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Die vorliegende Erfindung betrifft generell Systeme, die ein Fluid bereitstellen und Fluid von einer Einrichtung wieder gewinnen, und betrifft insbesondere einen Tintenstrahldrucker, der ausgebildet ist, flüssige Tinte zu einem Tintenreservoir in einer Tintenstrahldruckvorrichtung zu liefern und flüssige Tinte aus einem Behälter wieder zu gewinnen, der mit der Tintenstrahldruckvorrichtung in Verbindung steht.
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Fluidtransportsysteme sind gut bekannt und werden in einer Reihe von Anwendungen eingesetzt. Eine spezielle Anwendung des Transportierens eines Fluids in einer Anlage ist der Transport von Tinte in einem Drucker. Zu üblichen Beispielen von Tinten gehören wässrige Tinten und Phasenänderungstinten oder Festphasentinten. Wässrige Tinten bleiben in flüssiger Form, wenn sie vor der Verwendung in Bilderzeugungsvorgängen aufbewahrt werden. Flüssige Tinten oder Phasenänderungstinten besitzen typischerweise eine feste Form, entweder als Pressling oder als Tintenstift, die mit der Farbe Zyan, Gelb, Magenta oder Schwarz vorgesehen werden und die in Zufuhrkanäle in einem Drucker über Öffnungen zu den Kanälen eingeführt werden. Nachdem die Tintenstifte in den Drucker eingeführt sind, werden diese durch Schwerkraft oder durch eine mechanische Betätigungseinrichtung zu einer Heizanordnung des Druckers weiter transportiert. Die Heizanordnung umfasst eine Heizung und eine Schmelzplatte. Die Heizung, die elektrische Energie in Wärme umwandelt, ist in der Nähe der Schmelzplatte angeordnet, um damit die Schmelzplatte auf eine Temperatur aufzuheizen, die zum Schmelzen eines Tintenstiftes führt, der mit der Schmelzplatte in Berührung kommt. Die Schmelzplatte ist so angeordnet, dass sie geschmolzene Tinte in ein Reservoir tropfen lässt und die in dem Reservoir aufbewahrte Tinte weiterhin erwärmt, während diese für eine nachfolgende Verwendung bereit steht.
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Jedes Reservoir einer farbigen flüssigen Tinte kann strömungstechnisch mit einer Tintenstrahldruckvorrichtung gekoppelt sein, d. h. in Strömungsverbindung bzw. in Fluidverbindung mit der Tintenstrahldruckvorrichtung stehen. Die flüssige Tinte wird von dem Reservoir zu einer Verteilleitung in der Tintenstrahldruckvorrichtung gepumpt. Wenn die Tintenstrahlauswurfeinrichtungen in der Tintenstrahldruckvorrichtung Tinte auf ein Aufnahmemedium oder auf ein Bilderzeugungselement auswerfen, wird durch die Wirkung der Membranen in den Tintenstrahlauswurfeinrichtungen Tinte aus der Verteilleitung gesaugt. Die Tintenstrahlauswurfeinrichtungen können piezoelektrische Einrichtungen sein, die selektiv durch eine Steuerung mittels eines Ansteuersignals aktiviert werden.
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Leitungen, die typischerweise beim Transportieren von Tinte zwischen einem Reservoir und einer oder mehreren Tintenstrahlauswurfeinrichtungen verwendet werden, werden als „Nabelschnurleitung bzw. Versorgungsleitungen” bezeichnet. Eine Versorgungsleitung kann als eine Fluidkopplung zum Transportieren von flüssiger Tinte zwischen einem Tintenbereitstellungsreservoir und einer Tintenstrahldruckvorrichtung verwendet werden. Eine Versorgungsleitung enthält einen oder mehrere separate Kanäle zum Transportieren von Fluiden, etwa von Tinte. Typische bekannte Versorgungsleitungsanordnungen enthalten eine oder mehrere Leitungen, die aus einem flexiblen Material, etwa gezogenem Silikon beispielsweise, hergestellt sind. Während des Betriebs füllen sich die Kanäle der Versorgungsleitung mit Tinte derart, dass das Einführen von Luftbläschen in die Tintenstrahldruckvorrichtung vermieden wird. Luftbläschen, die in der Tinte für die Versorgung der Tintenstrahldruckvorrichtung enthalten sind, können ein Fehlverhalten der Tintenstrahlauswurfeinrichtung während der Bilderzeugungsvorgänge hervorrufen.
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Während Wartungs- und Reinigungsvorgängen wird ggf. Tinte in einer Tintenstrahldruckvorrichtung durch die Tintenstrahlauswurfeinrichtungen gefördert bzw. gespült. Ein Behälter oder eine Aufnahme wird verwendet, um die geförderte bzw. gespülte Tinte aufzufangen und aufzubewahren. Der Behälter kann nach einem Spülvorgang geleert werden, indem die Tinte aus dem Behälter durch eine weitere Versorgungsleitung herausgesaugt wird, an die ein Unterdruck angelegt wird. In bekannten Druckern wird die für den Spülvorgang geförderte Tinte nach der Entfernung aus dem Behälter entsorgt. Das Aufsammeln und das Übertragen der für den Spülvorgang verwendeten Tinte ermöglicht eine effizienteren Betrieb eines Tintenstrahldruckers, indem die Wiederverwendung der Tinte ermöglicht wird, die ansonsten als Abfall entsorgt würde.
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In einer Ausführungsform wird ein Tintenwiedergewinnungsbehälter bereitgestellt. Der Tintenwiedergewinnungsbehälter enthält einen Abflussbereich bzw. einen Raumbereichbereich mit einer Vorderwand, einer Rückwand und einer Unterseitenwand, die ein Volumen für die Tintensammlung bilden, eine Membran, die in dem Volumen für die Tintensammlung angeordnet ist, so dass das Volumen für die Tintensammlung in ein Sammelreservoir und einen Strömungskanal unterteilt wird, und der Wiedergewinnungsbehälter umfasst einen Anschluss. Die Membran besitzt Poren mit vorbestimmter Größe und vorbestimmter Benetzbarkeit. Der Anschluss erstreckt sich durch die Rückwand, so dass eine Fludiverbindung mit dem Strömungskanal durch den Anschluss möglich ist, so dass Tinte in dem Volumenbereich für die Tintensammlung die Membrane in Reaktion darauf benetzen kann, dass ein Teil der Membran mit der Tinte in Berührung ist, und es ist auch möglich, dass ein Unterdruck in dem Anschluss eingerichtet wird, so dass Tinte aus dem Volumenbereich für die Tintensammlung durch den Strömungskanal zu dem Anschluss gesaugt wird.
