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Die
Erfindung betrifft einen Tintendrucker mit einem Tintenversorgungssystem,
bestehend aus Tintenvorratsbehälter,
Zwischentank, Tintendruckkopf, Abfalltintenbehälter, Pumpe und/oder Ventile,
die mittels Verbindungsschläuchen
miteinander verbunden sind, und mit einem die in der Tinte befindlichen
Pigmente beliebiger Farben reflektierenden, rechtwinkligen, optisch
transparenten Prisma, dem eine einfallende Lichtquelle und ein Detektor
zugeordnet sind.
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In
einem Tintendrucker, insbesondere bei komplexen Bauarten, befinden
sich an mehreren Stellen im Drucker verteilte Baugruppen und Bauteile,
die Tinte aufnehmen. Solche Baugruppen oder Bauteile sind vorstehend
beispielhaft benannt. Die unvermeidliche Alterung, Verschleiß oder Montagefehler
lassen es nicht ausschließen,
dass Tinte aus den Baugruppen oder Bauteilen tropft und in das Druckerinnere
fließt.
Ausgeflossene Tinte mit ausschließlich schwarzen Pigmenten kann
mittels eines Sensors an kritischen Stellen mit hellem Hintergrund oder
aufgrund der Strömungswege
nachgewiesen werden. Die ausgetretene Tinte kann üblicherweise mit
einem hellfarbenen porösen,
kapillaren Schaumstoff aufgefangen und gebunden werden, so dass
sie nicht weiter fließen
kann.
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Die
Feststellung, ob schwarze Tinte ausgeflossen und im Schaumstoff
gebunden ist, kann leicht durch einen einfachen, kostengünstigen
Infrarot-Reflexsensor, bestehend aus einer IR-LED und einem Fototransistor
und einer üblichen
Schaltung, getroffen werden. Für
den Fall, dass der Reflexsensor Lichtstrahlen von dem hellen Schaumstoff
auffängt, ändert sich
die Lichtstrahlung schnell, wenn schwarze Tinte mit schwarzer Pigmentierung
auftritt. Es entstehen jedoch Probleme, wenn die Tinte nicht schwarze
Pigmente, sondern nicht infrarot wirksame Farbstoffe anderer Farben
enthält,
wie z.B. Rot oder Gelb. Der beschriebene Reflexsensor genügt in diesen
Fällen
nicht mehr den Anforderungen.
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Es
ist bekannt (
EP 0 997
294 A2 ), das Vorhandensein von Tinte beliebiger Farbe in
einem Tintenvorratstank eines Tintendruckers mittels einer einfachen
Reflexlichtschranke und einem rechtwinkligen optischen Prisma nachzuweisen.
Dabei wird der Effekt der Totalreflexion ausgenutzt, die beim Vorhandensein
einer Flüssigkeit
(hier Tinte) an den Katheten des Prismas aufgehoben wird, wodurch
die Lichtstrahlen der LED nicht mehr zum Fototransistor gelangen,
sondern in die Tinte eindringen und dort oder an entfernten Flächen absorbiert
werden. Hierbei ist jedoch entscheidend, dass die Prismenflächen mit
einer abweisenden Schicht bedeckt sind, die die Tinte oder deren
Farbstoffe bzw. Pigmente nicht an den Grenzflächen haften lässt. Die
chemischen Flüssigkeiten
beeinträchtigen
durch Änderungen
die Prismenwirkung im Lauf der Zeit.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ohne eine besondere Beschichtung
des Prismas auszukommen und trotzdem Tinte beliebiger Farbe feststellen
zu können.
