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Die Erfindung betrifft einen digitalen Tintenstrahldrucker, der einen Druckkopf mit einer Vielzahl von Düsen aufweist, aus denen Tintentropfen ausgestoßen werden können.
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Beim Drucken mit einem Tintenstrahldrucker wird einem Druckkopf Tinte zugeführt, die über einen Verteilerkanal je nach Bedarf in die einzelnen Tintenkammern geleitet wird. In den Tintenkammern ist ein Aktor angeordnet, der durch Ausdehnung einen Überdruck erzeugt, wodurch Tintentropfen aus einer zugeordneten Düse ausgestoßen werden. Die verbrauchte Tinte wird durch frische Tinte in die Tintenkammer nachgefüllt.
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Je nach Auslastung der Düsen, d.h. je nach Druckbild werden mehr oder weniger viele Tropfen gleichzeitig durch die Vielzahl von Düsen ausgestoßen. Die Druckauslastung kann sich schlagartig ändern, wenn beispielsweise ein Streifenmuster oder Seitenübergänge (Beginn oder Ende einer neu bedruckten Seite) gedruckt werden. Dann sind zyklisch abwechselnd viele Düsen oder kaum Düsen aktiv. Der Tintenbedarf (Druckauslastung) des Druckkopfes ändert sich dabei schlagartig. Dies führt zu starken hydraulischen Druck-Schwankungen und hydraulischen Schwingungen in der Tintenversorgung. Zu starke Schwingungen können dazu führen, dass die Druckerzeugung in den einzelnen Tintenkammern und damit die Erzeugung von Tintentropfen beeinträchtigt werden. Um solche hydraulischen Schwingungen im Druckkopf zu dämpfen und deren negativen Auswirkungen zu reduzieren, sind Luftdämpfer bekannt, die in hydraulischer Verbindung mit der Tinte im Druckkopf stehen.
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So ist aus der Patentschrift
US 8,262,209 B2 ein Tintenstrahldrucker mit einem zirkulierenden Tintenversorgungssystem bekannt, bei dem Tinte über einen Einlass einem Druckkopf zugeführt wird und überschüssige Tinte über einen Auslass wieder zurück zum Tintenbehälter geführt wird. Um durch das Pumpensystem bedingte hydraulische Druckschwankungen zu dämpfen, ist ein Druckdämpfer in der Nähe des Druckkopfes angeordnet.
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Aus der Patentschrift
US 8,425,019 B2 ist ein nichtzirkulierendes Tintenversorgungssystem bekannt, bei dem nur so viel Tinte dem Druckkopf wieder zugeführt wird, wie auch durch das Ausstoßen von Tintentropfen aus den Tintenkammern entnommen wird. Dabei pumpt eine Pumpe Tinte von einem Tintenreservoir zum Druckkopf. Ein Druckdämpfer ist in der Nähe des Druckkopfes angeordnet und weist einen Sensor auf, der den hydraulischen Druck in der Tintenleitung sensiert. Die Pumpe wird dann über ein Rückmeldesignal abhängig vom hydraulischen Druck zum Versorgen des Druckkopfes mit Tinte gesteuert.
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Aus der Patentschrift
EP 2 237 959 B1 ist ein Druckkopf bekannt, bei dem Tinte über ein Verteilersystem den Tintenkammern zugeführt wird. Am Ende des Verteilersystems ist ein mit Luft gefüllter Druckdämpfer innerhalb des Druckkopfes angeordnet, um hydraulische Schwingungen und Schwankungen in der Tinte zu dämpfen.
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Aus
DE 10 2010 036 957 A1 ist ein Tintenstrahldrucker mit einem Druckkopf bekannt, der eine Vielzahl von Düsen aufweist, aus denen Tintentropfen ausgestoßen werden können. Der Druckkopf ist mit einem Tintenbehälter über eine Tinteneinlass verbunden, um dem Druckkopf Tinte zuzuführen. Dort sind Druckköpfe versetzt zueinander angeordnet und die Düsen in diesem Randbereich werden ein qualitativ hochwertiges Druckbild entsprechend angesteuert.