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In einer weiteren Ausführungsform wird eine Tintenstrahldruckeinrichtung bereitgestellt. Die Tintenstrahldruckeinrichtung umfasst eine Tintenstrahldruckvorrichtung mit mehreren Tintenstrahlauswurfeinrichtungen, wobei die Tintenstrahldruckvorrichtung ausgebildet ist, Tinte aus den Tintenstrahlauswurfeinrichtungen zu fördern bzw. zu spülen; ferner umfasst die Tintenstrahldruckeinrichtung ein Tintenreservoir, das ausgebildet ist, Tinte den mehreren Tintenstrahlauswurfeinrichtungen zuzuführen, eine Abflussbereich bzw. Raumbereich mit einer Vorderwand, eine Rückwand und einer Unterseitenwand, die ein Volumen für die Tintensammlung bilden, eine Membran, die in dem Volumen für die Tintensammlung angeordnet ist derart, dass das Volumen für die Tintensammlung in ein Sammlerreservoir und einen Strömungskanal unterteilt wird, und einen Anschluss, der sich durch die Rückwand erstreckt, so dass eine Fluidverbindung mit dem Strömungskanal über den Anschluss entsteht. Der Raumbereich ist in der Nähe der mehreren Tintenstrahlauswurfeinrichtungen angeordnet, so dass Tinte aufgenommen wird, die über die mehreren Tintenstrahlauswurfeinrichtungen zum Spülen gefördert wird. Die Membran besitzt mehrere Poren mit vorbestimmter Größe, die einen ersten Druck für die Tintenströmung durch die Membran und einen zweiten Druck für die Luftströmung durch die Membran bewirken, wenn die Membran durch Tinte benetzt ist. Der zweite Druck besitzt einen Betrag, der größer ist als der Betrag des ersten Drucks.
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1a zeigt eine Vorderansicht eines Tintenwiedergewinnungsbehälters, der funktionsmäßig mit einer Tintenstrahldruckvorrichtung verbunden werden kann, so dass Tinte aufgesammelt werden kann, die aus der Tintenstrahldruckvorrichtung beim Spülen gefördert wird.
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1b ist eine Rückansicht des Tintenwiedergewinnungsbehälters, der funktionsmäßig mit der Tintenstrahldruckvorrichtung verbunden werden kann, so dass aus der Tintenstrahldruckvorrichtung gespülte Tinte gesammelt wird.
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2 ist eine Querschnittsansicht eines Tintenwiedergewinnungsbehälters mit einer porösen Membran, die in dem Behälter vertikal angeordnet ist.
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3 ist eine Querschnittsansicht eines Tintenwiedergewinnungsbehälters mit einer porösen Membran, die in dem Behälter horizontal angeordnet ist.
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4 ist eine Querschnittsansicht eines Tintenwiedergewinnungsbehälters, der funktionsmäßig mit einer Tintenstrahldruckvorrichtung verbunden ist.
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5 ist eine Querschnittsansicht einer alternativen Ausführungsform eines Tintenwiedergewinnungsbehälters, der funktionsmäßig mit einer Tintenstrahldruckvorrichtung verbunden ist.
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6 ist eine ausgeschnittene Ansicht eines Tintenwiedergewinnungsbehälters mit einer Wand mit Löchern, die benachbart zu einer porösen Membran angeordnet sind.
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7 ist eine Ansicht eines Tintenwiedergewinnungsbehälters mit zwei porösen Membranen, die in dem Behälter angeordnet sind.
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8 ist eine Ansicht eines Tintenwiedergewinnungsbehälters mit angewinkelten Rückwänden:
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9 ist eine Ansicht eines Tintenwiedergewinnungsbehälters mit Ablenkelementen.
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Für ein allgemeines Verständnis des Umfeldes des erfindungsgemäßen Systems und Verfahrens sowie für die Details des Systems und des Verfahrens wird auf die Zeichnungen Bezug genommen. In den Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen durchwegs gleiche Elemente. Im hierin verwendeten Sinne bezeichnet der Begriff „Benetzbarkeit” eine Eigenschaft eines festen Materials, die es einer Flüssigkeit, etwa flüssiger Tinte, ermöglicht, sich über einer Oberfläche des Materials zu verteilen. Der zugehörige Begriff „Benetzen” bezeichnet einen Prozess, bei welchem sich eine Flüssigkeit über die Oberfläche eines Materials verteilt, wenn die Flüssigkeit einen Teil des Materials kontaktiert. In einem porösen Material füllt der Benetzungsvorgang Poren in dem Material mit Flüssigkeit, wenn sich die Flüssigkeit verteilt. Nachdem die Flüssigkeit einige oder alle Poren in dem Material gefüllt hat, wird das Material als „benetzt” bezeichnet. Benetzbare Materialien sind solche Materialien, die es einer Flüssigkeit ermöglichen, einen Bereich der Oberfläche des Materials direkt zu kontaktieren und sich über den verbleibenden Bereich der Oberfläche zu verteilen. Ein gut benetzbares Material kann als hydrophil bezeichnet werden, wenn wässrige Flüssigkeiten beteiligt sind, und ein Material kann als lyophil bezeichnet werden, wenn es nicht wässrige Flüssigkeiten kontaktiert. Der Begriff „Meniskusstärke” bezeichnet eine Anziehung einer Flüssigkeit, etwa von Tinte, von einem Material, das eine Öffnung in einem Material umgibt, etwa eine Pore in einer Membran, die quer zum Strömungspfad der Flüssigkeit angeordnet ist. Die Meniskusstärke hält die Flüssigkeit in der Pore, bis Druck mit höherem Betrag die Anziehung der Flüssigkeit zu dem Membranmaterial aufbricht und somit Gas durch die Pore zieht. Folglich besitzt eine benetzte Membran Poren, die mit einer Flüssigkeit mit einer Meniskusstärke gefüllt sind. Die benetzten Poren machen es möglich, dass Flüssigkeiten in die Poren der Membran gezogen werden, während verhindert wird, das Gas durch die Membran transportiert wird, wenn der Druck über den benetzten Poren unterhalb des Druckes bleibt, der den Meniskus aufbricht.
