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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Änderung der Flugbahn von Tintentropfen,
die von einem insbesondere kontinuierlich arbeitenden Druckkopf erzeugt
und ausgesendet werden, wobei die Tintentropfen elektrostatisch
aufgeladen und nach der Aufladung durch wenigstens ein elektrisches
Feld in einer ersten Ablenkvorrichtung in einer Ebene aus einer
ursprünglichen
Flugbahn abgelenkt werden.
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Die
Erfindung betrifft weiterhin eine Tintenstrahldruckvorrichtung zum
insbesondere kontinuierlichen Aussenden von elektrostatisch geladenen
Tintentropfen in einer ursprünglichen
Flugbahn mit einer ersten Ablenkvorrichtung zum Ablenken der geladenen
Tintentropfen in einer Ebene aus der ursprünglichen Flugbahn.
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Kontinuierlich
arbeitende Tintenstrahldruckvorrichtungen werden seit vielen Jahren
industriell zur Kennzeichnung von unterschiedlichsten Produkten
eingesetzt. Generell lassen sich technisch zwei Varianten mit gleichem
Arbeitsprinzip unterscheiden, nämlich
der einstrahlige kontinuierlich arbeitende Tintenstrahldrucker und
der mehrstrahlig kontinuierlich arbeitende Tintenstrahldrucker.
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Das
gemeinsame Arbeitsprinzip liegt darin, dass eine zu verdruckende
Tinte aus einem Vorratsbehälter über Pumpen
mit Überdruck
in eine Druckkammer im eigentlichen Druckkopf gefördert wird,
die eine Düse
aufweist. Die Düse
kann hierbei z.B. einen Öffnungsdurchmesser
im Bereich von 30μ bis
200μm haben.
Aus der Düse
tritt der Tintenstrahl beispielsweise zunächst als kontinuierlicher Tintenstrahl
aus, was jedoch für
eine Beschriftung unzweckmäßig ist, da
die hierbei erzeugten Schriftzeichen in dieser Art der Beschriftung
aus einzelnen Punkten beziehungsweise einzelnen Tintentropfen aufgebaut
sind. Um den Tintenstrahl in einzelne gleichartige Tintentropfen
zu zerlegen, ist an der Druckkammer ein Modulationselement angebracht,
das Druckschwankungen in dem austretenden Tintenstrahl erzeugt,
so dass dieser nach dem Austritt aus der Düse in einzelne gleichartige
Tintentropfen aufbricht. Kurz vor dem Abreißen der Tintentropfen werden
diese jeweils mit einer individuellen elektrischen Ladung versehen, wobei
die Höhe
der Ladung von der gewünschten Auftreffposition
auf dem zu beschriftenden Produkt abhängt.
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Ebenso
kann es vorgesehen sein, gepulste Druckköpfe zu verwenden, die sofortig
einzelne Tintentropfen erzeugen, die aufladbar oder bereits aufgeladen
sind.
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Um
die Aufladung zu gewährleisten,
weist die Tinte eine geringe elektrische Leitfähigkeit auf. Auf ihrem zunächst geradlinigen
Flug auf einer ursprünglichen
Flugbahn treten die elektrisch geladenen Tintentropfen in das elektrostatische
Feld eines Plattenkondensators ein und werden je nach ihrer individuellen
Ladung mehr oder weniger aus ihrer geradlinigen Bewegung abgelenkt
und fliegen nach dem Verlassen des elektrostatischen Feldes unter
einem ladungsabhängigen
bestimmten Winkel zu ihrer ursprünglichen
Flugbahn weiter.
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Mit
diesem Prinzip können
unterschiedliche Auftreffpositionen auf einer zu beschriftenden
Oberfläche
mit einzelnen Tintentropfen angewählt werden, wobei dies nur
in einer Ablenkrichtung erfolgt. Zum Ausblenden einzelner Tropfen
aus dem Schriftbild oder wenn nicht gedruckt werden soll erhalten die
Tintentropfen eine bestimmte Ladung oder bleiben ungeladen, so dass
sie nach dem Austritt aus dem elektrostatischen Feld des Plattenkondensators in
ein Auffangrohr treffen, von wo sie in den Tintentank zurückgepumpt
werden. Dadurch zirkuliert die Tinte im System im Kreis, was zu
der Bezeichnung kontinuierlich arbeitender Tintenstrahldrucker geführt hat.