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Aus
EP 2 237 959 B1 ist ein scannender Tintenstrahldrucker mit einem druckkopfseitige Tinteneinlass und ein Tintenauslass bekannt. Am Tintenauslass ist ein Schwingungsdämpfer angeordnet, der über eine dünne Röhre mit dem Druckkopf verbunden ist. Die dünne Röhre ist mit Tinte gefüllt und steht in Verbindung mit einem Hohlraum, in dem sich Luft als kompressibles Fluid befindet. Dadurch wird die Dämpfung von Schwingungen im Druckkopf sichergestellt.
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Aus
US 5,359,357 A ist ein Tintenstrahldrucker mit einem scannenden Druckkopf bekannt, wobei ein Tinteneinlass über eine Kupplung und einen Schlauch mit dem Tintentank verbunden ist. Bei der Bewegung eines Schlittens fährt der Druckkopf hin und her über den Aufzeichnungsträger und bedruckt diesen dabei. Die Kupplungsteile sind so ausgebildet, dass möglichst keine Undichtigkeiten vorhanden sind und keine Tinte über die Kupplung verloren geht.
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Aus
DE 20 2013 000 268 U1 ist ebenfalls ein scannender Tintenstrahldrucker bekannt. Beim Scannen des Druckkopfes können Vibrationen zu Patronenanschlüssen übertragen werden und somit die Anordnung der Patronenanschlüsse mit Bezug auf die Druckeranschlüsse beeinflussen.
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Aus
US 4,913,468 A ist ein Clip bekannt, der über eine Kupplung gesteckt ist, um diese zu verstärken. Damit soll erreicht werden, dass die beiden Kupplungsteile nicht voneinander getrennt werden können. Es handelt sich dabei nicht um eine Kupplung in einem Tintenstrahldrucker.
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Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, einen Tintenstrahldrucker zu schaffen, der einen Druckkopf mit einem externen Druckdämpfer aufweist, der vor Verlust seiner dämpfenden Eigenschaften geschützt werden soll.
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Dieses Problem wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Dabei weist der Tintenstrahldrucker eine Vielzahl von Düsen auf, aus denen Tintentropfen ausgestoßen werden können. Aus einem Tintenbehälter wird Tinte über eine Tintenleitung und einen Tinteneinlass zu dem Druckkopf geleitet. Der Druckkopf weist zudem einen Tintenauslass auf. Tinteneinlass und Tintenauslass sind jeweils über eine mechanische Kupplung mit Tintenleitungen verbunden. An der tintenauslassseitigen Kupplung ist ein hydraulischer Druckdämpfer angeschlossen, der teilweise mit Tinte gefüllt ist. Im dessen restlichen Bereich befindet sich komprimierbare Luft, die als Dämpfungsvolumen dient. Damit der Dämpfer seine dämpfenden Eigenschaften nicht verliert, ist ein mechanischer Stabilisator vorgesehen, der die Kupplung kraftschlüssig überbrückt und dabei die Kupplung zusätzlich mechanisch stabilisiert. Denn Schwingungen können zu Leckage von Tinte aus dem Dämpfer führen, was durch den Stabilisator verringert oder ganz verhindert wird.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind durch die Unteransprüche gekennzeichnet. So ist es für die einfache Nachrüstung von bereits im Betrieb befindlichen Tintenstrahldruckern vorteilhaft, wenn der Stabilisator steckbar ausgebildet ist. Eine gute mechanische Stabilisation der Kupplung wird erreicht, wenn der Stabilisator aus einem federelastischen Material mit einer vorgegebenen Steifigkeit ausgebildet ist.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand von schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
- 1 eine stark vereinfachte Darstellung des Tintenstrahldrucker mit einem Tintenbehälter, einem Druckkopf und einem Dämpfer zum Dämpfen hydraulischer Schwingungen,
- 2A und 2B verschiedene Ausführungsformen von Federklammern eines Stabilisators zum mechanischen Stabilisieren einer Kupplung in Schnittzeichnung und
- 3 eine weitere Ausführungsform des Stabilisators.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Piezo-Druckkopfes näher erläutert. Ein Piezo-Druckkopf weist ein Piezoelement als Aktor auf, das bei Aktivierung eine Tintenkammer unter Druck setzt und somit einen Tintentropfen über eine zugeordnete Düse in einer Düsenplatte ausstößt.