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Der Begriff „Leitung” bezeichnet einen Körper mit einem Durchgang oder einem Volumen in dem Körper, das für einen Transport einer Flüssigkeit oder eines Gases geeignet ist. Im hierin verwendeten Sinne bezeichnet eine „Spülung” eine Wartungsprozedur, die von einer Tintenstrahldruckvorrichtung ausgeführt wird, um zwangsweise Tinte aus den Tintenstrahlauswurfeinrichtungen herauszuführen bzw. zu fördern. Eine Spülung kann ausgeführt werden, indem Luftdruck auf die Tintenstrahlauswurfeinrichtungen der Tintenstrahldruckvorrichtung ausgeübt wird, oder indem an den Tintenstrahlauswurfeinrichtungen gesaugt wird. Eine Spülung wird typischerweise angewendet, um Luftbläschen aus Leitungen innerhalb der Tintenstrahldruckvorrichtung zu entfernen, die sich immer dann bilden, wenn Phasenänderungstinte vom festen in den flüssigen Zustand überführt wird. Eine Spülung kann auch verwendet werden, um Kontaminationsstoffe aus den Tintenstrahlauswurfeinrichtungen abzuführen. Der Begriff „gespülte Tinte oder durch Spülung geförderte Tinte” bezeichnet Tinte, die während eines Spülvorgangs ausgegeben wird. Die gespülte Tinte strömt an der Fläche der Tintenstrahldruckvorrichtung nach unten, anstatt dass sie in Richtung auf eine Bildaufnahmeoberfläche ausgeworfen wird.
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1a und 1b zeigen eine Vorderansicht bzw. eine Rückansicht einer Tintenstrahldruckvorrichtung 100, an der ein Tintenwiedergewinnungsbehälter 150 angebracht ist. Die Tintenstrahldruckvorrichtung 100 enthält mehrere Tintenstrahlauswurfeinrichtungen, die an einer Vorderfläche 104 der Tintenstrahldruckvorrichtung angeordnet sind. Die Tintenstrahldruckvorrichtung 100 kann eine Vorrichtung mit voller Breite sein, die mit der Breite eines Bildaufnahmeelements übereinstimmt, das Tinte empfängt, die von den mehreren Tintenstrahlauswurfeinrichtungen ausgeworfen wird, oder die Tintenstrahldruckvorrichtung kann lediglich einen Teil der Breite des Bildaufnahmeelements überdecken. Die Breite der Druckvorrichtung 100 kann aber auch größer sein als die Breite des Bildaufnahmeelements, etwa wenn redundante Spalten aus Tintenauswurfeinrichtungen verwendet werden. Ein Reservoir 108 enthält einen Tintenvorrat in Fluidverbindung mit den mehreren Tintenstrahlauswurfeinrichtungen. Diverse Ausführungsformen des Reservoirs 108 und der Tintenstrahlauswurfeinrichtungen können unter Anwendung unterschiedlicher Tinten eingerichtet werden, etwa mit Phasenänderungstinten, wässrigen Tinten, Tinten auf Lösungsmittelbasis, Ultraviolett-aushärtbare Tinten und dergleichen. Ein Lufteinlass 112 gleicht den Druck im Reservoir an, wenn die Tintenstrahlauswurfeinrichtungen in Betrieb sind, so dass Tinte in dem Reservoir 108 gehalten wird, um die Tintenstrahlauswurfeinrichtungen während des Betriebs zu beschicken. Während sich der Lufteinlass 112 in 1b von der Rückseite der Tintenstrahlvorrichtung 100 erstreckt, kann in anderen Fällen der Lufteinlass an einer anderen Stelle in alternativen Ausführungsformen vorgesehen sein. Ein Tintenanschluss 118 ermöglicht es, dass Tinte von einer externen Tintenzufuhr (nicht gezeigt) zugeführt und in das Reservoir 108 eingefüllt werden kann. Der Tintenanschluss 118 ist in Fluidverbindung mit einer Leitung, etwa einer flexiblen Versorgungsleitung. Der Tintenanschluss 118 kann Ein-Wegeventil, etwa ein Rückschlagventil aufweisen, so dass Tinte in das Reservoir 108 eintreten kann, während ein Zurückströmen der Tinte aus dem Tintenanschluss 118 heraus verhindert wird. Eine Unterdruckquelle kann ebenfalls einen Unterdruck in dem Reservoir 108 über den Tintenanschluss 118 in einigen Ausführungsformen erzeugen.
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Der Tintenwiedergewinnungsbehälter 150 ist so angeordnet, dass Tinte, die aus der Tintenstrahldruckvorrichtung 100 während eines Spülvorgangs abgeleitet wird, gesammelt und die Tinte zur Verwendung in der Druckvorrichtung 100 wieder zurückgeführt wird. Der Tintenwiedergewinnungsbehälter 150 enthält einen Auffangbehälter mit einem Volumen für die Tintenaufnahme, der durch eine Vorderwand 158, eine Unterseitenwand 162 und eine Rückwand 166 gebildet ist. Der Tintenwiedergewinnungsbehälter 150 kann ferner ein Oberseitenelement (das der deutlicheren Darstellung wegen weggelassen ist) aufweisen, das einen Teil des Volumens für die Tintenaufnahme abdeckt, und kann eine Öffnung über dem Volumen für die Tintenaufnahme aufweisen, die es ermöglicht, dass gespülte Tinte von der Tintenstrahldruckvorrichtung 100 in das Volumen für die Tintenaufnahme strömt. Der Leser sollte beachten, dass für alle Konfigurationen entsprechende Seiten das Volumenbegrenzungseigenschaften des Behälters vollständig definieren, beispielsweise durch Bilden oder Falten eines Teils der Unterseite zu der Rückseite, oder durch Zusammenfügen unterschiedlicher Teile. In der Ausführungsform aus 1a und 1b ist das Volumen für die Tintensammlung bzw. Tintenaufnahme in dem Tintenwiedergewinnungsbehälter 150 ausreichend, um die gesamte Tinte aufzunehmen, die beim Spülen von der Tintenstrahldruckvorrichtung 100 während eines einzelnen Spülvorgangs abgegeben wird. Die Vorderwand 158 erstreckt sich über die Vorderseite der Vorderfläche 140 der Tintenstrahlvorrichtung 100 hinaus, so dass die beim Spülen geförderte Tinte an der Druckvorrichtung in der Richtung 144 hinabströmen kann und in den Tintenwiedergewinnungsbehälter 150 eintreten kann. Ein Strömungskanal 178 erstreckt sich über die Länge der Rückwand 166. Ein Anschluss 174 erstreckt sich durch die Rückwand 166. Der Anschluss 174 steht in Fluidverbindung mit dem Strömungskanal 178. In der Ausführungsform der 1b ist der Anschluss 174 in der Mitte der Rückwand 166 mit gleichem Abstand zu jedem Ende des Tintenwiedergewinnungsbehälters 150 angeordnet. Wie nachfolgend detaillierter beschrieben ist, kann durch einen Unterdruck, der über den Anschluss 174 angelegt wird, Tinte aus dem Tintenbehälter 150 durch den Anschluss 174 abgesaugt werden.
