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Die Erfindung betrifft einen Tintenregler für ein Free-Ink-Schreibgerät mit einer Luftöffnung, durch die Luft in den Innenraum des Tintenreglers eintreten kann und einer Steuerkapillare, wobei die Steuerkapillare zum Austausch von Luft und/oder Tinte zwischen den Tintentank und dem Innenraum des Tintenreglers eingerichtet ist.
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Die vorliegende Erfindung befasst sich auch mit einem Schreibgerät, das u. a. einen Tintenregler der eingangs erwähnten Art aufweist. Schließlich behandelt die Erfindung auch eine Nachfülleinheit oder eine Mine für ein solches Schreibgerät.
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Derartige Schreibgeräte und Tintenregler sind bekannt. Ihre Funktionsweise soll im Folgenden kurz beschrieben werden, bevor die erfindungsgemäßen Veränderungen am Tintenregler erläutert werden.
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Ein Free-Ink-Schreibgerät mit Tintenregler nach dem Stand der Technik besteht aus einem Schaft, einer Verschlusskappe, einem Docht, einem Auftragselement und einem Tintenregler. Der Schaft ist dabei an der dem Auftragselement gegenüber liegenden Seite (im Folgenden als ”hinten” bezeichnet) geschlossen und bildet zusammen mit der Rückseite des Tintenreglers den Tintentank. Die Außenkontur kann dabei als Griffteil ausgebildet sein. Der Tintenregler führt in einer axialen Bohrung einen Docht, der hinten in den Tintentank ragt und diesen vorne mit dem Auftragselement verbindet. Der Regler besteht aus einem zylindrischen Kern mit der Docht-Bohrung, dessen Außenseite dünne Lamellen mit kapillaren Lamellenspalten mit abgestufter Kapillarität trägt, die die Innenfläche des Schafts nicht berühren, ausgenommen die erste Lamelle hinten, die mit ihrem Außenrand den Tintentank gegen den Schaft abdichtet und einer oder mehrerer Lamellen vorn zur Zentrierung und Fixierung des Reglers im Schaft. Die erste Lamelle hinten trägt die Steuerkapillare, einen kapillaren Spalt, der den Tintentank mit dem Lamellenbereich verbindet, um einen Luft- und Tintenaustausch zu ermöglichen. In axialer Verlängerung der Steuerkapillare verbindet die Tintenkapillare die kapillaren Lamellenspalten. Sie dient der Verteilung und dem Transport der Tinte zwischen den Lamellenspalten und der Steuerkapillare. Meist gegenüber verläuft der Luftkanal, ein nicht beziehungsweise nur wenig kapillarer Kanal, der hinten ab der zweiten Lamelle beginnt, sich über den gesamten Lamellenbereich erstreckt und nach vorne mit der Umgebungsluft verbunden ist. Er dient zum einen der Versorgung der Steuerkapillare mit Luft und der Be- und Entlüftung der kapillaren Lamellenspalten.
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Der Tintenregler hat die Aufgabe, im Tintentank einen nahezu konstante Druckunterschied zum Umgebungsdruck aufrecht zu erhalten und reversibel Tinte, die aus dem Tintentank austritt, zwischen zu speichern. Beim Schreiben wird dem Tintentank Tinte entnommen, der Druck im Tintentank fällt und sobald die Druckdifferenz zwischen Tintentank und Umgebungsluft größer als der Kapillardruck der Steuerkapillare wird, tritt Luft durch die Steuerkapillare in den Tintentank und reduziert den Druckunterschied. Steigt der Druck im Tintentank relativ zum Umgebungsdruck, etwa durch Temperaturerhöhungen oder Verringerung des Umgebungsdrucks (Flugreisen) so weit, dass die Druckdifferenz zur Umgebung kleiner als der Kapillardruck der kapillaren Lamellenspalten wird, beginnen diese sich mit Tinte aus dem Tintentank zu füllen du somit den dortigen Unterdruck im Tintentank aufrecht zu erhalten. Bei wieder steigendem Umgebungsdruck beziehungsweise fallenden Temperaturen werden die Lamellenspalten durch die steigende Druckdifferenz wieder in den Tintentank entleert. Die Zwischenspeicherung der Tinte im laminaren Bereich des Reglers ist somit reversibel. Die bisher betrachteten Vorgänge finden relativ langsam, im Zeitraum von vielen Minuten bis Stunden statt, die Druckänderungen liegen im Bereich zwischen 0 und über 25 kPa, die Tintenregler nach Stand der Technik sind somit für langsame und relativ große Druckänderungen ausgelegt.