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Selbstverständlich kann die Erfindung auch bei thermischen Druckköpfen eingesetzt werden, bei denen durch Hitzeeinwirkung eine Luftblase in der Tinte erzeugt wird, wodurch ein hydraulischer Druck entsteht, infolgedessen ein Tintentropfen aus der entsprechenden Düse ausgestoßen wird. Thermische Druckköpfe werden auch als Bubble Jet bezeichnet.
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In 1 ist ein Tintenstrahldrucker stark vereinfacht dargestellt. Der Tintenstrahldrucker weist einen Druckkopf 10 auf, mit dem Tintentropfen 12 auf ein zu bedruckendes Substrat 14 ausgestoßen werden können. Das Substrat 14 wird in Transportrichtung 15unter dem Druckkopf 10 hindurchtransportiert. Zum digitalen Bedrucken ist eine Vielzahl von Tintenkammern 16 in dem Druckkopf 10 vorgesehen, in denen jeweils ein Piezoelement 18 als Aktor angeordnet ist. Jede Tintenkammer 16 weist eine zugeordnete Düse 20 auf, über die Tintentropfen 12 ausgestoßen werden können, wenn das Piezoelement 18 mit einer entsprechenden Wellenform angesteuert wird. In der 1 ist der Übersichtlichkeit halber nur eine Tintenkammer 16 als mit Tinte gefüllt dargestellt. Selbstverständlich sind alle Tintenkammern 16 mit Tinte gefüllt.
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Von einem Tintenbehälter 22 wird Tinte dem Druckkopf 10 über eine Tintenleitung zugeführt. Die dem Druckkopf 10 zugeführte Tinte wird über einen Verteilerkanal 26 den einzelnen Tintenkammern 16 zur Verfügung gestellt, um die als Tintentropfen 12 ausgestoßene Tintenmenge zu ersetzen. Bei dem hier dargestellten Druckkopf 10 handelt es sich um einen Teil eines zirkulierenden Tintenversorgungssystems, das aber nichtzirkulierend betrieben wird. Denn der Druckkopf 10 weist einen Tinteneinlass 28 und einen Tintenauslass 30 auf, wobei Tinte nur über den Tinteneinlass 28 dem Druckkopf 10 zugeführt wird. Der Tintenauslass 30 wird nicht zur Rückführung überschüssiger Tinte verwendet, sondern zur Dämpfung von hydraulischen Schwingungen und Druckschwankungen, wie weiter unten näher erläutert wird.
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Der Tinteneinlass 28 und der Tintenauslass 30 weisen jeweils eine Kupplung 32 mit zwei Kupplungsteilen 34, 36 auf, wobei je ein erstes Kupplungsteil 34 mit dem Tinteneinlass 28 oder Tintenauslass 30 des Druckkopfes 10 verbunden ist und je ein zweites Kupplungsteil 36 mit einer angeschlossenen Tintenleitung verbunden ist. Mittels Ineinanderstecken der beiden Kupplungsteile 34, 36 wird die Kupplungen 32 hergestellt. Zwischen den beiden Kupplungsteilen 34, 36 dichtet ein entsprechendes Dichtmittel (in den Figuren nicht dargestellt), wie beispielsweise ein O-Ring die Kupplung 32 ab, so dass möglichst keine Tinte nach außen austreten kann oder keine Luft von außen angesaugt werden kann.