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Die anschauliche Tintenstrahldruckvorrichtung 100 und der Tintenwiedergewinnungsbehälter 150, die in 1a und 1b gezeigt sind, sind Ansichten von außen einer Ausführungsform einer Tintenstrahldruckvorrichtung und eines Tintenwiedergewinnungsbehälters. Die folgenden Figuren zeigen detaillierter diverse Ausführungsformen von Tintenwiedergewinnungsbehältern und Kombinationen aus Tintenwiedergewinnungsbehältern und Tintenstrahldruckvorrichtungen.
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2 zeigt eine Ausführungsform eines Tintenwiedergewinnungsbehälters 200, der zur Aufnahme und zum Wiedergewinnen von Tinte geeignet ist, die aus einer Tintenstrahldruckvorrichtung beim Spülen ausgegeben wird. Der Tintenwiedergewinnungsbehälter 200 umfasst ein Volumen bzw. einen Raumbereich für die Tintensammlung bzw. Aufnahme, das bzw. der durch eine Vorderwand 258, eine Unterseitenwand 262 und eine Rückwand 266 gebildet ist. In der Ausführungsform aus
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2 bildet ein einzelnes strukturelles Element die Vorderwand 258 und die Unterseitenwand 262, obwohl Wände in alternativen Tintenbehältern separate strukturelle Elemente aufweisen können, die miteinander verbunden sind.
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Eine poröse Membran 270 erstreckt sich durch den Tintenwiedergewinnungsbehälter 200, wodurch das Volumen für die Tintenaufnahme in einen vorderen Bereich, der hier als Sammelreservoir 208 gezeigt ist, und einen hinteren Bereich, der hier als Strömungskanal 278 gezeigt ist, unterteilt wird. In einer Ausführungsform ist die poröse Membran 270 aus einer metallischen Schicht mit einer Vielzahl an Poren hergestellt, die durch die Schicht hindurchgebildet sind, die wiederum in einer im Wesentlichen zweidimensionalen Konfiguration vorgesehen ist. Die poröse Membran 270 kann auch aus einem porösen Polymermaterial hergestellt sein. Das Sammlerreservoir 208 hält die durch Spülung gewonnene Tinte 224. Die gespülte bzw. durch Spülung geförderte Tinte 224 läuft durch die poröse Membran 270 in den Strömungskanal 278, wie dies durch den Pfeil 216 gezeigt ist. Die Ausführungsform aus 2 zeigt eine optionale Filterschicht 272, die zwischen der gespülten Tinte 224 und der porösen Membran 270 angeordnet ist. Die Filterschicht 272 ist aus einer dreidimensionalen Matrix eines fasrigen Materials, etwa aus Filz hergestellt, obwohl auch andere Filtermaterialien verwendet werden können. Die Filterschicht 272 ist so ausgebildet, dass sich Kontaminationsteilchen in der gespülten Tinte 224 am Durchtreten durch die Schicht und somit am Blockieren der Poren in der porösen Membran 270 hindert. Die gespülte Tinte 224 benetzt sowohl die Filterschicht 272 als auch die poröse Membran 270. Die Materialien und der Aufbau der Filterschicht 272 und der porösen Membran 270 sind so gewählt, dass das Benetzen der Filterschicht 272 und der porösen Membran 270 durch Tinte 224 in dem Sammelreservoir 208 gefördert wird. Die benetzbare Filterschicht 272 und die poröse Membran 270 ermöglichen es, dass die gespülte Tinte 224 die gesamte Oberfläche der porösen Membran 270 und der Filterschicht 272 in Reaktion darauf benetzt, dass die gespülte Tinte 224 einen Teil der Oberfläche der Filterschicht 272 und der porösen Membran 270 kontaktiert. Somit kann die Tinte 224 die Poren in der Membran 270 selbst unter Bedingungen benetzen, in denen die Tinte ansonsten die Poren nicht kontaktieren würde, etwa wenn der Tintenpegel gering ist oder wenn der Tintenwiedergewinnungsbehälter 200 unter einem Winkel geneigt ist.
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Im dem Beispiel aus 2 sind die poröse Membran 270 und die Filterschicht 272 mit einer im Wesentlichen vertikalen Orientierung dargestellt. Im hierin verwendeten Sinne bedeutet eine vertikale Orientierung, dass die porösen Membran 270 und die Filterschicht 272 so orientiert sind, dass sie im Wesentlichen parallel zu der Rückwand 266 in dem Tintenwiedergewinnungsbehälter 200 angeordnet sind. Allgemein gesagt, eine vertikale Orientierung beschreibt eine Orientierung, die generell zu einem höheren Grad parallel als senkrecht zur Rückwand ist. Eine Orientierung von ungefähr 45 Grad zu der Unterseitenwand und/oder der Rückseitenwand wird als vertikal bezeichnet. Die Membran und der Filter sind als flache Gebilde dargestellt, es sind aber auch andere Formen möglich, etwa eine gekrümmte Form, die die freiliegende Oberfläche vergrößert.
