder 60 ein Ventil 56 eingefügt. Dieses
Ventil ist im Ruhezustand geschlossen und verhindert so bei Temperatur-
und Druckänderungen
die Abgabe von Tinte zur Feder. Im Betrieb wird das Ventil 56 von dem
Füllstandssensor 58 gesteuert,
der in dem Sekundärbehälter, welcher
als kleines Puffervolumen unterhalb der Feder ausgeführt ist,
sitzt und dort den Füllstand überwacht.To avoid the uncontrolled release of ink, is between the primary container 50 and the spring 60 a valve 56 inserted. This valve is closed when idle, thus preventing the release of ink to the spring during temperature and pressure changes. During operation, the valve becomes 56 from the level sensor 58 controlled, which sits in the secondary container, which is designed as a small volume of buffer below the spring, and there monitors the level.
Für ein elektronisch
geregeltes Dosiersystem ist kein Unterdruck im Vorratsbehälter erforderlich.
Stattdessen ist es nötig,
daß für ein schnelles Befüllen des
Sekundärvolumens
der maximale hydrostatische Druck zur Verfügung gestellt wird, damit Tinte
schnell aus dem Vorratsbehälter über den Tintenkanal
und das geöffnete
Ventil das Sekundärvolumen
erreicht. Daher wird erfindungsgemäß die Oberfläche des
Ausgleichsbehälters
nicht-benetzend ausgeführt,
derart, daß sich
ein unter Umständen
gefüllter
Ausgleichsbehälter
möglichst
schnell in den Vorratstank hinein leert. So steht im Arbeitsbetrieb
möglichst
immer ein unmittelbarer Luftkanal vom Vorratsbehälter zur Umgebung hin bereit.For an electronic
regulated dosing system, no negative pressure in the reservoir is required.
Instead, it is necessary
that for a quick filling of the
secondary volume
the maximum hydrostatic pressure is provided so that ink
quickly out of the reservoir via the ink channel
and the open one
Valve the secondary volume
reached. Therefore, the surface of the invention
expansion tank
non-wetting,
such that
one under circumstances
filled
surge tank
preferably
quickly empties into the storage tank. This is how it works
preferably
always an immediate air channel from the reservoir to the environment ready.
Bei
der Dosierung von wässrigen
Lösungen werden
als nicht-benetzende
Materialien beispielsweise Polypropylen (PP), Polykarbonat (PC),
LCP oder Fluorpolymere, wie z. B. PTFE, bevorzugt.at
the dosage of aqueous
Solutions will be
as non-wetting
Materials such as polypropylene (PP), polycarbonate (PC),
LCP or fluoropolymers, such as. As PTFE, preferred.
Die
Ausgleichsbehältergeometrie
ergibt sich aus dem Tintenpatronenvolumen, welches beispielsweise
1,2 ml sein könnte,
und den spezifizierten Umgebungsbedingungen nach dem idealen Gasgesetz. Für eine Tintenpatrone
mit einem Volumen von 1,2 ml beträgt die Kanallänge ca.
1 bis 1,5 m bei einem Durchmesser des Kanals von ca. 0,5 bis 0,7
mm. Es wird darauf hingewiesen, daß im Falle des Dosiersystems
mit geregeltem Ventil der Kanaldurchmesser möglichst groß gewählt wird, um eine Kapillarwirkung des
Vorratsbehälters
so gut als möglich
auszuschließen.
Um jedoch ein gutes Entleeren des Ausgleichsbehälters sicherzustellen, sollte
der Durchmesser so gewählt
werden, daß noch
keine Gasblasenbildung auftritt, daß sich derselbe also mit einer
durchgehenden Flüssigkeitssäule befüllt.The
Reservoirs geometry
results from the ink cartridge volume, which for example
Could be 1.2 ml
and the specified environmental conditions according to the ideal gas law. For an ink cartridge
with a volume of 1.2 ml, the channel length is approx.
