DE102017110813A1 - Verfahren zum Steuern von Druckelementen eines Tintendruckkopfs - Google Patents

Abstract

Bei dem Verfahren zum Steuern von Aktoren (27) werden mit entsprechende Aktoren (27) unterschiedliche Vibriersignale abhängig vom jeweiligen Druckbetriebszustand (PF, PF, PF, PF) so gesteuert, dass nur der Meniskus (28) am Düsenausgang vibriert wird, und dies abhängig vom Druckbetriebszustand (PF, PF, PF, PF). Es wird also nicht nur eine Art von Vibriersignal verwendet, sondern mehrere unterschiedliche, die zu unterschiedlich intensiven Vibrationen führen.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern von Druckelementen eines Tintendruckkopfs im Druckbetrieb eines Tintendruckgeräts.
• Zum ein-oder mehrfarbigen Bedrucken eines Aufzeichnungsträgers können Tintendruckgeräte verwendet werden. Der Aufbau eines solchen Tintendruckgeräts ist beispielsweise aus DE 10 2014 106 424 A1 bekannt. Ein solches Tintendruckgerät weist mindestens ein Druckwerk mit mindestens einem Druckriegel pro Druckfarbe auf. Der Druckriegel ist quer zur Transportrichtung des Aufzeichnungsträgers angeordnet und weist mehrere Druckköpfe auf, die eine Vielzahl von Druckelementen mit Düsen besitzen, um aus den Düsen Tintentropfen auszustoßen. Zum Druck einer Druckzeile quer zur Druckrichtung ist jede Düse einem anderen Bildpunkt der Druckzeile zugeordnet. In Längsrichtung drucken die Düsen zeitlich nacheinander die Tintentropfen auf den Aufzeichnungsträger. Je höher die Druckauflösung quer zur Transportrichtung des Aufzeichnungsträgers ist, desto mehr Düsen sind in den Druckriegeln oder dem Druckkopf angeordnet oder desto dichter sind die Düsen zueinander angeordnet.
• Während des Druckbetriebs darf die Viskosität der Tinte innerhalb einer Düse nicht zu sehr ansteigen, da ansonsten die Gefahr des An- oder Austrocknens der Tinte besteht, so dass die Düse zumindest teilweise verstopft und damit ein Tintentropfen nicht mehr sauber ausgestoßen werden kann und/oder aufgrund von hindernden Tintenresten seine gewünschte Ausstoßrichtung verändert wird, so dass die Tropfen an einen von der Sollposition abweichende Pixel- oder Druckposition gedruckt werden.
• Wenn sich das Tintendruckgerät im normalen Druckbetrieb befindet, wird immer wieder ein Tintentropfen aus den Düsen ausgestoßen. Infolgedessen erneuert sich die Tinte in der Tintenkammer und dem Düsenkanal. Die Gefahr des Eintrocknens ist somit gering.
• Bei dem Verfahren zum Steuern von Vibrationszyklen im Druckbetrieb des bekannten Tintendruckgeräts wird ein Vibrationszyklus zwischen zwei ausgestoßenen Bildtropfen eingefügt, falls während des Druckbetriebs aus einer Düse eine bestimmte Zeit lang kein Tintentropfen ausgestoßen wurde. Die Information über die Inaktivität von Düsen sind von den Druckdaten her bekannt, die der Druckersteuerung vom Controller zugeführt werden.
• Während eines Vibrationszyklus wird der Aktor so mit einer vorgegebenen Wellenform angesteuert, dass der Tintenmeniskus am Ausgang der Düse in Vibration versetzt wird, ohne einen Tintentropfen auszustoßen. Durch die Vibration wird die Tinte am Ende des Düsenkanals vermischt, so dass Tinte mit höherer Viskosität (mit Kontakt zur Luft) mit frischer Tinte niedrigerer Viskosität aus der Tintenkammer oder dem Inneren des Tintenkanals vermischt wird. Somit steigt die Viskosität gegenüber ständigem Drucken ohne Vibrationszyklus nicht so schnell an und die Gefahr einer beginnenden Verstopfung der Düse wird verringert.