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Der Tintenwiedergewinnungsbehälter 200 kann entsprechend einer Vielzahl von Winkeln während des Betriebs geneigt sein. In 2 berührt die Tinte 224 in dem Sammelreservoir 208 die Filterschicht 272 und die poröse Membran 270. Wenn Tinte die Poren in der porösen Membran 270 benetzt, bildet die Oberflächenspannung zwischen der Tinte und der porösen Membran 270 einen Meniskus in jeder Pore aus, der einem Durchgang von Luft und Tinte durch die benetzten Poren widersteht. Die vorbestimmte Größe der Poren, die durch die Membran 270 hindurchgebildet sind, macht es möglich, dass Druck einer ersten Größe angelegt wird, so dass Tinte durch die Membran 270 in der Richtung 216 gesaugt wird. Ein mit einem zweiten größeren Betrag angelegter Druck zieht Luft durch die Membran 270. Die Meniskusstärke der Tinte 224, die die Poren der Membran 270 benetzt, bildet einen größeren Widerstand für Luft im Vergleich zu Tinte für den Durchtritt durch die Membran 270, so dass ein Druckpegel eingestellt wird, der erforderlich ist, um Luft durch die Membran 270 zu ziehen, wobei dieser Druckpegel größer ist als der Druckpegel, der erforderlich ist, um Tinte durch die Membran anzusaugen. In dem Beispiel aus 2 enthält die Membran 270 solche Poren, die einen Durchmesser von ungefähr 10 μm aufweisen, obwohl auch alternative Membranen mit Poren mit einem größeren oder einem kleineren Durchmesser verwendet werden können. Einige anschauliche Ausführungsformen enthalten Poren im Bereich von 1 μm bis 100 μm in Bezug auf den Durchmesser. Die ausgewählte Porengröße ergibt eine Höhe eines Unterdrucks für das Heraussaugen von Tinte von ungefähr 0,1 psi, während die Größe des Unterdrucks, der zum Ansaugen von Luft durch den Tintenmeniskus der benetzten Poren erforderlich ist, ungefähr 0,5 psi beträgt, obwohl diverse unterschiedliche Tinten und Porengrößen zu anderen Meniskusstärken führen können.
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Während des Betriebs tritt Tinte, die durch die Membran 270 in Richtung 216 gesaugt wird, in den Strömungskanal 278 ein. Der Anschluss 274 steht in Fluidverbindung mit dem Strömungskanal 278, und es wird Unterdruck über den Anschluss 274 und durch eine Leitung (nicht gezeigt) angelegt, um Tinte aus dem Tintenwiedergewinnungsbehälter 200 durch den Anschluss 274 wieder zu gewinnen. Wie zuvor beschrieben ist, ist eine erste Höhe an Unterdruck ausreichend, um Tinte in der Richtung 216 durch die Filterschicht 272 und die poröse Membran 270 zu saugen, während gleichzeitig verhindert wird, dass Luft durch die Membran 270 strömt. Dieser Druckpegel verhindert, dass Luftblasen in der wieder gewonnenen Tinte, die durch den Strömungskanal 278 und den Anschluss 274 strömt, erzeugt werden. Diverse andere Quellen für den Unterdruck, wozu Schlauchpumpen und Kolbenpumpen gehören, können ebenfalls eine geeignete Größe eines Unterdrucks bereitstellen, um Tinte wiederzugewinnen, die im Wesentlichen keine Luftbläschen aufweist, wenn sie durch die Membran 270 hindurchtritt. Es können ein oder mehrere Tintenstrahldruckvorrichtungen, die in Fluidverbindung mit dem Tintenwiedergewinnungsbehälter 200 stehen, die wieder gewonnene Tinte verwenden.
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Eine alternative Konfiguration eines Tintenwiedergewinnungsbehälters 300 ist in 3 gezeigt. Der Tintenwiedergewinnungsbehälter 300 enthält eine Vorderwand 358, eine Unterseitenwand 362, eine Rückwand 366, eine poröse Membran 370, eine Filterschicht 372 und einen Anschluss 374. Die poröse Membran 370 unterteilt das Volumen für die Tintenansammlung in einen oberen Bereich, der hier als Sammelreservoir gezeigt ist, und in einen unteren Bereich, der hier als Strömungskanal 378 gezeigt ist. Wie in der Ausführungsform aus 2 benetzt die Tinte 324 in dem Sammelreservoir 308 die Poren in der Membran 370 und ein ausreichender Unterdruck kann Tinte aus dem Sammelreservoir in den Strömungskanal in der Richtung 316 saugen. In der Ausführungsform aus 3 ist die Membran 370 in einer horizontalen Orientierung angeordnet, und die Filterschicht 372 ist in horizontaler Richtung angeordnet, so dass Kontaminationsstoffe in der Tinte 324 daran gehindert werden, die Poren in der Membran 370 zu verstopfen. Im hierin verwendeten Sinne bedeutet eine horizontale Orientierung für die poröse Membran, dass die poröse Membran ungefähr parallel zur Unterseitenwand 362 in dem Tintenwiedergewinnungsbehälter 300 orientiert ist. Allgemeiner gesagt, beschreibt eine horizontale Orientierung eine Orientierung, die zu einem höheren Grad parallel als vertikal zu der Unterseite ist. Eine Orientierung mit ungefähr 45 Grad Neigungswinkel zur Unterseitenwand und/oder zur Rückwand wird als horizontal betrachtet. Die poröse Membran kann diverse andere Orientierungen in den Tintenwiedergewinnungsbehälter annehmen, die es der Tinte ermöglichen, die poröse Membran zu benetzen und ein Durchtreten der Tinte durch die poröse Membran bei Unterdruck zu gewährleisten, während Luft am Durchtritt durch die poröse Membran gehindert wird.