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Bei Bedarf wird Tinte aus dem Tintenbehälter 22 entnommen und über eine Tintenleitung (diese wird im Folgenden als Tintenzufuhrleitung 24 bezeichnet) dem Druckkopf 10 über den Tinteneinlass 28 zugeführt.
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Am Tintenauslass 30 wird keine überschüssige Tinte abgeführt, sondern ist eine gesonderte Tintenleitung mit einem verschossenen Ende (daher wird diese Tintenleitung im Folgenden als Blindleitung 38 bezeichnet) angeschlossen, die teilweise mit Tinte gefüllt ist. In dem restlichen Bereich der Blindleitung 38 befindet sich ein Gas, insbesondere Luft. Somit entsteht ein kompressibles Luftvolumen, bei der die Kompressibilität von Gasen ausgenutzt wird, um als Dämpfer für hydraulische Schwingungen und Druckschwankungen im Druckkopf 10 zu dienen.
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Bei Bedarf könnte zusätzlich noch eine Luftkammer 40 mit einem vorgegebenem Luftvolumen an das Ende der Blindleitung 38 angeschlossen werden, um das Luftvolumen zu erweitern und die Dämpfungseigenschaften zu erhöhen. Die Blindleitung 38 und die gegebenenfalls zusätzliche vorhandene Luftkammer 40 werden im Folgenden als Dämpfer 42 bezeichnet.
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Wenn während des Druckens hohe Drucklastwechsel entstehen, so kann dies zu hydraulischen Druckschwankungen oder Schwingungen in der Tinte im Druckkopf 10 führen. Denn bei solchen Drucklastwechseln wird von Volllast (sehr viele Düsen 20 stoßen gleichzeitig Tinte aus) auf Teillast (ganz wenige Düsen 20 stoßen gleichzeitig Tinte aus) oder umgekehrt umgeschaltet. Dabei finden abwechselnde eine hohe Tintenzufuhr und eine geringe Tintenzufuhr zum Druckkopf 10 satt, was zu Schwingungen der Tinte im Druckkopf 10 und - wie bei kommunizierenden Röhren - in allen angeschlossenen Tintenwegen führt. Diese Druckschwankungen können das Ausstoßen von Tintentropfen 12 aus allen Düsen 20 beinträchtigen, wodurch sich die Druckqualität verschlechtert. Um diese Schwingungen und Druckschwankungen möglichst schnell zu dämpfen, ist das Luftvolumen des Dämpfers 42 als komprimierbare Luftmasse genau auf die möglichen Druckverhältnisse im Druckkopf 10 abgestimmt.
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Der Dämpfer 42 ist tintenauslassseitig angeordnet. Er ist mit einer definierten Menge Tinte befüllt, so dass der Füllstand 44 der Tinte deutlich oberhalb der Kupplung 32 liegt. Bei der Dimensionierung des Dämpfers 42 gilt es zu beachten, dass das Luftvolumen ausreichend groß ist und die Tintenmenge so groß ist, dass der Füllstand 44 der Tinte in der Blindleitung immer oberhalb der Kupplung 32 liegt. Zum einen kann dann weniger Luft über die Kupplung eingesaugt werden und zudem die Luft nicht in den Druckkopf 10 gelangen, da die Luft oberhalb des Füllstands 44 weit genug vom Druckkopf 10 entfernt ist. Luft im Druckkopf 10 würde diesen unbrauchbar machen, da Luft das Komprimieren der Tinte in der Tintenkammer 16 und das Erzeugen von Tintentropfen stark behindern würde. Dann müsste der Druckkopf 10 erst wieder vollständig entleert oder aufwendig entlüftet werden, um wieder ordnungsgemäß drucken zu können.