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Anders ist die Lage beim hier zu behandelnden Problem des Kappenpumpens. Das Schließen der Verschlusskappe ist in der letzten Phase, beim ”klick” sehr schnell, circa 1 bis 2 ms für einen Weg von etwa 1 mm und führt zu Druckanstiegen in der Kappe < 5 kPa. Für die Druckbetrachtungen am Tintenregler entspricht der Innendruck in der Kappe bei verschlossenem Schreibgerät dem Umgebungsdruck bei abgenommener Kappe. Der Druckanstieg in der Kappe beim Schließen führt zu einer größeren Druckdifferenz zwischen Tintentank und Kappe, Luft tritt via Luftkanal und Steuerkapillare in den Tintentank, bis der ursprüngliche Druckunterschied wieder erreicht wird. Beim Öffnen der Kappe bricht der Überdruck dort zusammen, im Verhältnis zur umgebenden Luft ist der Druck im Tintentank zu groß, Tinte fließt in die kapillaren Lamellenspalten, bis die ursprüngliche Druckdifferenz wieder aufgebaut ist. Bei erneutem Schließen der Kappe kann Luft über den Luftkanal und den zum Teil entleerten letzten kapillaren Lamellenspalt am hinteren Ende des Reglers durch die Steuerkapillare in den Tintentank gelangen, ohne das Tinte aus den anderen kapillaren Lamellenspalten genug Zeit erhält, in den Tank zurück zu strömen. Bei erneutem Öffnen der Kappen tritt wiederum Tinte aus dem Tintentank in die kapillaren Lamellenspalten. Somit wird mit jedem Zyklus Schließen/Öffnen mehr Tinte in den Regler befördert. Geschieht dies ohne zwischenzeitlichen Tintenverbrauch, beim spielerischen häufigen Öffnen und Schließen der Kappe, kann dies zum Auslaufen des Schreibgerätes führen. Das Ausmaß des oben beschriebenen Kappenpumpens kann durch Reduzierung des in der Kappe komprimierten Volumens verringert werden, was jedoch aufwendigere und damit teurere Kappenkonstruktionen erfordert.
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So ist aus der
DE 196 14 784 C1 ein Tintenschreibgerät mit einer am vorderen Ende vorgesehenen Schreibspitze und mit einem Druckausgleichssystem vorbekannt, das einen eventuell auftretenden Überdruck im Inneren des Tintenschreibgerätes ausgleichen soll. Dieses Druckausgleichsystem hat dazu ringförmige Druckausgleichskammern mit kapillaren Abmessungen, die durch scheibenförmige Wände voneinander getrennt sind und die mit einem kapillaren Tintenleitkanal verbunden sind, der die Druckausgleichskammern mit einem Tintenvorratsraum verbindet. Dieser Tintenvorratsraum steht über einen Luftführungskanal mit der Umgebungsluft in Verbindung. Die Druckausgleichskammern und der Tintenleitkanal sind von einem rohrförmigen Gehäuseteil umschlossen, das mit seiner Innenfläche den Tintenleitkanal radial nach außen abdeckt, wobei die die Druckausgleichskammern voneinander trennenden scheibenförmigen Wände und der Tintenleitkanal Teil eines im Spritzgussverfahren in einer Backenform aus zwei Formhälften mit eingelagerten Blechpaketen zur Ausbildung der ringförmigen Druckausgleichskammern hergestellten Formkörpers sind, an dem die Formtrennebene erkennbar ist.
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Da bei dem aus
DE 196 14 784 C vorbekannten Free-Ink-Schreibgerät der Tintenkanal nicht als kapillarer Spalt radial im Tintenregler ausgebildet ist, sondern als Spalt zwischen dem umgebenden Gehäuse und Abflachungen an der Außenkante der Lamellen, wird eine Drehung der Trennebene zwischen den Formhälften in den Tintenkanal ermöglicht, wodurch mögliche Fertigungsprobleme vermieden werden. Dies hat jedoch keinen Einfluss auf das Kappenpumpen.