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Die Oberflächenspannung der Tinte 324 verteilt die Tinte über die Oberfläche der Membran 370 und der Filterschicht 372 und benetzt die in der Membran 370 ausgebildeten Poren. Die Tinte 324 kann die gesamte Oberfläche der Membran 370 selbst unter Bedingungen benetzen, in denen die Tinte 324 ansonsten nicht die gesamte Oberfläche der Membran 370 berühren würde, etwa wenn der Tintenwiedergewinnungsbehälter 300 unter einem Winkel geneigt ist. Ähnlich zu 2 bildet die Meniskusstärke der Tinte 324, die die Poren der Membran 370 benetzt, einen Widerstand für den Durchtritt von Luft durch die Membran 370 in einem stärkeren Maße als für den Durchtritt von Tinte durch die Membran 370. Luft, die durch die Membran hindurchtritt, bildet Luftbläschen in der wiedergewonnenen Tinte. Daher wird durch einen geeigneten Pegel an Unterdruck, der über den Anschluss 374 angelegt wird, eine Wiedergewinnung von Tinte über den Strömungskanal 378 erreicht, während das Erzeugen von Luftbläschen in der wiedergewonnenen Tinte vermieden wird.
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4 zeigt eine Querschnittsansicht einer Tintenstrahldruckvorrichtung 400, die funktionsmäßig mit einem Tintenwiedergewinnungsbehälter 450 verbunden ist. Die Tintenstrahldruckvorrichtung 400 umfasst eine Vielzahl an Tintenstrahlauswurfeinrichtungen 404, ein Tintenreservoir 408, eine Belüftung 412 und einen Tintenanschluss 418. Die Belüftung 412 erstreckt sich in das Reservoir 408 an einer Position über der Tinte 406, die in dem Tintenreservoir 408 aufbewahrt wird. Der Tintenanschluss 418 ermöglicht es, dass eine externe Tintenzufuhr (nicht gezeigt) Tinte in das Reservoir 408 hineinpumpt. Eine Leitung, etwa eine Tintenversorgungsleitung oder dergleichen, kann den Tintenanschluss 418 mit der Tintenzufuhr verbinden. Die Leitung kann strömungstechnisch mit einem Rückschlagventil gekoppelt sein, das es möglicht macht, dass die Tintenzufuhr Tinte durch den Tintenanschluss 418 fördert, während ein Eintreten von Luft und Tinte, die in dem Tintenreservoir 408 enthalten ist, in die Leitung verhindert wird. Die Tintenstrahldruckvorrichtung 400 spült bzw. fördert durch Spülung periodisch einen Teil oder die gesamte Tinte 406 durch die mehreren Tintenstrahlauswurfeinrichtungen 404, wobei die gespülte Tinte an der Tintenstrahldruckvorrichtung 400 hinab zu dem Tintensammelbehälter 450 strömt, wie dies durch den Pfeil 430 gezeigt ist.
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Der Tintenwiedergewinnungsbehälter 450 enthält eine Vorderwand 458, eine Unterseitenwand 462, eine Rückwand 466, eine poröse Membran 470, eine Filterschicht 472 und einen Tintenanschluss 474. Die Vorderwand 458, die Unterseitenwand 462, die poröse Membran 470 und die Filterschicht 472 bilden ein Tintensammelreservoir 452, das die gespülte Tinte 454 enthält. Die Rückseitenwand 466, die poröse Membran 470 und die Filterschicht 472 bilden einen Strömungskanal 478, der strömungstechnisch mit dem Tintenanschluss 474 verbunden ist. Der Tintenwiedergewinnungsbehälter 450 nimmt eine Position ein, die in der Nähe der Tintenstrahldruckvorrichtung 400 liegt. Die Vorderwand 408 erstreckt sich über die mehreren Tintenstrahlauswurfeinrichtungen 404 hinaus, so dass gespülte Tinte aus dem Tintenreservoir 408 in das Tintensammelreservoir 452 strömen kann.
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Als Reaktion auf einen Unterdruck, der über dem Anschluss 474 angelegt wird, durchläuft die gespülte Tinte 454 die Filterschicht 472 und die poröse Membran 470 in Richtung 434 zum Strömungskanal 478. Die wiedergewonnene Tinte strömt dann durch den Anschluss 474 zu einer externen Tintenversorgung, die verwendet wird, um Tinte zum Reservoir 408 über den Tintenanschluss 418 zu fördern. Wie zuvor beschrieben ist, werden durch Oberflächenspannung der gespülten Tinte 454 die Filterschicht 472 und die poröse Membran 470 selbst dann benetzt, wenn der Pegel der gespülten Tinte 454 nicht die gesamte Oberfläche der Filterschicht 472 und der porösen Membran 470 abdeckt. Ein Unterdruck, der über den Anschluss 474 angelegt wird, kann die gespülte Tinte 454 herausfördern, selbst wenn die gespülte Tinte lediglich teilweise das Sammelreservoir 452 füllt, oder selbst wenn die gespülte Tinte ungleichmäßig verteilt ist, etwa wenn der Tintenwiedergewinnungsbehälter 450 während des Betriebs unter einem Winkel geneigt ist.
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5 zeigt eine alternative Konfiguration einer Tintenstrahldruckvorrichtung 500 und eines Tintenwiedergewinnungsbehälters 550. In 5 ist der Tintenwiedergewinnungsbehälter 550 mit einer selektiven Fluidverbindung zu dem Tintenreservoir 408 versehen. Ein Fluidpfad 574 erstreckt sich durch die Rückwand 466, so dass der Strömungskanal 478 in Fluidverbindung mit einem Einwegeventil 528 gebracht wird. Der Fluidpfad 574 ist in einem hinteren Gehäuse 576 eingebaut, das benachbart zu der Rückwand 466 angeordnet ist, so dass Tinte von dem Strömungskanal 478 in Richtung 534 zu dem Einwegeventil 528 strömen kann. Das Einwegeventil 528 ist ferner in Fluidverbindung mit dem Tintenreservoir 408. Das Einwegeventil 528 ist hier als ein Rückschlagventil mit einer Kugel 532 gezeigt, die in geschlossener Position durch Schwerkraft vorgespannt ist, so dass ein Strömen der Tinte 406, die in dem Tintenrerservoir 408 enthalten ist, in den Tintenwiedergewinnungsbehälter 550 durch das Einwegeventil 528 verhindert wird.