1 to 1.5 m with a diameter of the channel of about 0.5 to 0.7
mm. It should be noted that in the case of the metering system
is selected as large as possible with a regulated valve, the channel diameter to a capillary action of the
reservoir
as good as possible
excluded.
However, to ensure a good emptying of the expansion tank, should
the diameter chosen
be that still
no gas bubble formation occurs, so that the same with a
filled through continuous liquid column.
Falls
eine bevorzugte Arbeitsausrichtung des Dosiersystems existiert und
keine zusätzlichen konstruktiven
Vorgaben existieren, wird der Nebenausgang des Vorratsbehälters dort
gewählt,
wo sich in Arbeitsausrichtung des Vorratstanks das Flüssigkeitsvolumen 12 befindet.If a preferred working orientation of the dosing exists and no additional design specifications exist, the secondary outlet of the reservoir is selected where in the working orientation of the storage tank, the liquid volume 12 located.
Im
Falle eines Dosiersystems mit elektronischer Regelung eines Ventils
im Tintenkanal muß die Belüftung im
Gegensatz zum konventionellen Füller nicht
das unkontrollierte Auslaufen der Tinte mittels eines Unterdrucks
verhindern, sondern zur Optimierung der Funktion den maximal möglichen
hydrostatischen Druck zur Verfügung
stellen. Das Auslaufen des Füllers
wird dagegen durch das geschlossene Ventil vermieden. Wird der Füller transportiert,
so wird das Ventil geschlossen sein.in the
Case of a dosing system with electronic control of a valve
in the ink channel, the ventilation in the
Unlike the conventional filler not
the uncontrolled leakage of the ink by means of a negative pressure
but to optimize the function the maximum possible
hydrostatic pressure available
put. The leakage of the filler
is avoided by the closed valve. If the filler is transported,
so the valve will be closed.
Tritt
eine Flüssigkeitsausdehnung
im Vorratstank aufgrund von Umgebungsbedingungsänderung auf, so wird in dem
Fall, in dem der Nebenausgang 18 nicht von Flüssigkeit
umspült
ist, einfach Luft über
den Ausgleichsbehälter 20 nach
außen
verdrängt.
Tritt eine Gaskomprimierung beispielsweise aufgrund von Temperatursenkungen
auf, so wird einfach über
die Belüftung
Luft nachgeliefert.When a liquid expansion in the storage tank occurs due to environmental change, in the case where the auxiliary outlet becomes 18 is not lapped by liquid, just air over the expansion tank 20 displaced to the outside. If a gas compression occurs, for example, due to temperature drops, air is simply supplied via the ventilation.
Ist
dagegen der Nebenausgang 18 aufgrund einer von der Arbeitsausrichtung
abweichenden Transportausrichtung von Flüssigkeit umspült, so wird
aufgrund von Umgebungsbedingungsänderungen
so lange Flüssigkeit
aus dem Vorratsbehälter
in den Ausgleichsbehälter 20 verdrängt, bis
eventuelle Druckunterschiede ausgeglichen sind. Da das Volumen des
Ausgleichsbehälters 20 so
groß gewählt ist, daß dieses
verdrängte
Flüssigkeitsvolumen
aufgenommen werden kann, wird kein unerwünschtes Auslaufen auftreten.
Hierbei ist es aufgrund des groß genug
gewählten
Ausgleichsbehälters
unerheblich, ob der Nebenausgang von Flüssigkeit umspült wird oder
nicht.Is, however, the secondary output 18 due to a deviating from the working orientation transport of liquid flows around, so due to environmental conditions changes so long liquid from the reservoir into the surge tank 20 displaced until any pressure differences are balanced. Because the volume of the expansion tank 20 is chosen so large that this displaced fluid volume can be absorbed, no unwanted leakage will occur. It is irrelevant because of the large enough chosen compensation tank, whether the secondary outlet is surrounded by liquid or not.