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Die
gestellte Aufgabe wird bei dem eingangs bezeichneten Tintendrucker
dadurch gelöst,
dass das Prisma mit seinen beiden Katheten in einen Tintenreste
aufnehmenden kapillaren Schaumstoffkörper eingedrückt ist,
wobei über
der Hypotenuse des Prismas eine Infrarot-LED als Strahlensender
angeordnet ist, und dass im Strahlenverlauf über der Hypotenuse ein Fotoempfänger angeordnet
und mit einer Signalanzeige verbunden ist. Vorteilhaft ist in dem
Fall, dass sich noch keine Flüs sigkeit
im Schaumstoffkörper
befindet, dass sich das Prisma mit den Poren oder Kapillaren des
Schaumstoffs, d.h. vor allem mit Luft in Kontakt befindet. Das Prisma
besteht aus optisch dichterem Material, so dass an der Auftrefffläche der
Lichtstrahlen zumindest in einem gewissen Winkelbereich, an der
Fläche
des Prismas Totalreflexion auftritt, wobei der Lichtstrahl in Richtung
der anderen Prismenfläche
abgelenkt wird. Dort tritt in einem begrenzten Winkelbereich derselbe
Effekt auf, so dass die Lichtstrahlen in Richtung des Fotoempfängers umgelenkt
und von diesem registriert werden. Für den anderen Fall, dass Tinte
auf den Schaumstoffkörper
noch in einiger Entfernung vom Prisma gelangt, wandert die Tinte
aufgrund der Kapillarwirkung der Schaumporen weiter. Für den Fall, dass
Tinte auch in die weitere Umgebung des optischen Prismas gelangt,
wandert diese bevorzugt in Richtung des Prismas. Das Eindrücken des
Prismas in den Schaumstoffkörper
verengt die dortigen Kapillaren. Dadurch wird der Kapillareffekt
verstärkt,
so dass die Tinte zum Prisma hin gezogen wird. Dann werden die Katheten
des Prismas mit Tinte beliebiger Farbe oder farbloser Flüssigkeit
benetzt. Die Tinte stellt gegenüber
Luft ein optisch dichteres Medium dar. In dieser Phase wird das
Verhältnis
der optischen Brechungsindices von Prisma zu Tinte drastisch verkleinert.
Dabei geht der Effekt der Totalreflexion verloren und die vom Strahlensender
kommenden Lichtstrahlen werden nicht mehr im Prisma umgelenkt. Die
Lichtstrahlen dringen vielmehr in den Schaumstoffkörper und
die Tinte ein und werden dort absorbiert. Ein Teil dieser Lichtstrahlen
streut noch (abhängig
von der Farbe) diffus in Richtung des Fotoempfängers zurück. Insgesamt führt dieser
Vorgang zu einer dramatischen Reduzierung der am Empfänger ankommenden
Lichtstrahlung und damit zu einem entsprechend deutlich veränderten
elektrischen Signal.
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Nach
einer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Infrarot-LED, das optische
Prisma und der Fotoempfänger
eine bauliche Einheit bilden. In dieser Form kann mit wirtschaftlichen
Elementen das Vorhandensein von Tinte beliebiger Farbe im kapillaren Schaumstoffkörper erkannt
werden.
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Eine
zusätzliche
Verstärkung
des Effekts kann dadurch erzielt werden, dass für den kapillaren Schaumstoff
eine dunkle Farbe gewählt
ist. Bei Tinten, die im roten bis nahen infraroten Spektralbereich ausreichend
diffus zurückstrahlen,
kann aufgrund der diffusen Strahlung ein Teil der Strahlung zum
Fotoempfänger
gelangen und den unterschiedlichen Messeffekt zwischen "Tinte vorhanden" oder "keine Tinte vorhanden" um einen geringen
Betrag reduzieren. Im Sinn eines größeren Toleranzbereiches in
der Empfindlichkeit der optoelektronischen Bauteile, ist ein möglichst
großer
Messeffekt zwischen den beiden Grenzzuständen vorteilhaft. Für den Fall
der Anwendung eines dunklen Schaumstoffs, für den "schwarz" der Idealfall wäre, wird die diffus an der Tinte
gestreute Lichtstrahlung sehr schnell an den Porenwänden absorbiert,
so dass nur noch geringste Strahlungsmengen zum Fotoempfänger hin
gestreut werden. Dieser Zusammenhang führt insgesamt zu einem deutlich
ausgeprägten
Messeffekt auch für Tinten,
die im nahen Infrarot hell erscheinen.
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Die
Erfindung kann als eine alternative Ausgestaltung dahingehend weiterentwickelt
sein, dass das optische Prisma mit einer langgestreckten Hypotenuse
und mit unter 45° verlaufenden,
kurzen Katheten ausgeführt
ist. Bei fehlender Tinte im Schaumstoff entstehen mehrere prinzipielle
Wege der Lichtstrahlung, die am Fotoempfänger ankommen. Einerseits ist
es der "Idealstrahl" und leichte Abweichungen
von diesem, die vom Strahlensender kommend wieder aufgrund der Totalreflexion
an den Katheten des Prismas umgelenkt werden und schließlich auf den
Fotoempfänger
treffen und dort in ein elektrisches Signal umgesetzt werden. Andererseits
entstehen Lichtstrahlen, die im Winkel vom Idealstrahl abweichen.