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Während des Betriebs erzeugt ein Unterdruck, der über die Belüftung 412 angelegt wird, ein Teilvakuum in dem Tintenreservoir 408. Ein Rückschlagventil (nicht gezeigt) kann zeitweilig den Tintenanschluss 418 verschließen, während der Unterdruck angelegt ist, so dass der Aufbau des Teilvakuums in dem Tintenreservoir 408 unterstützt wird. In einer alternativen Konfiguration wird der Unterdruck über den Tintenanschluss 418 angelegt und ein Magnetventil (nicht gezeigt) kann die Belüftung 412 verschließen, so dass das Teilvakuum in dem Tintenreservoir 408 erzeugt wird. Das Teilvakuum zwingt die Kugel 532 aus der geschlossenen Position heraus und beaufschlagt somit den Strömungskanal 478 über den Fluidpfad 574 mit Unterdruck. Die gespülte Tinte 454, die in dem Sammelreservoir 452 aufbewahrt wird, strömt in der Richtung 534 durch die Filterschicht 472, die Membran 470, den Strömungskanal 478, den Fluidpfad 574 und das Einwegeventil 528. Die wiedergewonnene Tinte tritt nachfolgend in das Tintenreservoir 408 ein, wo die Tinte 406 für das Drucken mittels der Tintenstrahlauswurfeinrichtungen 404 verfügbar ist. Das Einwegeventil 528 schließt sich bei Fehlen eines Unterdrucks, wodurch ein Strömungswiderstand für das Strömen von Tinte 406 von dem Tintenreservoir 408 in den Tintenwiedergewinnungsbehälter 550 erzeugt wird. Die Größe des Unterdrucks, der über die Belüftung 412 angelegt wird, ist ausreichend, um das Einwegeventil 528 zu öffnen und um Tinte von dem Tintenwiedergewinnungsbehälter in das Reservoir 408 zu pumpen, während der Unterdruck auch ausreichend klein ist, so dass ein Durchgang von Luft durch die Membran 470 zusammen mit der wiedergewonnenen Tinte verhindert wird.
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4 und 5 zeigen zwei anschauliche Konfigurationen von Tintenstrahldruckvorrichtungen, die funktionsmäßig mit einem Tintenwiedergewinnungsbehälter verbunden sind. Es kann jeder der diversen Tintenwiedergewinnungsbehälter, wie sie hierin beschrieben sind, oder Tintenwiedergewinnungsbehälter, die in einer ähnlichen Weise funktionieren, so angeordnet werden, dass Tinte gesammelt und wiedergewonnen wird, die von einer Tintenstrahldruckvorrichtung beim Spülvorgang ausgegeben wird. In einer weiteren Konfiguration kann der Tintenwiedergewinnungsbehälter separat zu der Tintenstrahldruckvorrichtung montiert sein. Bei einer separaten Montage können der Tintenwiedergewinnungsbehälter und die Tintenstrahldruckvorrichtung selektiv miteinander in Eingriff gebracht werden während der Spülvorgänge, so dass die Tintenstrahldruckvorrichtung Tinte in den Tintenwiedergewinnungsbehälter beim Spülvorgang fördern kann. Der Tintenwiedergewinnungsbehälter und die Tintenstrahldruckvorrichtung können während der Bilderzeugungsvorgänge dann wieder entkoppelt werden.
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6 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Tintenwiedergewinnungsbehälters 600. Ähnlich zu den Tintenwiedergewinnungsbehältern, wie sie zuvor beschrieben sind, enthält der Tintenwiedergewinnungsbehälter 600 ein Volumen bzw. einen Raumbereich für die Tintenaufnahme bzw. Tintensammlung, wobei das Volumen durch eine Vorderwand 658, eine Unterseitenwand 662 und eine Rückwand 664 gebildet ist, wobei eine poröse Membran 670 das Volumen für die Tintenaufnahme in ein Sammelreservoir 608 und einen Strömungskanal 678 unterteilt. Ein Anschluss 674, der hier an einem Ende des Tintenwiedergewinnungsbehälters 600 gezeigt ist, erstreckt sich durch die Rückwand 664 und kann einen Unterdruck anlegen, um Tinte in dem Tintenwiedergewinnungsbehälter herauszufördern bzw. wiederzugewinnen. Die Ausführungsform aus 6 enthält eine zusätzliche Wand 624, die benachbart zu der Membran 670 in dem Tintensammelreservoir 608 angeordnet ist. Die Wand 624 enthält eine Vielzahl an Löchern, etwa ein Loch 628, das es ermöglicht, dass Tinte in dem Sammelreservoir 608 in einen Raumbereich 632 strömt, der, wie in einer Ausschnittsansicht gezeigt ist, zwischen der Wand 624 und der porösen Membran 670 gebildet ist. Die Größe und die Form des Raumbereichs 632 sind so gewählt, dass Tinte vorzugsweise an der porösen Membran 670 und an der Seite der Wand 624, die der porösen Membran 670 zugewandt ist, anhaftet. Wie zuvor beschrieben ist, ermöglicht es die Oberflächenspannung zwischen der Tinte in dem Sammelreservoir 608 und der Membran, dass die Tinte Poren in der Membran 670 selbst dann benetzt, wenn der Pegel der Tinte in dem Tintensammelreservoir 608 unterhalb der vollen Höhe der Membran 670 liegt. Die Wand 624 fördert den Benetzungsprozess, indem eine zusätzliche Oberfläche für die Tinte, an der diese Tinte anhaften kann, bereitgestellt wird, wenn die Tinte die Membran 670 berührt. Die Kapillarwirkung der Tinte zwischen der Wand 634 und der Membran 670 verteilt die Tinte nach oben von der Unterseitenwand 663 aus, so dass die Tinte die gesamte Höhe der porösen Membran 670 benetzen kann. Der Tintenwiedergewinnungsbehälter 600 funktioniert in ähnlicher Weise wie die vorhergehenden Tintenwiedergewinnungsbehälter. Die Wand 624 mit den Löchern 628, die in 6 gezeigt ist, kann auch mit anderen Ausführungsformen des Tintenwiedergewinnungsbehälters kombiniert werden, wozu die in den 2 bis 3 und die in 7 bis 9 gezeigten anschaulichen Ausführungsformen gehören.
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7 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Tintenwiedergewinnungsbehälters 700 mit einer Vorderwand 708, einer Unterseitenwand 762 und einer Rückwand 766. Der Tintenwiedergewinnungsbehälter 700 enthält zwei porösen Membranen 770A und 770B, die in Öffnungen einer Trennwand 772 angeordnet sind, die das Tintensammelreservoir 708 von dem Strömungskanal (nicht gezeigt) abtrennt. Die durchgezogenen Bereiche der Trennwand 772 sind im Wesentlichen für Tinte und Luft undurchlässig, und die Membranen 770A und 770B decken einen Teil der Breite des Tintenwiedergewinnungsbehälters 700 ab. Die Öffnungen der Trennwand 772 und der Membranen 770A und 770B nehmen Positionen jeweils am Ende der Trennwand 772 ein.