• Bei mehreren bekannten Tintendruckgeräten ( DE 10 2014 101428 A1 , DE 10 2012 110 187 A1 , DE 10 2012 110 187 A1 und DE 10 2014 106 424 A1 ) werden Meniskusvibrationen abhängig von der Größe der ausgestoßenen Tintentropfen, abhängig von der Geschwindigkeit in Verzögerungs- oder Beschleunigungsrampen beim Drucken, abhängig von Druckpause, etc. durchgeführt. Allen bekannten Tintendruckgeräten ist gemeinsam, dass bei jedem Vibrationszyklus der Aktor eines Druckelements mit der gleichen Wellenform angesteuert wird unabhängig vom jeweiligen Druckmodus, ob der Aufzeichnungsträger schnell oder langsam transportiert wird, ob gerade in einer Rampe gedruckt wird oder ob der Aufzeichnungsträger gerade im Stillstand ist. Der Beginn eines Vibrationszyklus wird durch die Zeit festgelegt, seit aus einer Düse kein Tropfen mehr ausgestoßen wurde.
• Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein Verfahren zum Steuern von Druckelementen eines Tintendruckkopfs zu schaffen, durch das die Gefahr des Eintrocknens von Tinte an Düsenausgängen verringert wird und Tintentropfen weitgehend mit der gewünschten Größe und der korrekten Richtung aus den Düsen ausgestoßen werden.
• Dieses Problem wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Dabei werden Aktoren von Druckelementen eines Tintendruckkopfes im Druckbetrieb eines Tintendruckgeräts jeweils mit impulsförmigen Signalen gesteuert. Sobald ein Vibrationszyklus durchgeführt werden soll, so wird der jeweilige Aktor mit einem Vibriersignal gesteuert. Die Eigenschaften des Vibrationssignals hängen von dem aktuellen Druckbetriebszustand ab, in dem sich das Drucksystem gerade befindet.
• Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind durch die Unteransprüche gekennzeichnet. So können sich die Vibriersignale vorteilhafterweise bezüglich der Impulsamplituden, des Anteils von Impulsamplituden über einem Amplitudenschwellenwert, der mittleren Impulsbreiten und/oder der Anzahl der Impulse innerhalb der Signaldauer abhängig vom aktuellen Druckbetriebszustand unterscheiden.
• Vorteilhafterweise werden die Wellenformen für Vibrationen dann geändert, wenn ein neuer Druckbetriebszustand eingenommen wird. Als Druckbetriebszustand werden vorzugsweise Beschleunigungsrampe oder einer Verzögerungsrampe des Transports des Aufzeichnungsträgers verwendet, ein Druckbetriebszustand, bei dem der Aufzeichnungsträger mit konstant niedriger oder hoher Geschwindigkeit transportiert wird, oder eine kurzzeitige Druckpause.
• Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand von schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
• 1 ein herkömmliches Tintendruckwerk,
• 2 eine Schnittdarstellung eines Druckelements des Tintendruckwerks,
• 3 eine Darstellung der verschiedenen Druckbetriebszustände, und
• 4A bis 4C verschiedene Ausführungsformen von Vibrier-Wellenformen.
• In 1 ist ein Druckwerk 10 eines bekannten Tintendruckgeräts dargestellt (beispielsweise DE 10 2014 106 424 A1 = US 9,302,474 B2 , die durch Bezugnahme Teil der Offenbarung der vorliegenden Offenbarung sein soll). Ein solches Druckwerk 10 weist pro Farbe mindestens einen Druckriegel 11 mit einem oder mehreren Druckköpfen auf, die quer zur Transportrichtung (durch entsprechende Pfeile in den 1 dargestellt) eines Aufzeichnungsträgers 12 angeordnet sind. Dadurch kann der Aufzeichnungsträger 12 zeilenweise mit den gewünschten Flüssigkeiten (Tinten-/Farben) bedruckt werden.
• Für einen Farbdruck sind typischerweise vier Grundfarben notwendig, und zwar YMCK (Gelb, Magenta, Cyan und Schwarz = K) oder RBG (Rot, Blau, Gelb und Schwarz). Darüber hinaus können noch weitere kundenspezifische Farben oder Sondertinten, wie MICR-Tinte (Magnetic Ink Character Recognition = magnetisch lesbare Tinte) vorhanden sein, die dann mit einem eigenen Druckriegel 11' gedruckt wird. Ebenso ist es möglich, dass transparente Spezialflüssigkeiten, wie Primer oder Trocknungsverbesserer vor oder nach dem Drucken des Druckbildes ebenfalls mit einem eigenen Druckriegel 11" digital aufgetragen werden, um die Druckqualität oder das Haften der Tinte auf dem Aufzeichnungsträger 12 zu verbessern.