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Aus der
DE 41 00 644 A1 ist ein Schreibgerät vorbekannt, das einen in einem Gehäuse eingebauten Behälter zur Speicherung von Tinte aufweist, welche einer Schreibspitze oder Schreibfeder zugeführt werden soll, wobei das vorbekannte Schreibgerät mit einer Kappe abdeckbar ist. Ein Druckausgleich beim Aufsetzen beziehungsweise Abziehen der Kappe soll dadurch ermöglicht werden, dass der zwischen dem Behälter und dem Gehäuse gebildete Hohlraum mit dem Innenraum der Kappe über mindestens einen Verbindungskanal verbunden ist. Ferner kann auch im Behälter eine Belüftungsöffnung vorgesehen sein, die über einen langen Belüftungskanal mit Ausgleichsräumen beziehungsweise einem Faserspeicher im Behälter verbunden ist. Bei dem aus
DE 41 00 644 A1 vorbekannten Schreibgerät wird das Kappenpumpen durch einen Luftaustausch über den zumindest einen Verbindungskanal reduziert. Diese Reduktion des Kappenpumpens lässt sich nur auf Schreibgeräte mit entsprechendem Hohlraum und insbesondere auf Minenschreibgeräte anwenden und kann nur dann eine deutliche Verbesserung ergeben, wenn der Hohlraum ausreichend groß ist und der Luftaustausch über den zumindest einen Verbindungskanal schneller erfolgt als über das Druckausgleichssystem.
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Aus der
DE 196 10 644 A1 kennt man bereits ein Tintenschreibgerät, insbesondere einen Tintenkugelschreiber, mit einem Tintenzuführer, der die Form eines, keine materialbedingten Tintenleitkapillaren aufweisenden, länglichen Zuführkörpers mit mindestens einem sich zum vorderen Ende nach hinten erstreckenden, kapillaren Tintenzuführkanal aufweist. Dabei hat der vordere Endabschnitt des Zuführkörpers, an den sich nach vorn ein Spitzenabschnitt anschließt, einen geringeren Durchmesser als der an ihn nach hinten anschließende Zwischenabschnitt, der mindestens einen Luftführungskanal aufweist und der in einen gegenüber dem Zwischenabschnitt veränderten Durchmesser aufweisenden weiteren Abschnitt übergeht. Um auch bei gelegentlich vorkommenden sehr hohen Ziehgeschwindigkeiten des Tintenschreibgerätes an der Schreibspitze eine ausreichende Tintenmenge zur Verfügung stellen zu können, ist in der
DE 196 10 644 A1 vorgesehen, dass der vordere Endabschnitt und/oder der Spitzenabschnitt mindestens eine mit dem Tintenzuführkanal in Verbindung stehende kapillare Tintenaufnahmevertiefung aufweist, wobei der Luftführungskanal des Zwischenabschnittes mit einem im weiteren Abschnitt ausgebildeten Luftführungskanal in Verbindung steht. Durch das Vorsehen der mindestens einen, mit dem kapillaren Tintenzuführkanal in Verbindung stehenden kapillaren Aufnahmevertiefung wird erreicht, dass bei, vom Vorratsraum her befülltem kapillaren Tintenzuführkanal Tinte aus diesem in die mindestens eine kapillare Tintenaufnahmevertiefung eintritt. Diese Tintenaufnahmevertiefung bildet somit in der Nähe des vorderen Endes des Tintenleiters einen oder mehrere Vorratsräume für Tinte, aus denen durch Kapillarkräfte Tinte in den Tintenzuführkanal und zur Schreibspitze hin befördert werden kann. Bei dem Aus
DE 196 10 644 A1 vorbeschriebenen Free-Ink-Schreibgerät wird der beim Stand der Technik verwendete Faserdocht im Tintenregler durch einen Tintenzuführer aus nicht-kapillaren Material ersetzt, der zum Transport von Tinte und Luft mit kapillaren Spalten und Abflachungen versehen ist und nicht mit dem Lamellenspeicher beziehungsweise Druckregler verbunden ist. Auch diese aus
DE 196 10 644 A1 vorbekannte Ausführung hat jedoch keinen Einfluss auf das Kappenpumpen.
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Aus der
DE 200 23 721 U1 ist bereits ein Schreibgerät vorbekannt, das einen Tintenvorratsraum hat, von dem ein Tintenhalter mit einem kapillaren Tintenregler zum Schreibdocht führt, wobei mit dem Tintenvorratsraum ein Belüftungskanal in Verbindung steht, der durch eine semipermeable Dichtung sowie einen anschließenden nicht kapillaren Zwischenraum gegen das Auslaufen von Tinte gesichert ist. Damit bei dem vorbekannten Schreibgerät durch Druck- und/oder Temperaturbelastungen ausgetretene Tinte jederzeit in den Tintenvorratsraum zurückgezogen werde kann, ist bei dem vorbekannten Schreibgerät vorgesehen, dass der erste, nicht-kapillare Zwischenraum und die semipermeable Dichtung über einen zweiten nicht-kapillaren Zwischenraum und dieser über mindestens eine Kapillare mit dem Tintenvorratsraum verbunden ist. Die Anordnung der semipermeablen Dichtung innerhalb des Schreibgerätes sowie zweier, nicht-kapillarer Zwischenräume vor und hinter der semipermeablen Dichtung gemeinsam mit mindestens einem kapillaren Kanal zwischen dem hinteren, nicht-kapillaren Zwischenraum und dem Tintenvorratsraum sollen eine Sicherung gegen das Auslaufen von Tinte bewirken. Die semi-permeable Dichtung kann zwar ein Auslaufen über den Belüftungskanal verhindern, nicht aber das Füllen des kapillaren Speichers durch Kappenpumpen und ein Austreten der Tinte über die Schreibspitze, spätestens beim Aufsetzen des Schreibgerätes (Klecksen), vermeiden.