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Das Luftvolumen bestimmt im Wesentlichen die hydraulischen Dämpfungseigenschaften des Dämpfers 42. Bei hohen Tintenlastwechseln wirken die Dämpfer 42 wie ein dämpfender Widerstand gegen die hydraulischen Druckschwankungen im Druckkopf 10 und ermöglichen einen durch Druckschwankungen weitgehend unbeeinträchtigten Druckbetrieb über längere Zeit.
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Der Dämpfer 42 ist über eine Kupplung 32 mit dem Druckkopf 10 verbunden. Da es sich bei dem Dämpfer 42 um eine Blindleitung 38 handelt, weist er ein freies Ende auf. Bei Bewegungen des Druckkopfes 10 oder bei hydraulischen Druckschwankungen schwingt oder wackelt der Dämpfer 42 mehr oder weniger abhängig von der Steifigkeit des verwendeten Materials für die Blindleitung 38, da die Blindleitung nur einseitig eingespannt ist.
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Zudem schwankt der Füllstand 44 (siehe Doppelpfeil 45 in 1) bedingt durch die hydraulischen Schwingungen. Dies führt ebenfalls zu mechanischer Biegebeanspruchung in der Kupplung 32. Durch diese Bewegung oder Walkarbeit kann die Kupplung 32 trotz Dichtmittel undicht werden, was zu Leckage von Luft in das Tintensystem oder von Tinte nach außen führen kann. Denn Luft kann von außen über undichte Stellen infolge der Bewegung in der Kupplung 32 in den Dämpfer 42 gesaugt, da im Dämpfer 42 Unterdruck herrscht. Eine solche Walkarbeit der Kupplung 32 führt also dazu, dass der Füllstand 44 im Dämpfer 42 auf Dauer abnimmt.
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Allerdings darf der Füllstand 44 der Tinte im Dämpfer 42 nicht unterhalb der Kupplung 32 fallen, da ansonsten unerwünschterweise Luft in den Druckkopf 10 gelangt könnte. Luft würde die Tropfenerzeugung stark beinträchtigen. Daher ist immer darauf zu achten, dass genügend Tinte in dem Dämpfer 42 vorhanden ist, aber auch genügend Luftvolumen zum Dämpfen von Schwingungen. Bei zu niedrigem Füllstand 44 muss wieder Tinte in den Dämpfer 42 nachgefüllt werden.
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Der Druckkopf 10 kann gegebenenfalls zusammen mit weiteren Druckköpfen fest über die Seitenbreite des zu bedruckenden Substrats 14 angeordnet sein. Hin und wieder müssen die Druckköpfe 10 gereinigt werden, wozu sie aus der Druckposition in eine Wartungsposition verfahren werden. Beim Verfahren der Druckköpfe 10 schwingt ebenfalls der Dämpfer 42, was ebenfalls Leckage zur Folge haben kann und die Tinte im Dämpfer 42 immer weniger werden lässt, da Luft an der Schnittstelle der beiden Kupplungsteile 34, 36 angesaugt wird.
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Falls scannende Druckköpfe 10 verwendet werden, bei denen sich der Druckkopf 10 auf einem Schlitten befindet, der hin und her bewegt wird und dabei zeilenweise das Druckbild aufbaut, schwingt der Dämpfer 42 ebenfalls. Auch bei dieser Walkarbeit kann unerwünscht Leckage entstehen.
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Das Ansaugen von Luft in den Dämpfer 42 passiert auch bei Reinigungsvorgängen des Druckkopfs 10, da bei diesen Reinigungsvorgängen höhere hydraulische Drücke angelegt werden, um die Düsenkanäle mit Flüssigkeit von Ablagerungen zu befreien. Diese hydraulischen Drücke führen zu Bewegungen oder Wackeln der Blindleitung 38, was wiederum zu Biegebeanspruchung in der Kupplung 32 zur Folge hat.