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Tinte in dem Tintensammelreservoir 708 benetzt beide poröse Membranen 770A und 770B, so dass Unterdruck, der über den Anschluss 774 angelegt wird, Tinte in dem Tintenwiedergewinnungsbehälter 700 aus diesem herausfördern kann. Nachdem die porösen Membranen 770A und 770B benetzt sind, kann Tinte mit der einen oder der anderen Membran in Situationen in Kontakt kommen, in denen der Tintenwiedergewinnungsbehälter unter einem Winkel geneigt ist. Die gesammelte Tinte kann durch eine der Membranen 770A und 770B, die an jeweils einem Ende der Trennwand 772 angeordnet ist, wiedergewonnen werden. Zu diversen Modifizierungen des Tintenwiedergewinnungsbehälters 700 gehören zusätzliche Öffnungen mit porösen Membranen und es können Membranen an diversen Positionen entlang der Trennwand angeordnet werden. Die Trennwand 772 kann vertikal, horizontal oder unter einem anderen Winkel angeordnet sein, der ermöglicht, dass Tinte in dem Tintensammelbehälter über den Anschluss 774 wiedergewonnen bzw. herausgefördert wird. Andere Ausführungsformen des Tintenaufnahmebehälters können zwei oder mehr poröse Membranen aufweisen, wozu auch die in den 2 bis 3, in 6 und in den 8 bis 9 gezeigten anschaulichen Ausführungsformen gehören.
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8 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Tintenwiedergewinnungsbehälters 800 mit einer Vorderwand 858, einer Unterseitenwand 862, einer Rückwand 866, einer porösen Membran 870 und einem Anschluss 874. Der Tintenwiedergewinnungsbehälter 800 enthält zwei angewinkelte Rückwände 868A und 868B, die sich nach außen von den jeweiligen seitlichen Enden der Rückwand 866 in Richtung der seitlichen Endbereiche der Vorderwand 858 erstrecken. Die Vorderwand 858, die Unterseitenwand 862, die Rückwand 866 und die angewinkelten Wände 868A bis 868B bilden ein Tintensammelreservoir 808. Das Tintensammelreservoir 808 ist so ausgebildet, dass gespülte Tinte aufgenommen wird, die durch die poröse Membran 870 in einen Strömungskanal (nicht gezeigt) eintritt, der in Fluidverbindung mit dem Anschluss 874 steht. Die angewinkelten Wände 868A und 868B in dem Tintenwiedergewinnungsbehälter 800 sind so ausgebildet, dass gespülte Tinte in dem Sammelreservoir 808 in Richtung auf die Membran 870 und den Anschluss 874 geführt wird. In einer Konfiguration ist der Tintenwiedergewinnungsbehälter 800 so orientiert, wobei der Anschluss 874 unter der Vorderwand 858 angeordnet ist, dass Tinte durch Schwerkraft in Richtung zum Anschluss 874 gefördert wird, wenn die angewinkelten Wände 868A und 868B das Strömen der Tinte in Richtung des Anschlusses 874 bewirken. Die gespülte Tinte strömt zu der porösen Membran 870 und die poröse Membran 870 besitzt eine kleinere Breite als in den alternativen Ausführungsformen, so dass die gesamte Tinte zu dem Anschluss 874 strömen kann. Die angewinkelte Wand, die in 8 ausgebildet ist, kann mit Ausführungsformen anderer Tintenwiedergewinnungsbehälter kombiniert werden, wozu die anschaulichen Ausführungsformen gehören, die in den 2 bis 3, 6 bis 7 und in 9 gezeigt sind.
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9 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Tintenwiedergewinnungsbehälters 900 mit einer Vorderwand 958, einer Unterseitenwand 963, einer Rückwand 966, einer porösen Membran 970 und einem Anschluss 974. Die Ausführungsform aus 9 enthält Ablenkelemente bzw. Leitelemente oder Prallelemente 964A, 964B, 964C und 964D, die zwischen der porösen Membran 970 in Richtung auf die Vorderwand 958 hin ausgebildet sind. Die Ablenkelemente 964A bis 964D, die Vorderwand 958, die Unterseitenwand 962 und die Rückwand 966 bilden mehrere separate Tintensammelreservoire 908A, 908B, 908C, 908D und 908E. Die Tintensammelreservoire 908A bis 908E sind ausgebildet, gespülte Tinte aufzunehmen, die durch die poröse Membran 970 zu einem Strömungskanal (nicht gezeigt) hindurchtritt, der in Fluidverbindung mit dem Anschluss 974 steht. Obwohl 9 eine einzelne poröse Membran 970 zeigt, können in anderen Ausführungsformen des Tintenwiedergewinnungsbehälters separate poröse Membranen für einen jeweiligen Tintenwiedergewinnungsbehälter vorgesehen sein.
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Die Ablenkelemente 964A bis 964D zwischen den Tintensammelreservoire 908A bis 908E verhindern das Strömen von Tinte in lateraler Richtung durch den Tintenwiedergewinnungsbehälter 900. Wenn der Tintenwiedergewinnungsbehälter 900 unter einem Winkel angeordnet ist, kann Tinte zu einem Ende des Tintenwiedergewinnungsbehälters 900 strömen. Die Ablenkelemente 964A bis 964D begrenzen die Strecke, die die Tinte lateral strömen kann. Obwohl in 9 vier Ablenkelemente 964A bis 964D gezeigt sind, können in alternativen Ausführungsformen eine größere oder kleinere Anzahl an Abschirmelementen vorgesehen sein, die in unterschiedlichen Positionen angeordnet sind, so dass separate Tintensammelreservoire erzeugt werden. Die Ablenkelemente können ebenfalls mit anderen Ausführungsformen von Tintenwiedergewinnungsbehältern kombiniert werden, wozu die in den 2 bis 3 und 6 bis 8 gezeigten anschaulichen Ausführungsformen gehören.