Wird
dann regulär
Flüssigkeit
aus dem Vorratstank entnommen, beispielsweise wenn mit dem Füller geschrieben
wird, so wird der Vorratstank wieder in seine Arbeitsausrichtung
gebracht, so daß aufgrund
der nicht-benetzenden Oberfläche
des Ausgleichsbehälters 20 die
Flüssigkeit
von selber wieder in den Vorratsbehälter 10 zurückfließt, so daß wieder möglichst
schnell ein Luftkanal zur Umgebung zur Verfügung steht, derart, daß der maximale
hydrostatische Druck bereitgestellt wird. Existiert keine bevorzugte
Arbeitsausrichtung, so wird aufgrund der regulären Abgabe von Flüssigkeit über den
Hauptausgang 16 ein kleiner Unterdruck erzeugt, welcher
un mittelbar dazu führt,
daß der
Ausgleichsbehälter 20 entleert
wird. Diese Neigung, den Ausgleichsbehälter 20 zu entleeren,
wird ferner durch die nicht-benetzende Oberfläche des Ausgleichsbehälters unterstützt bzw.
gefördert.
Somit wird selbst bei gerade geöffnetem
Ventil im Fluidkanal durch den Unterdruck im Vorratsbehälter nicht
etwa das Sekundärvolumen "angesaugt", sondern immer zuerst
der Ausgleichsbehälter
entleert.If then regular liquid is removed from the storage tank, for example, when writing with the filler, the storage tank is returned to its working orientation, so that due to the non-wetting surface of the surge tank 20 the liquid by itself back into the reservoir 10 flows back so that as quickly as possible, an air duct is available to the environment, such that the maximum hydrostatic pressure is provided. If there is no preferred work orientation, then due to the regular dispensing of liquid through the main exit 16 generates a small negative pressure, which un indirectly leads to the fact that the expansion tank 20 is emptied. This tilt, the expansion tank 20 is further assisted by the non-wetting surface of the surge tank. Thus, even when the valve is just open in the fluid channel by the negative pressure in the reservoir not about the secondary volume "sucked", but always first emptied the expansion tank.
Der
bei bevorzugten Ausführungsbeispielen als
langer Kanal mit kleinem Durchmesser ausgeführte Ausgleichsbehälter hat
darüberhinaus
den Vorteil, daß der
Kanal aufgrund seiner Länge
als Diffusionsbarriere wirkt und die Verdunstungsrate der Flüssigkeit
aus dem Sekundärbehälter stark
vermindert.Of the
in preferred embodiments as
long channel has a small diameter executed reservoir
Furthermore
the advantage that the
Channel due to its length
acts as a diffusion barrier and the evaporation rate of the liquid
strong from the secondary container
reduced.
4 zeigt
einen Längsschnitt
durch die Mitte einer Schreibspitze 64 eines Füllers, wobei
die Schreibspitze eine Feder 60 aufweist. Darüberhinaus wird
die Schreibspitze durch einen Kunststoffkörper 66 gebildet,
in dem der Fluidkanal bzw. Flüssigkeitskanal 54 ausgeführt ist.
Der Sekundärbehälter, welcher
durch einen im Querschnitt zunehmenden Kapillarspalt 52 unterhalb
der Feder gebildet wird, befindet sich nicht im Hauptstrom, sondern
im Nebenstrom. Die Verzweigung in Hauptstrom und Nebenstrom geschieht
durch eine T-Verzweigung 68. Der Füllstand des Sekundärbehälters 52 wird
mittels eines Füllstandssensors 58 gemessen.
Der Füllstandssensor ist über eine
elektrische Verbindungsleitung 59 mit einer elektronischen
Schaltungsanordnung 69 verbunden, um ausgelesen zu werden.