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In
der genannten zweiten Anordnung existierten mehrere Düsen, aus
denen gleichzeitig Tintenstrahlen treten, deren einzelne Tropfen
jedes Strahles individuell geladen werden können. Es werden hier jedoch
nur zwei Ladungszustände
erzeugt, die den Tropfen entweder in das jeweilige Fangrohr treffen
lassen oder auf eine bestimmte feste Position der zu beschriftenden
Oberfläche
des Produktes.
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Dadurch,
dass hier eine Vielzahl von Düsen gleichzeitig
betrieben werden und diese in einer Linie angeordnet sind, lassen
sich so senkrechte Linien eines Zeichens parallel ansteuern und
nicht wie in der ersten Variante seriell, was eine erhebliche Geschwindigkeitssteigerung
bedeutet. Nachteilig dabei ist, dass lediglich eine feste Anzahl
von adressierbaren Positionen entsprechend der Anzahl der zur Verfügung stehenden
Düsen adressiert
werden kann.
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Nachteilig
an der erstgenannten Ausführung ist,
dass die Flugbahnen der aus dem Druckkopf austretenden Tintentropfen
sich fächerartig
verbreitern, so dass die Schrifthöhe eines Zeichens sich mit
dem Abstand der zu beschriftenden Oberfläche zum Druckkopf verändert und
die Lesbarkeit bei größerem Abstand
verschlechtert wird.
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Die
Erfindung kann nicht nur bei kontinuierlich betriebenen Tintenstrahldruckvorrichtungen
betrieben werden, sondern auch bei diskontinuierlich arbeitenden
Tintenstrahldruckvorrichtungen.
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Aufgabe
der Erfindung ist es die Lesbarkeit einer Beschriftung, die mit
einer insbesondere kontinuierlich arbeitenden Tintenstrahldruckvorrichtung auf
die Oberfläche
eines Produktes aufzubringen ist, zu verbessern. Eine weitere Aufgabe
der Erfindung ist es, eine voreingestellte Schrifthöhe der Beschriftung
beizubehalten, unabhängig
von dem Abstand des Druckkopfes zum Produkt.
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Diese
Aufgabe wird gelöst
durch ein Verfahren der eingangs genannten Art, bei dem die Tintentropfen
durch wenigstens ein elektrisches Feld wenigstens einer zweiten
Ablenkvorrichtung in derselben Ebene abgelenkt werden. Weiterhin
wird die Aufgabe gelöst
durch eine Tintenstrahldruckvorrichtung der eingangs genannten Art,
bei der wenigstens eine zweite Ablenkvorrichtung vorgesehen ist,
mittels der die Tintentropfen in derselben Ebene ablenkbar sind.
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Durch
diese verfahrensmäßigen oder
vorrichtungsmäßigen Lösungen kann
erreicht werden, dass die Divergenz der Flugbahnen der fliegenden Tintentropfen,
nach einer ersten Ablenkung aus der ursprünglichen Flugbahn mittels einer
ersten Ablenkvorrichtung mittels einer erfindungsgemäßen nachfolgenden
zweiten Ablenkvorrichtung beeinflusst werden kann. Grundsätzlich kann
hierbei mittels der Erfindung die Divergenz der Flugbahnen der Tintentropfen,
bzw. bezogen auf die Flugbahn jeweils eines Tintentropfens dessen
Ablenkung von der ursprünglichen
Flugbahn nochmals geändert,
d.h. vergrößert und
besonders bevorzugt verringert werden.
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So
kann es in einer ersten bevorzugten Ausgestaltung vorgesehen sein,
dass die Tintentropfen in wenigstens einer zweiten Ablenkvorrichtung
in einer Richtung abgelenkt werden, die der Richtung der ersten
Ablenkung in der ersten Ablenkvorrichtung entgegengesetzt ist, insbesondere
derart, dass die erste Ablenkung zumindest teilweise, bevorzugt
vollständig
kompensiert wird. So kann bei dieser Ausgestaltung die Divergenz
der Tintentropfen, die zu einem Druckbild beitragen sollen verringert,
bzw. bevorzugt sogar vollständig
eliminiert werden.