Nach ihrer Umlenkung an der ersten Kathete treffen diese Lichtstrahlen
bei genügender
Länge des
Prismas auf die Katheten. Ohne vorhandene Tinte werden diese Lichtstrahlen
aufgrund der dann auftretenden Totalreflexion (Lichtleitereffekt)
im optischen Prisma weitergeleitet bis sie auf die zweite Kathete
treffen und dort in Richtung Fotoempfänger umgelenkt werden. Zumindest
ein Teil dieser Strahlen trägt
zur gesamten am Empfänger
ankommenden Strahlung und dem daraus entstehenden Signal bei.
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Vorteilhaft
ist auch, dass die Infrarot-LED und der Fotoempfänger über den Endbereichen des optischen
Prismas angeordnet sind. Auf diese Weise erreicht man den Nachweis
von Tinte beliebiger Farbe im Schaumstoff in einem ausgedehnten
Bereich und nicht nur lokal an einer Stelle.
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Je
nach Längenausdehnung
des Prismas wird der Anteil der bei Benetzung verlorengehenden Lichtstrahlung
unterschiedlich groß sein.
Während
in der Basisversion mit dem einfachen Prisma und dem lokalen Nachweis
von Tinte im Schaumstoff immer eine klare, durch eine einfache Schwelle
definierte Aussage über
das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein von Tinte möglich ist,
sind in der Variante mit dem langen Prisma nicht in allen Fällen sehr
ausgeprägte
Signaländerungen
zu erwarten. Hier kann eine differenziertere Auswertung des Signals
vorteilhaft sein. Dazu wird vorgeschlagen, dass eine Signaländerung
der Signalanzeige mittels einer Analogschaltung anzeigbar ist.
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Dasselbe
Ergebnis kann nach einer weiteren Ausgestaltung dadurch erzielt
werden, indem das Signal der Signalanzeige mittels eines A/D-Wandlers digitalisiert
und das Digitalsignal der Druckersteuerung zuführbar ist.
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In
der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele dargestellt,
die nachstehend näher
erläutert
werden.
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Es
zeigen:
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1 einen
Querschnitt durch eine Messstelle mit einem kurzen optischen Prisma
und
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2 einen
Querschnitt durch eine Messstelle mit einem langen optischen Prisma.
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Von
dem Tintendrucker mit einem Tintenversorgungssystem ist eine beliebige
Tintenmessstelle gezeigt, die im Bereich von Bauteilen, Baugruppen
u. dgl., die Tinte führen,
angeordnet ist, also in Bereichen von Tintenvorratsbehälter, Zwischentanks, Tintendruckköpfen, Abfalltintenbehälter, Pumpen und/oder
Ventilen, wobei auch an Anschlussstellen für Verbindungsschläuche eine
solche Messstelle angeordnet werden kann. Allgemein kann eine Messstelle
in der Bodenwanne des Druckers angeordnet werden.
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Ein
optisch transparentes, Farben reflektierendes, rechtwinkliges Prisma 1 besitzt
an der Oberseite eine Hypotenuse 2 und an den Stirnseiten
jeweils unter 45° verlaufende
Katheten 3 und 4. Das Prisma 1 ist in
einem Schaumstoffkörper 5 fest
eingedrückt,
wobei über
der Hypotenuse 2 des Prismas 1 eine Infrarot-LED 6a als
Strahlensender 6 angeordnet ist. Im Strahlenverlauf 7 befindet
sich über
der Hypotenuse 2 ein Fotoempfänger 8, der mit einer
Signalanzeige 9 für
ein Empfängersignal
verbunden ist.
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Die
Infrarot-LED 6a, das optische Prisma 1 und der
Fotoempfänger 8 bilden
eine bauliche Einheit, die im Handel erworben werden kann.
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Für den Schaumstoffkörper 5 kann
wie beschrieben auch eine dunkle Farbe, wie z.B. schwarz, gewählt werden
(vgl. 1).
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Ohne
Tinte im Schaumstoffkörper 5 bestehen
mehrere Wege der Lichtstrahlen, die am Fotoempfänger 8 eintreffen.