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Es besteht die Aufgabe, einen Tintenregler sowie ein Schreibgerät der eingangs erwähnten Art und eine Nachfülleinheit oder Mine für ein solches Schreibgerät zu schaffen, die sich durch eine deutlich erhöhte Toleranz gegenüber dem Kappenpumpen auszeichnen.
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Beim Tintenregler der eingangs erwähnten Art besteht die erfindungsgemäße Lösung in den Merkmalen des geltenden Patentanspruchs 1. Die erfindungsgemäße Lösung bei dem Schreibgerät der eingangs erwähnten Art besteht in den Merkmalen des geltenden Patentanspruchs 10. Soweit es die Nachfülleinheit oder Mine für ein solches Schreibgerät betrifft, besteht die erfindungsgemäße Lösung in den Merkmalen des geltenden Patentanspruchs 16.
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Insbesondere wird somit erfindungsgemäß bei einem Tintenregler der eingangs beschriebenen Art zur Lösung der genannten Aufgabe vorgeschlagen, dass zwischen dem hinteren Ende des Luftkanals/der vorletzten hinteren Lamelle und der Steuerkapillare ein Pufferelement angeordnet ist, wobei das Pufferelement einen kapillaren Kanal aufweist, in dem zum Druckausgleich zwischen der Steuerkapillare und dem Luftkanal beziehungsweise den kapillaren Lamellenspalten Luft oder Tinte strömen kann und wobei der kapillare Kanal derart ausgebildet ist, dass dort eingetretene Tinte den Querschnitt des kapillaren Hohlraumes senkrecht zur Strömungsrichtung vollständig ausfüllt. Durch den luftdichten Verschluss des Querschnitts mit Tinte wird erreicht, dass Luft, die zum Druckausgleich in das Pufferelement strömt, erst dann die Steuerkapillare/den Tintentank erreichen kann, wenn die Tinte aus dem Pufferelement vollständig in den Tintentank zurückgeströmt ist. Somit wird erreicht, dass bei häufigem schnellen Öffnen und Schließen der Kappe die Tinte, die beim vorangegangenen Auf-/Zu-Zyklus aus dem Tintentank ausgetreten ist, in den Tintentank zurück fließt und nicht in den Lamellenbereich des Tintenreglers gelangt und dort verbleibt und die Speicherkapazität der kapillaren Lamellenspalten belastet. Das Zurückströmen der Tinte aus dem Pufferelement verhindert auch, dass bei aufeinanderfolgenden Auf-/Zu-Zyklen immer mehr Tinte austritt und das Schreibgerät schließlich ausläuft.
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Der erfindungsgemäße Tintenregler hat somit die Wirkung, dass Luft, die an der in Richtung Auftragselement gelegenen Seite in das Pufferelement eintritt, diese erst wieder hinten an der Steuerstelle verlassen kann, wenn alle Tinte, die zum Zeitpunkt des Einströmens der Luft im Pufferelement vorhanden war, aus diesem ausgeströmt ist, und umgekehrt Tinte aus dem Pufferelement erst dann in die kapillaren Lamellenspalten austreten kann, wenn alle Luft, die zum Zeitpunkt des Einströmens der Tinte im Pufferelement vorhanden war, ausgeströmt ist. Für Luft gibt es nur einen Weg in den Tintentank.