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Es
besteht so in bevorzugter Ausgestaltung die Möglichkeit, die Tintentropfen
durch die wenigstens eine zweite Ablenkvorrichtung derart abzulenken,
dass die Flugbahnen aller Tintentropfen parallel verlaufen, insbesondere
wobei die Flugbahnen der Tintentropfen parallel zur ursprünglichen
Flugbahn sind, sofern die zweite Ablenkung in entgegengesetzter
Richtung zur ersten Ablenkung erfolgt. Letzteres ist jedoch nicht
zwingend nötig.
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Es
kann auch vorgesehen sein, dass eine Parallelisierung der Flugbahnen
vorgenommen wird, wobei jedoch die Flugbahn der Tintentropfen nach
einer zweiten Ablenkvorrichtung weiterhin unter einem Winkel zur
ursprünglichen
Flugbahn liegt.
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Eine
Parallelisierung ist besonders vorteilhaft, da hierdurch die Flugbahnen
der Tintentropfen für
alle adressierbaren Auftreffpunkte im wesentlichen parallel verlaufen,
wodurch eine vom Arbeitsabstand (Abstand zwischen Druckobjekt und
Druckkopf) unabhängige
Schriftgröße erreicht
wird.
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In
bevorzugter Ausgestaltung können
die Ablenkvorrichtungen als Elektrodenanordnungen ausgebildet sein,
wobei die Elektrodenanordnungen von erster und wenigstens einer
zweiten Ablenkvorrichtung unterschiedliche elektrische Polaritäten aufweisen.
Hierdurch kann eine Kompensation der Ablenkungen erreicht werden.
Grundsätzlich
kann auch eine gleiche Polarität
vorgesehen sein, um eine noch größere Ablenkung
zu erreichen, oder es kann bei einer mehrfachen Elektrodenanordnung
innerhalb der zweiten Ablenkvorrichtung auch eine gemischte Polarität vorhanden
sein, um ggfs. eine gleichzeitige Parallelisierung zu erreichen.
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In
konstruktiv besonders einfacher Ausgestaltung kann hierbei eine
Ablenkvorrichtung wenigstens einen Plattenkondensator umfassen,
wobei die Flugbahn/en der Tintentropfen durch den Feldraum des wenigstens
einen Plattenkondensators verlaufen. Eine Ablenkvorrichtung kann
auch mehrere in Flugrichtung der Tintentropfen nacheinander angeordnete
Plattenkondensatoren umfassen wobei die Flugbahnen der Tintentropfen
jeweils durch die Feldräume
der Plattenkondensatoren verlaufen.
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Der
Stand der Technik und zwei Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in den nachfolgenden Figuren dargestellt. Es
zeigen:
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1:
Stand der Technik
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2:
eine Ausführung
mit Plattenkondensatoren
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3:
eine Ausführung
der zweiten Ablenkvorrichtung aus mehreren Plattenkondensatoren.
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1 zeigt
beispielhaft einen Druckkopf eines konventionellen kontinuierlich
arbeitenden Tintenstrahldruckers mit einer einzelnen Düse. Die
Tinte 1 wird zunächst
aus einem Vorratsbehälter 2 mittels einer
Pumpe 3 über
Zuleitungen 4a in die Druckkammer 5 gepumpt, an
deren einem Ende eine Düse 6 eingebracht
ist. Über
zusätzlich
an der Druckkammer angebrachte Modulationseinrichtungen 7 kann
der Druck in der Druckkammer 5 moduliert werden, so dass
der aus der Düse 6 austretende
Tintenstrahl 10 in kurzer Entfernung nach seinem Austritt
in einzelne Tintentropfen 11 aufbricht.
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Kurz
vor dem Aufbrechen werden die einzelnen Tintentropfen 11 über eine
Ladeelektrode 12 mit einer individuellen elektrischen Ladung
versehen. Entlang ihrer Flugbahn 100 treten die Tintentropfen 11 nun
in ein elektrisches Feld 21 ein, das mittels der Elektroden 20a und 20b des
Plattenkondensators 20 gebildet ist, der eine Ablenkvorrichtung
im Sinne der Erfindung bildet.