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Auch durch das Drucken ganz bestimmter Druckmuster können größere mechanische Schwingungen und hydraulische Schwankungen im Druckkopf 10 hervorgerufen werden, die sich auch auf die Kupplung 32 und Leckage negativ auswirken. Wenn beispielsweise ein eine vollfarbige Fläche abwechselnd mit einer weißen oder leeren Fläche gedruckt wird (ein solches Druckmuster wird auch als Zebrastreifenmuster bezeichnet), wird abwechselnd schnell viel Tinte in den Druckkopf 10 gepumpt wird und danach abrupt wieder beendet, bis wieder viele Düsen 20 gleichzeitig Tintentropfen 12 ausstoßen.
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Um die Bewegung der Kupplung 32 und damit die Walkarbeit zu verringern, wird die Kupplung 32 durch einen mechanischen Stabilisator 46 stabilisiert. Der Stabilisator 46 kann einen federelastischen Bügel 48 aufweisen, an dessen Enden Befestigungsteile, wie beispielsweise Federklammern 50 angeordnet sind, mit denen der Stabilisator 46 druckkopfseitig oder blindleitungsseitig an der Kupplung 32 oder an der Blindleitung 38 bzw. dem Tintenauslass 30 befestigt wird. Der Stabilisator 46 überbrückt also die Kupplung 32 und wird beidseitig der Kupplung 32 kraftschlüssig mit den entsprechenden Teilen verbunden.
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Der Stabilisator 46 ist aus einem federelastischen Material hergestellt, das die mechanische Bewegungen der Kupplung 32 bei hydraulischen Druckschwankungen stark dämpft und somit die Walkarbeit und die Leckage von Luft vermindert. Zusätzlich muss er auch definierte Steifigkeit aufweisen, um die Kupplung 32 ausreichend mechanisch stabilisieren zu können. Nicht nur die Materialkomponenten Federkonstante und Steifigkeit des Stabilisators 46 haben Einfluss auf die stabilisierende Wirkung des Stabilisators 46, sondern auch seine Geometrie oder Form.
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Es ist vorteilhaft, die Federklammern 50 am Ende des Bügels 48 so auszugestalten, dass die Federklammern 50 auf die Kupplung 32 oder die Blindleitung 38 bzw. den Tintenauslass 30 aufgesteckt werden können. Die Federklammern 50 können entsprechend den 2A oder 2B von ihrem Querschnitt her ausgebildet sein. Dabei ist es notwendig, dass die Federklammern 50 zumindest kraftschlüssig an den Kupplungsteilen 34, 36 oder der Blindleitung 38 bzw. dem Tintenauslass 30 angreifen und die Kupplung 32 mit dem Bügel 48 als Klammer dadurch stabilisieren. Die genaue Ausführungsform des Querschnitts der Federklammer 50 ist dabei so gestaltet, dass immer ein Kraftschluss in Verbindung mit einer Steifigkeit und einer Federelastik vorhanden ist, um die Kupplung 32 mechanisch zu stabilisieren.
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Die Federklammern 50 können auch alternativ durch Befestigungsmittel, wie beispielsweise eine Schraubverbindung oder Schlauchschellen an den Kupplungsteilen 34, 36 oder der Blindleitung 38 bzw. dem Tintenauslass 30 befestigt werden. Eine steckbare oder einfach lösbare Verbindung hat den Vorteil, dass bereits im Markt befindliche Tintenstrahldrucker mit einem Luftdämpfer 42 einfach mit einem Stabilisator 46 nachgerüstet werden können oder der Stabilisator 46 beim Nachfüllen der Tinte in die Blindleitung 38 einfach entfernt werden kann.
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Der Bügel 48 kann eine entsprechende Form wie in den 1 oder 3 dargestellt aufweisen. Es gibt viele Ausführungsformen für den Bügel 48. Der Bügel 48 sollte von seiner Form und/oder seinem Material her so ausgebildet sein, dass er mechanische Schwingungen, die von dem Dämpfer 42 über die Federklammern 50 auf den Bügel 48 übertragen werden, effektiv unterdrückt oder zumindest stark dämpft. Somit wird die Kupplung 32 stabilisiert und Leckage von Luft und das Absacken des Füllstands 44 auch auf Dauer verringert.