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Bei der Ausgestaltung des Pufferelements ist es vorteilhaft, wenn die Längsausdehnung des kapillaren Hohlraums in Strömungsrichtung größer als der Querschnitt ist, da hierdurch ein größeres Speichervolumen möglich ist.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Tintenreglers kann vorsehen, dass das Pufferelement ähnlich dem Lamellenbereich eines üblichen Tintenreglers aufgebaut ist, wobei die Lamellenspalten jedoch nicht vollständig umlaufend, sondern durch Wände unterbrochen sind und über Durchbrüche in den Lamellen miteinander verbunden werden, sodass ein labyrinth- oder mäanderförmiger Kanal entsteht. Die Kapillarität der Lamellenspalten sollte dabei kleiner als die der Steuerkapillare sein, da sie sonst deren Aufgabe übernimmt, und größer oder gleich der Kapillarität der angrenzenden kapillaren Lamellenspalten. In anderen Ausgestaltungen kann das Volumen/die Kapillarität des Pufferelements auch durch Bohrungen, einen Schlauch oder eine gewindeartig um den Kern laufende Lamelle gebildet werden. Steuerkapillare, Pufferelement und lamellarer Bereich können aus einem Stück oder aus mehreren Teilen gefertigt sein. Entscheidend ist die luftdichte Verbindung des Pufferelements mit der Steuerkapillare beziehungsweise dem Luftkanal und die kapillare Anbindung an die Tintenkapillare/kapillaren Lamellenspalten.
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Zur Lösung der oben genannten Aufgabe wird bei dem Schreibgerät der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß insbesondere vorgeschlagen, dass dessen Tintenregler nach einem der auf einen Tintenregler gerichteten Schutzansprüche ausgebildet ist. Hierbei kann der Innenraum des erfindungsgemäßen Tintenreglers demjenigen Innenraum entsprechen, der bereits oben im Zusammenhang mit dem eingangs beschriebenen Schreibgerät erwähnt wurde. Entsprechendes kann beispielsweise auch für die Steuerkapillare gelten. Mit einem derart ausgebildeten Schreibgerät kann somit verhindert werden, dass insbesondere bei Auftreten häufiger und schneller Druckwechsel (Kappenpumpen) Tinte aus dem Schreibgerät austritt.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Schreibgerätes kann eine luftdicht schließende, fixierbare Kappe vorgesehen sein. Die Fixierung kann über Aufschieben und/oder Aufdrücken oder Verrastung der Verschlusskappe mit dem Schaft erfolgen. Derartige Ausgestaltungen des Schreibgerätes können im Kontext der vorliegenden Erfindung besonders relevant sein, da sich durch das Fixieren der Verschlusskappe Druckänderungen ergeben können. Insbesondere kann sich beim Schließen der Verschlusskappe eine Druckerhöhung im Kappenraum relativ zum Tintentank ergeben, beim Öffnen eine Druck Erniedrigung.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Schreibgerätes kann vorgesehen sein, dass der kapillare Kanal des Pufferelements so ausgebildet ist, dass dessen Volumen größer ist, als das Volumen, welches beim Fixieren der Verschlusskappe durch die Steuerkapillare in den Tintentank strömt. Zusätzlich kann vorgesehen sein, dass dieser kapillare Hohlraum so ausgebildet ist, dass dessen Volumen kleiner ist als das Mehrfache des in der Kappe komprimierten Volumens, wobei das in der Kappe komprimierte Volumen demjenigen Volumen entspricht, welches sich durch Multiplikation des zwischen Verschlusskappe und Steuerkapillare eingeschlossenen Luftvolumens (= Kappenvolumen) mit der relativen Druckänderung, die beim Einrasten der Kappe im Kappenvolumen entsteht, ergibt. Beim Mehrfachen handelt es sich bevorzugt um das Dreifache. Hierdurch wird erreicht, dass auch bei größerem Druckabfall die Tinte nicht über den Docht, das Auftragselement, ausläuft, sondern von den kapillaren Lamellenspalten aufgenommen wird. Ein höheres Fassungsvermögen des Pufferelements bewirkt auch einen längeren Weg mit erhöhtem Strömungswiderstand, so dass ein erhöhter Tintendruck länger auf den Docht einwirken kann. Zusätzlich kann vorgesehen sein, dass folgende Relationen oder zumindest eine davon erfüllt sind: [dP(Kap) – dP(Lam) + dP(StSt)]· Vol(Kap)·Vol(Tank) / Vol(Kap) + Vol(Tank) < Vol(Puffer) < N·Vol(Luft, komp.) Vol(Luft, komp) = dP(Kap)·Vol(Kap) mit folgenden Abkürzungen:
- Vol(Kap)
- Kappenvolumen, zwischen Kappe und Steuerkapillare eingeschlossenes Luftvolumen
- Vol(Tank)
- Luftvolumen im Tintentank
- Vol(Puffer)
- Volumen des Pufferelements
- dP(Kap)
- Druckanstieg im Kappenvolumen beim Schließen, vor dem Luftaustausch mit dem Tank, relativ zum Umgebungsdruck (> 0, dimensionslos); dP(Kap) = (P(geschlossen) – P(offen))/P(offen)
- dP(Lam)
- Kapillardruck der kapillaren Lamellenspalten/Labyrinth, relativ zum Umgebungsdruck (< 0, dimensionslos)
- dP(Stst)
- Kapillardruck der Steuerkapillare, relativ zum Umgebungsdruck (< 0, dimensionslos)
- N
- Zahl größer 1, bevorzugt gleich 3
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Schreibgerätes sieht vor, dass ein kapillarer Durchbruch, ausgehend von der Tintenkapillare, radial nach Innen durch den Kern bis zum Docht verläuft, etwas unterhalb des Pufferelements, bevorzugt etwa 2 mm unterhalb des Pufferelements beginnend, mit einer axialen Ausdehnung von 1 bis 15 mm, bevorzugt 5 mm, in Richtung Auftragselement und einer Breite gleich oder ähnlich der Breite der Tintenkapillare. Dies sorgt für zusätzliche Sicherheit beim Entleeren der kapillaren Lamellenspalten für den Fall, dass die Tintensäule im Pufferelement abreißen sollte. Die höhere Kapillarität des Dochtes im Vergleich zum kapillaren Durchbruch und der Steuerkapillare sowie dessen umlaufender Kontakt zur Bohrung verhindern ein Eindringen von Luft in den Tintentank auf diesem Weg, während der Weg für Tinte offen steht.
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Eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Schreibgerätes besteht im Aufbau des Puffervolumens aus Lamellen mit dazwischenliegendem mäanderförmigen oder gewindeförmigen Kanal, wobei die Lamellen umlaufend die Innenwandung des Schafts berühren oder einen Spalt von weniger als 1/10 mm, bevorzugt 1/100 bis 2/100 mm, bilden. Der Kontakt zum Schaft, bzw. die automatisch erfolgende Füllung des hochkapillaren Spalts mit Tinte verhindern dabei, dass Luft das kapillare Volumen des Pufferelements umgehen kann. Ein schmaler Spalt gewährleistet ferner eine spannungsfreie Montage des Puffervolumens.
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Das Schreibgerät kann mit Liner-, Faser-, Pinsel-, Kugelspitze oder Schreibfeder als Auftragselement ausgestattet sein. Eine Verwendung in Nachfülleinheiten bzw. Patronen mit Tintenregler ist ebenfalls vorgesehen.
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Der erfindungsgemäße Tintenregler kann aus einem Teil geformt sein oder aus mehreren Teilen zusammengesetzt werden.
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Die Erfindung wird nun beispielhaft beschrieben, ist jedoch nicht auf diese wenigen Ausführungsbeispiele beschränkt. Weitere Ausführungsbeispiele ergeben sich durch die Kombination der Merkmale einzelner oder mehrerer Schutzansprüche miteinander und/oder mit einzelnen oder mehrerer Merkmalen des Ausführungsbeispiels.
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Es zeigt:
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1 einen Ausschnitt eines Free-Ink-Schreibgeräts mit Verschlusskappe
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2 einen Ausschnitt eines Free-lnk-Schreibgeräts im Bereich des Tintenreglers ohne Verschlusskappe, und
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3 den kapillaren Hohlraum des Pufferelements und seiner Nachbarschaft, sowie das durch Druckänderungen beim Öffnen beziehungsweise Schließen der Verschlusskappe hervorgerufene dortige Strömungsverhalten von Luft und Tinte.
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1 zeigt einen Ausschnitt eines Free-lnk-Schreibgerätes 2 mit aufgesetzter Verschlusskappe 31. Abgebildet ist der vordere Teil des Schreibgerätes mit weitgehend abgeschnittenem Tintentank 6. Die Verschlusskappe 31 ist mit dem Schaft 19 des Free-lnk-Schreibgerätes 2 verrastet. Beim Aufdrücken auf den Schaft 19 verrasten die Rastelemente 32 der Verschlusskappe 31 mit den Rastelementen 29 des Schafts 19. Auf der Innenseite der Verschlusskappe 31 befindet sich ein dichtender Ring 33, der beim Aufdrücken der Verschlusskappe 31 auf den Schaft 19 mit dessen kegelförmigen Ende 28 geschoben wird und luftdicht schließt.