Einerseits trifft der Ideallichtstrahl 12, der vom Lichtstrahlensender 6 ausgehend wieder
aufgrund der Totalreflexion an den Katheten 3, 4 des
Prismas 1 umgelenkt wird, auf den Fotoempfänger 8 und
wird dort in ein elektrisches Signal umgesetzt. Andererseits treten
Lichtstrahlen 12a, 12b, die im Winkel etwas stärker vom
Ideallichtstrahl 12 abweichen, auf. Nach der Umlenkung
an der Kathete 3 treffen die Lichtstrahlen 12a, 12b bei
großer
Länge des
Prismas 1 auf die Kathete 4 auf. Bei fehlender Tinte
werden die abweichenden Lichtstrahlen 12a, 12b aufgrund
der auftretenden Totalreflexion (Lichtleitereffekt) im Prisma 1 weitergeleitet, bis
sie auf die zweite Kathete 4 treffen und dort in Richtung
des Fotoempfängers 8 umgelenkt
werden. Ein Teil dieser abweichenden Lichtstrahlen 12a, 12b trägt zum gesamten,
am Fotoempfänger 8 ankommenden
Lichtstrahl und dem daraus entstehenden elektrischen Signal bei.
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In
dieser Anordnung gibt es grundsätzlich drei
Bereiche, die auf das Vorhandensein von Tinte im Schaumstoffkörper 5 empfindlich
sind und somit das Empfängersignal
verändern
können.
Wie in der Basisversion gemäß 1 mit
dem einfachen Prisma 1 gezeigt ist, wird Tinte im Schaumstoffkörper 5 bei
Annäherung
an das Prisma 1 aufgrund der Kapillarität des Schaumstoffs bevorzugt
zum Prisma 1 hin gezogen und benetzt schließlich die
Katheten 3 und/oder 4. Dadurch wird entweder im
Bereich der Kathete 3 oder im Bereich der Kathete 4 oder
bei beiden der Effekt der Totalreflexion zerstört und die Lichtstrahlung wird
an diesen Flächen
nicht mehr umgelenkt und dringt in den Schaumstoffkörper 5 und die
Tinte ein und wird dort im wesentlichen absorbiert (absorbierte
Lichtstrahlen 7a). Ein kleiner Teil kann bei entsprechender
Tintenfarbe auch wieder in Richtung des Fotoempfängers 8 zurückgestreut
werden. Gemäß 2 bestehen
zwei weit voneinander getrennte Stellen, an denen das Auftreten
von Tinte im Schaumstoffkörper
erkannt werden kann.
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Ein
dritter grundsätzlicher
Bereich sind die Unterseite und die Katheten 3, 4 des
Prismas 1. Die Totalreflexion an diesen ist bei genügend langer
Ausdehnung des Prismas 1 verantwortlich für die Strahlungsweiterleitung über dessen
Längsausdehnung. Für den Fall,
dass der Schaumstoff Tinte in der Nähe des Bereichs zwischen den
Katheten 3, 4 des Prismas 1 enthält, wird
diese wieder wegen der im Bereich des Prismas 1 verstärkten Kapillarität des Schaumstoffs
zum Prisma 1 hingezogen und benetzt schließlich dessen
Unterseite und die Katheten 3, 4. Dort wandert
die Tinte dann aufgrund der ausgeprägten Kapillarität an den
Flächen
schnell entlang und zerstört
wieder den Effekt der Totalreflexion. Der Vorgang bewirkt, dass
die Lichtstrahlung in dem mittleren Bereich nicht mehr im Prisma 1 weitergeleitet werden kann,
sondern das Prisma 1 verlässt, in den Schaumstoff und
in die Tinte eindringt und dort absorbiert wird. Auf dieser Basis
kann der Nachweis von Tinte beliebiger Farbe im Schaumstoffkörper 5 in
einem ausgedehnten Bereich und nicht nur lokal an einer Stelle geführt werden.
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Gemäß 2 ist
das Prisma 1 mit einer sehr langen Hypotenuse 2 und
mit unter 45° verlaufenden, relativ
kurzen Katheten 3, 4 ausgeführt. In diesem Fall sind die
Infrarot-LED 6a und
der Fotoempfänger 8 über den
Endbereichen 10 und 11 des optischen Prismas 1 angeordnet.
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Die
Signaländerung
der Signalanzeige 9 kann mittels einer Analogschaltung
gemessen oder mittels eines A/D-Wandlers digitalisiert werden und das
Digitalsignal kann der Druckersteuerung zugeführt werden.
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- 1
- Prisma
- 2
- Hypotenuse
- 3
- Kathete
- 4
- Kathete
- 5
- Schaumstoffkörper
- 6
- Lichtstrahlensender
- 6a
- Infrarot-LED
- 7
- Strahlenverlauf
- 7a
- absorbierte
Lichtstrahlen
- 8
- Fotoempfänger
- 9
- Signalanzeige
- 10
- Endbereich
- 11
- Endbereich
- 12
- Ideallichtstrahl
- 12a
- abweichende
Lichtstrahlen
- 12b
- abweichende
Lichtstrahlen