Die elektronische Schaltungsanordnung 69 umfaßt dabei
z. B. eine Kapazitätsmeßeinrichtung. 4 shows a longitudinal section through the middle of a writing tip 64 a pen, with the nib of a pen 60 having. In addition, the writing tip is through a plastic body 66 formed in which the fluid channel or fluid channel 54 is executed. The secondary container, which by a cross-section increasing capillary 52 is formed below the spring, is not in the main stream, but in the side stream. The branching into main flow and secondary flow is done by a T-branch 68 , The level of the secondary container 52 is by means of a level sensor 58 measured. The level sensor is via an electrical connection line 59 with an electronic circuit arrangement 69 connected to be read. The electronic circuit arrangement 69 includes z. B. a capacitance measuring device.
Das
Puffervolumen 52 ist somit über das T-Stück 68 an
den Flüssigkeitskanal 54 angekoppelt. Das
T-Stück 68 ist
kapillar so ausgelegt, daß sich
bei der ersten Befüllung
der vordere Teil der Feder vor dem Sekundärbehälter 52 füllt. Der
Sekundärbehälter 52 ist,
wie es ausgeführt
worden ist, in Form eines Kapillarspaltes realisiert, dessen Abstand
kontinuierlich zunimmt. So wird erreicht, daß der wirksame Kapillardruck
mit zunehmender Befüllung
abnimmt und sich das Volumen definiert befüllt.The buffer volume 52 is thus about the tee 68 to the fluid channel 54 coupled. The tee 68 is capillary designed so that at the first filling of the front part of the spring in front of the secondary container 52 crowded. The secondary container 52 is, as has been stated, realized in the form of a capillary gap whose distance increases continuously. It is thus achieved that the effective capillary pressure decreases with increasing filling and the volume is filled in a defined manner.
Beim
Schreiben wird Flüssigkeit
aus dem Sekundärbehälter 52 abgegeben.
Entleert sich das Volumen unter einen definierten Punkt, so wird
das Ventil 56 wieder geöffnet,
und Flüssigkeit
strömt
in den Sekundärbehälter 52 nach.
Hat der Füllstand
im Sekundärbehälter eine
obere Schranke erreicht, wird das Ventil wieder geschlossen. Die
Regelung kann mit Hilfe eines Zweipunktreglers erfolgen, der den
minimalen und maximalen Füllstand
des Volumens überwacht.
Weiterhin ist auch eine analoge Regelung möglich, die das Ventil entsprechend
des Füllstands im
Behälter
mehr oder weniger weit öffnet.
Damit gelingt es, die unkontrollierte Abgabe von Flüssigkeit über die
Feder zu vermeiden. Der kapazitive Füllstandssensor ist hier besonders
vorteilhaft, da an der Stelle unterhalb der Feder aufgrund der geometrischen
Abmessungen an diesem Ort ein einfacher Platten- oder Zylinderkondensator
sehr schwer zu realisieren ist, zumal es aus Sicherheitsgründen nicht empfehlenswert
ist, zur Erfassung des Füllstands
im Sekundärvolumen 58 die
Feder 60 mit einem elektrischen Potential zu beaufschlagen.
Es sei noch darauf hingewiesen, daß der Sekundärbehälter ein
belüfteter
Behälter
ist, wobei diese Belüftung über die
in der Feder 60 vorhandene Bohrung erfolgen kann.When writing liquid from the secondary container 52 issued. If the volume drops below a defined point, the valve becomes 56 opened again, and liquid flows into the secondary container 52 to. If the level in the secondary tank has reached an upper limit, the valve is closed again. The control can be done with the help of a two-point controller, which monitors the minimum and maximum level of the volume. Furthermore, an analog control is possible, which opens the valve more or less according to the level in the container. This makes it possible to avoid the uncontrolled release of liquid through the spring. The capacitive level sensor is particularly advantageous because at the point below the spring due to the geometric dimensions at this location a simple plate or cylinder capacitor is very difficult to implement, especially since it is not recommended for safety reasons, for detecting the level in the secondary volume 58 the feather 60 to apply an electrical potential. It should be noted that the secondary container is a ventilated container, said ventilation over the in the feather 60 existing hole can be made.