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Der Stabilisator 46 kann auch als federnde Klammer ausgebildet sein, dessen Schenkel unmittelbar an den beiden Kupplungsteilen 34, 36 angreift, um die Kupplung 32 zu stabilisieren, damit Schwingungen und folglich Leckage in der Kupplung 32 vermindert werden. Die Klammer muss auch ausreichende Steifigkeit und eine entsprechende Federkonstante aufweisen.
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Durch einen solchen Stabilisator 46 wird ein positiver Langzeiteffekt erzielt und die im Dämpfer 42 befindliche Tinte muss viel seltener aufwändig nachgefüllt werden. Je nach Material und Federkonstante können auch kurzeitige Schwingungsspitzen infolge von hydraulischen Druckschwankungen im Druckkopf 10 stark gedämpft werden, so dass die Leckage verringert wird.
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Beim Drucken werden zum Teil viele Tintentropfen 12 aus den Düsen 20 ausgestoßen, indem durch die Piezoelemente 18 eine Druckschwingung in jeder zugeordneten Tintenkammer 16 aufgebaut wird. Ab einer bestimmten Höhe des Drucks oder entsprechender Wellenform wird ein Tintentropfen 12 ausgestoßen. Die verbrauchte Tinte muss dann wieder in die Tintenkammern 16 über den Verteilerkanal 26 nachgefüllt werden. Die durch schnelle Drucklastwechsel entstehenden hohen hydraulischen Druckschwankungen werden durch den Dämpfer 42 effektiv bedämpft und der Stabilisator 46 bewirkt eine geringere Leckage in der Kupplung 32.
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Wenn bei großen Tintenlastwechseln die nachzufüllende Tintenmenge nicht schnell genug von dem Tintenbehälter 22 über die Tintenzufuhrleitung 24 und den Tinteneinlass 28 zugeführt werden kann, wird zwangsläufig auch etwas Tinte aus der Flüssigkeitssäule im Dämpfer 42 angesaugt. Bei nachlassender Belastung geht die Flüssigkeitssäule aufgrund des Unterdrucks der Luft im Dämpfer 42 wieder auf ihren ursprünglichen Zustand zwar zurück, es entsteht aber dennoch eine kleine Schwingung des Füllstandes 44, was in der 1 mit dem Doppelpfeil 45 gekennzeichnet ist. Somit entsteht bei wechselnder Druckauslastung zusätzlich eine hydraulische Druckschwankung in dem Verteilerkanal 26, die den Dämpfer 42 und damit die Kupplung 32 zusätzlich schwingen lässt. Abhängig von der Stärke der Schwingung ist die Höhe der Leckage, d.h. ob mehr der weniger Luft über die Kupplungsschnittstelle angesaugt wird. Die Leckage kann während der gesamten Zeitdauer einer zyklischen Druckauslastung bestehen, wenn also beispielsweise ein Zebrastreifenmuster gedruckt wird.
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Statt Tintentropfen 12 auszustoßen können die Piezoelemente 18 auch so betrieben werden, dass sie den Tintenmeniskus am Ausgang der Düse 20 zum Schwingen bringen (sogenanntes Prefire). Dadurch wird die Tinte in dem Düsenkanal vermischt und trocknet nicht so schnell ein, da durch die Vermischung die Viskosität der Tinte im Bereich des Meniskus erniedrigt wird. Diese Schwingungen, insbesondere von vielen Düsenmenisken gleichzeitig können über den Verteilerkanal 26 bis zur Blindleitung 38 zurückwirken, was ebenfalls ein leichtes Wackeln der Kupplung 32 zur Folge haben kann. Diese Walkarbeit kann zu einer fortgesetzten Leckage führen, wodurch die Dämpfungseigenschaften mehr und mehr verschlechtert werden. Durch den Stabilisator 46 kann die Kupplung 32 stabilisiert werden, so dass die Leckage nicht oder nur in sehr geringem Maße auftritt und dadurch die Dämpfungseigenschaften des Dämpfers 42 auch über einen längeren Zeitraum weitgehend erhalten bleiben.