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2 zeigt den vorderen Teil eines Free-lnk-Schreibgerätes ohne Verschlusskappe. Dargestellt ist der vordere Teil des Schafts mit weitgehend abgeschnittenem Tintentank 6 und dem Tintenregler 1. Ein Docht 21 ist durch eine Aussparung 23 des Tintenreglers 1 geführt und ragt mit seinem hinteren Ende in den Tintentank 6, während an seinem vorderen Ende das Auftragselement 22 angeordnet ist, welches hier als Kugelspitze 27 ausgebildet ist. Der Docht 21 versorgt über Kapillarkräfte das Auftragselement 22 mit Tinte aus dem Tintentank 6.
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Der Tintenregler 1 besitzt eine Steuerkapillare 5, durch die Tinte und/oder Luft zwischen dem Tintentank 6 und Innenraum des Tintenreglers 4 ausgetauscht werden kann. Die Steuerkapillare 5 ist am hinteren Ende des Tintenreglers 1 angeordnet. Daran anschließend in Richtung Auftragselement 22 (vorn) ist ein Pufferelement 7 angeordnet, welches einen mäanderförmigen kapillaren Kanal 8 aufweist, in dem zum Druckausgleich Tinte oder Luft zwischen der Steuerkapillare und den kapillaren Lamellenspalten bzw. dem Luftkanal strömen kann. Der mäanderförmige kapillare Kanal 8 hat eine gestreckte Länge, die größer als die axiale Ausdehnung 10 des Pufferelements 7 ist. An das Pufferelement 7 anschließend weist der Tintenregler 1 einen lamellaren Bereich 14 mit kapillaren Lamellenspalten 15, zur Zwischenspeicherung von aus dem Tintentank 6 ausgetretener Tinte, sowie einen Luftkanal 16 auf, der die Verbindung des Pufferelements 7 zur Luftöffnung 3 bildet. Somit kann zum Druckausgleich im Tintentank 6 Luft auf dem Weg: Luftöffnung 3 – Luftkanal 16 – Ausgang 17 des lamellaren Bereiches 14 – kapillarer Kanal 8 des Pufferelements 7 – Steuerkapillare 5 strömen. Ebenso kann Tinte aus dem Tintentank 6 via Steuerkapillare 5 – kapillarer Kanal 8 des Pufferelements 7 – Ausgang 17 des lamellaren Bereiches 14 in den des lamellaren Bereiches 14 des Tintenreglers 1 strömen.
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Es gibt somit zwei Möglichkeiten, wie Tinte den Tintentank verlassen kann, nämlich zum einen durch den Docht 21 und parallel dazu zum anderen auf dem oben beschriebenen Weg.
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Ferner weist der Tintenregler einen kapillaren Durchbruch 25 durch den Kern 24 zwischen Tintenkapillare 30 und Docht 21 auf. Ein steigender Druck im Tintentank 6 würde auch auf den Docht 21 und damit auf das Auftragselement 22 wirken, was zu einer Tropfenbildung bzw. zu einem Abtropfen am Auftragselement 22 führen kann. Durch die kapillare Verbindung des Dochtes mit den kapillaren Lamellenspalten 15 findet eine Druckentlastung des Dochtes 21 statt. Ferner besteht beim Entleeren der Tinte eines gefüllten Tintenreglers zurück in den Tintentank ein zweiter Weg unabhängig von der Steuerstelle, was einen höheren Tintenfluss ermöglicht und eine zusätzliche Sicherheit bietet, falls der Tintenfluss zwischen den kapillaren Lamellenspalten 15 und der Steuerstelle 5 durch das Pufferelement 7 abreißt.
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Der kapillare Hohlraum 8 weist ein Volumen auf, das zwischen dem Volumen, das beim Fixieren der Verschlusskappe durch das Steuerelement fließt und dem dreifachen des Volumens liegt, das sich ergibt durch die Multiplikation des zwischen Verschlusskappe 31 und Steuerkapillare 5 eingeschlossenen Luftvolumens (= Kappenvolumen) mit der prozentualen Druckänderung im Kappenvolumen, die beim Kappenschließen entsteht. Das hier beschriebene Ausführungsbeispiel ist somit derart eingerichtet, dass auch bei mehrfachem Öffnen und Schließen der Kappe (”Spielen”) keine Tinte aus dem Puffervolumen in die kapillaren Lamellenspalten gelangt und das Schreibgerät nicht auslaufen kann.