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In
Abhängigkeit
der Ladungsmenge und der Polarität
der Ladungen auf den Tintentropfen 11 sowie der Polarität und Stärke des
elektrischen Feldes 21 im Feldraum des Plattenkondensators 20 werden die
einzelnen Tintentropfen in unterschiedliche beispielhaft dargestellte
Raumrichtungen 101, 102 abgelenkt. Die gesamte
Anzahl der möglichen
Ablenkungswinkel hängt
dabei lediglich von der Ansteuerung der Ladeelektrode ab und ist
prinzipiell nicht beschränkt.
Die einzelnen Platten 20a und 20b des Plattenkondensators 20 können dabei
gegeneinander geneigt sein, wie in 1 gezeigt.
Es ist aber ohne Beschränkung
der Allgemeinheit ebenso möglich
parallel zueinander angeordnete Platten zu verwenden.
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Nach
dem Verlassen des Feldraumes 21 des Plattenkondensators 20 wirkt
keine elektrostatische Kraft mehr auf die Tintentropfen 11 und
diese behalten ihre neuen Flugbahnen 101, 102 bei.
Er ergibt sich so eine fächerförmig angeordnete
Schar von Flugbahnen, d.h. die fliegenden Tintentropfen weisen eine
Divergenz auf.
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Tintentropfen 11,
die nicht geladen wurden, da sie aus dem Schriftbild ausgesondert
werden müssen,
erfahren in dem elektrostatischen Feld 21 des Plattenkondensators 20 keine
Ablenkung und treffen in eine Öffnung 9 eines
Fangrohres 8 zur Tintenrückführung. Die so aufgefangene
Tinte wird über Zuleitungen 4b wieder
in den Tintenbehälter 2 geleitet
und wird so dem Tintenkreislauf wieder zugeführt.
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Erfindungsgemäß wird wie
in der 2 dargestellt ein weiterer Plattenkondensator 30 dem
oben geschilderten konventionellen Aufbau nachgeschaltet. Dieser
bildet eine zweite Ablenkvorrichtung im Sinne der Erfindung.
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Aufgabe
dieses Plattenkondensators 30 ist es, die unter einem bestimmten
Winkel in das elektrostatische Feld 31 einfliegenden geladenen
Tintentropfen 11 von ihrer Flugbahn 101, 102 so
abzulenken, dass die resultierenden Flugbahnen 103, 104 nach
dem Austritt aus dem elektrostatischen Feld 31 des Plattenkondensators 30 im
Wesentlichen parallel zueinander verlaufen. Hierzu weist das elektrostatische
Feld 31 des Plattenkondensators 30 eine umgekehrte
Polarität
zu dem elektrostatischen Feld des Plattenkondensators 20 auf
und seine Feldstärke
ist so gewählt,
dass die durch das elektrische Feld des ersten Plattenkondensators 20 bewirkte
Ablenkung aus der ursprünglichen
Flugrichtung 100 kompensiert wird und damit die geladenen
Tintentropfen 11 in eine Flugrichtung 103, 104 ablenkt,
die im wesentlichen parallel zur ursprünglichen Flugrichtung 100 verlaufen.
Es ist ebenfalls möglich
ohne Beschränkung
der Allgemeinheit die Platten 30a und 30b des Plattenkondensators 30 geneigt
zueinander anzuordnen.
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In
einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführung wie
in 3 schematisch gezeigt kann der Plattenkondensator 30 mehrere
voneinander unabhängig
ansteuerbare Plattenkondensatoren 30k, 30l, 30m umfassen,
um so durch unterschiedliche Feldstärken innerhalb der Feldräume der
einzelnen Plattenkondensatoren 30k, 30l, 30m eine
Optimierung der Flugbahnen der Tintentropfen zu erreichen.
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Nicht
dargestellt ist die Möglichkeit,
die Flugbahnen 103, 104 der Tintentropfen nach
der zweiten Ablenkvorrichtung (Plattenkondensator/en) 30 parallel
zueinander jedoch unter einem Winkel zur ursprünglichen Flugbahn 100 auszurichten.