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Das gleiche geschieht bei mechanischen Erschütterungen, beispielsweise beim Verfahren oder Bewegen der Druckköpfe 10. Denn an die Kupplung 32 ist die Blindleitung 38 mit einem freien Ende angeschlossen, die sehr empfindlich auf Erschütterungen und Schwingungen reagiert. Das Wackeln der Blindleitung 38 überträgt diese Schwingungen mechanisch auch auf die Kupplung 32, so dass die Kupplung 32 trotz Dichtmittel nicht immer vollständig dicht ist und bei bestimmten Stellungen Luft von außen in die Blindleitung 38 eingesaugt werden kann.
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Wenn die Tinte vollständig aus der Blindleitung 38 entwichen wäre, würde der Druckkopf 10 nicht mehr einwandfrei funktionieren, da Luftblasen die Tropfenerzeugung durch hydraulischen Druck stören. Daher gilt es auf jeden Fall zu vermeiden, dass Luft in den Druckkopf 10 gelangt. Sicherheitshalber wird der Füllstand 44 noch etwas höher gehalten, damit keine Luft in den Druckkopf 10 gelangt.
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Wenn der Druckkopf 10 gereinigt oder entlüftet wird, dann läuft der Dämpfer 42 auf jeden Fall leer. In solchen Fällen muss danach der Dämpfer 42 wieder mit Tinte bis zum gewünschten Füllstand 44 befüllt werden. Zum Auffüllen der Tinte im Dämpfer 42 wird die Kupplung 32 am Tintenauslass 30 gelöst und die Blindleitung 38 mit einer entsprechend vordefinierten Menge an Tinte gefüllt. Dieser Vorgang ist sehr zeitaufwändig und führt zu einer geringeren Produktivität des Tintenstrahldruckers, da während solcher Serviceeingriffe nicht gedruckt werden kann.
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Mit dem Stabilisator 46 brauchen die Serviceeingriffe mit Auffüllen der Tinte in der Blindleitung 38 nicht mehr so oft durchgeführt werden im Vergleich zu einem Tintenstrahldrucker ohne entsprechenden Stabilisator 46. Die Gefahr der zu starken Leckage und Eindringen von Luft in den Druckkopf 10 ist somit stark reduziert.
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Die einfachste Form der Blindleitung 38 stellt ein Stück Schlauch dar, dessen kupplungsfernes Ende verschlossen ist. Form und Gestalt der Blindleitung 38 können vielfältig sein. Wesentlich ist, dass die Blindleitung 38 teilweise mit Flüssigkeit, insbesondere Tinte gefüllt ist und darüber ein kompressibles Gasvolumen zur Dämpfung aufweist. Ein solcher Schlauch ist natürlich besonders empfindlich für Erschütterungen und Schwingungen, da die Blindleitung 38 wie ein Biegeschwinger einseitig eingespannt ist und nach oben frei weg steht.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Druckkopf
- 12
- Tintentropfen
- 14
- Substrat
- 16
- Tintenkammer
- 15
- Transportrichtung
- 18
- Piezoelement
- 20
- Düse
- 22
- Tintenbehälter
- 24
- Tintenzufuhrleitung
- 26
- Verteilerkanal
- 28
- Tinteneinlass
- 30
- Tintenauslass
- 32
- Kupplung
- 34, 36
- Kupplungsteil
- 38
- Blindleitung
- 40
- Luftkammer
- 42
- Dämpfer
- 44
- Füllstand
- 45
- Doppelpfeil
- 46
- Stabilisator
- 48
- Bügel
- 50
- Federklammer