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3 zeigt einen Ausschnitt des lamellaren Bereichs 14 des Tintenreglers 1 sowie das Pufferelement 7, die Steuerkapillare 5 und einen Ausschnitt des Tintentanks 6. Der Docht 21 ist nicht abgebildet, das Pufferelement hat genau einen kapillaren Kanal 8. Der kapillare Kanal 8 wird gebildet durch zwischen den Lamellen 13 liegende Zwischenräume 11, die wegen der eingezogenen Wände 18 nicht vollständig umlaufend sind und die über Durchbrüche 12 in den Lamellen 13 neben den Wänden 18 labyrinth- oder mäanderförmig miteinander verbunden sind. In diesem einen kapillaren Kanal 8 kann Tinte oder Luft zwischen der Steuerkapillare 5 und dem Ausgang 17 des lamellaren Bereichs 14 strömen.
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Anders als die Lamellen 34 des lamellaren Bereichs 14 berühren die Lamellen 13 des Pufferelements 7 die Innenwandung 26 des Schafts 19 allseitig. Luft, die in den Tintentank 6 gelangt, muss also zwangsläufig durch diesen einen kapillaren Kanal 8 strömen.
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Tritt Tinte aufgrund einer (schnellen) Druckänderung in den kapillaren Kanal 8 ein, so füllt sie dessen Querschnitt 9, der durch den Kern 24, zwei benachbarte Lamellen 13 und die Innenwandung 26 des Schafts 19 begrenzt wird, vollständig aus, wodurch dieser luftdicht verschlossen ist.
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3 zeigt auch das Strömungsverhalten von Tinte/Luft im Pufferelement 8 beim Öffnen und Schließen der Verschlusskappe. Nicht gezeigt ist der Ausgangszustand vor dem Schließen der Verschlusskappe, bei dem sich keine Tinte im Pufferelement 8 befindet. Die linke Abbildung von 3 zeigt die Vorgänge nach dem Aufrasten der Verschlusskappe. Die komprimierte Luft strömt über Luftöffnung 3 – Luftkanal 16 – Ausgang 17 – Kanal 8 und Steuerkapillare 5 in den Tintentank, bis die ursprüngliche Druckdifferenz wieder hergestellt ist.
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Die mittlere Abbildung von 3 zeigt die Vorgänge beim öffnen der Verschlusskappe. Der Überdruck im Kappenraum bricht zusammen, im Tintentank 6 herrscht ein zu hoher Druck. Zum Ausgleich strömt Tinte über die Steuerkapillare 5 in den Kanal 8. Das Volumen der ausströmenden Tinte ist dabei kleiner als das Volumen des Kanals 8, wodurch verhindert wird, dass Tinte aus dem Pufferelement 7 in die kapillaren Lamellenspalten 15 oder den Luftkanal 16 fließt.
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Die rechte Abbildung von 3 zeigt die Abläufe nach erneutem Verschließen der Verschlusskappe. Der Druck im Kappenvolumen ist wieder erhöht, der Druck im Tintentank folglich zu klein. Zum Einstellen der ursprünglichen Druckdifferenz muss Luft oder Tinte in den Tintentank 6 strömen. Da die Tinte im Kanal 8 dessen Querschnitt vollständig verschließt, kann Luft nicht unmittelbar in den Tintentank 6 gelangen. Zunächst wird folglich die Tinte aus dem Kanal 8 zurück in den Tintentank 6 gedrückt und erst dann gegebenenfalls noch etwas Luft.
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Bei weiteren Öffnen-/Schließen-Zyklen wiederholen sich die beschriebenen Vorgänge entsprechend, ohne dass Tinte aus dem Pufferelement 8 in den lamellaren Bereich 14 ausströmt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Tintenregler
- 2
- Free-lnk-Schreibgerät
- 3
- Luftöffnung
- 4
- Innenraum des Tintenreglers 1
- 5
- Steuerkapillare
- 6
- Tintentank
- 7
- Pufferelement
- 8
- Kapillarer Kanal
- 9
- Querschnitt des kapillaren Kanals
- 10
- Axiale Ausdehnung des Pufferelements
- 11
- Zwischenräume
- 12
- Durchbruch durch die Lamellen 13
- 13
- Lamellen
- 14
- Lamellarer Bereich
- 15
- Kapillare Lamellenspalten
- 16
- Luftkanal
- 17
- Ausgang des lamellaren Bereiches
- 18
- Wand
- 19
- Schaft
- 20
- Schaftraum
- 21
- Docht
- 22
- Auftragselement
- 23
- Aussparung
- 24
- Kern
- 25
- Durchbruch durch den Kern
- 26
- Innenwandung des Schafts
- 27
- Kugelspitze
- 28
- Kegel
- 29
- Rastelement des Schafts
- 30
- Tintenkapillare
- 31
- Verschlusskappe
- 32
- Rastelement an der Verschlusskappe
- 33
- Dichtender Ring
- 34
- Lamellen