• Jede Flüssigkeit/Tinte wird mit zumindest einem Druckriegel 11, 11' oder 11" gedruckt. Mit einem Druckriegel 11 kann dabei zeilenbreit gedruckt werden. Jeder Bildpunkt wird durch ein eigenes Druckelement 20 (siehe 2) gedruckt. Jede Druckzeile 21 weist mindestens eine der Druckauflösung und Druckbreite entsprechende Anzahl von Druckelementen 20 auf.
• Ein bahnförmiger Aufzeichnungsträger 12 wird über eine Einzugswalze 13 und mehrere Umlenkwalzen 14 unter den Druckriegeln 11 mit den Druckelementen 20 vorbeigeführt. Über eine Druckkopfsteuerung werden die einzelnen Druckelemente 20 entsprechend den gewünschten Bilddaten mit entsprechenden Steuersignalen angesteuert. Die Bilddaten werden von einem nicht dargestellten Host zu einem Controller 17 übertragen, der die Druckinformationen für das Drucken aufbereitet und an die jeweilige Druckkopfsteuerung 15 weiterleitet.
• Der Aufzeichnungsträger 12 wird durch das Druckwerk 10 geführt, so dass die einzelnen Tintentropfen jeweils exakt auf die gewünschte Bildposition auf dem Aufzeichnungsträger 12 gedruckt werden können. Mit einer Abzugswalze 16 wird der Aufzeichnungsträger 12 weiter zu einer nicht dargestellten Trocknung und gegebenenfalls zu einem nachfolgenden Druckwerk geführt, in dem dann die Rückseite des Aufzeichnungsträgers 12 bedruckt werden kann. Anschließend kann der Aufzeichnungsträger 12 einer Nachverarbeitung zugeführt werden, in der dann der Aufzeichnungsträger 12 geschnitten, gefaltet oder in sonstigen Arbeitsschritten endverarbeitet wird.
• In der 2 ist ein einzelnes Druckelement 20 eines Druckkopfes dargestellt. Das Druckelement 20 weist eine Tintenkammer 22 auf, die über eine Tintenzufuhr 23 mit frischer Tinte befüllt wird oder nachgefüllt wird. Über eine Düse 24 mit einem Düsenkanal 25 kann ein Tropfen ausgestoßen werden. Zum Erzeugen eines Tropfens ist ein Aktor 27 in der Tintenkammer 22 oder in dem Düsenkanal 25 angeordnet. Der Aktor 27 wird von einer Aktorsteuerung 29 abhängig von den Druckdaten mit einem impulsförmigen Steuersignal (das Steuersignal weist eine vordefinierte Wellenform mit einem oder mehreren Impulsen 30 auf) angesteuert und sorgt dafür, dass die Tinte in der Tintenkammer 22 unter entsprechendem mechanischen Druck in Schwingung versetzt wird.
• Wird ein Piezoelement als Aktor 27 verwendet, so dehnt sich das Piezoelement aus (siehe Doppelpfeil und gestrichelte Line in 2), sobald es entsprechend angesteuert wird und versetzt dabei die Tinte in der Tintenkammer 22 und insbesondere im Tintenkanal 25 entsprechend der Wellenform in Schwingung.
• Das Steuersignal weist eine komplexe Wellenform, die dafür sorgt, dass sich der Aktor 27 mehrfach kurzzeitig ausdehnt und wieder zusammenzieht. Durch dieses wechselnde Unterdruck-/Überdrucksetzen der Tinte wird diese in eine entsprechende Schwingung versetzt, infolgedessen Tropfen aus der Düse 24 gepresst werden können. Je nach Wellenform (Frequenzen, Amplituden, Anstiegs- oder Abfallzeiten der Impulse, Impuls-Pausen-Verhältnisse, Signalenergie) können die Tropfen unterschiedlich groß oder schnell aus der Düse 24 ausgestoßen werden oder lediglich Vibrationen des Tintenmeniskus 28 am Ausgang des Düsenkanals 25 entsprechend der Wellenform erzeugt werden, ohne dass ein Tintentropfen ausgestoßen wird.
• Erfindungsgemäß sind die Wellenformen für die Vibration unterschiedlich und dabei abhängig von dem jeweiligen Druckbetriebszustand. Sobald eine Vibration durchgeführt wird, wird diejenige Wellenform eingestellt, die dem Druckbetriebszustand entspricht, in dem sich das Drucksystem gerade befindet.
• Das Steuersignal mit der Wellenform, die ein Ausstoßen eines Tintentropfens bewirkt, wird im Folgenden auch als Ausstoßsignal bezeichnet. Das Steuersignal mit der Wellenform, die eine Meniskusvibration bewirkt, wird als Vibriersignal bezeichnet. Die Meniskusvibration wird auch als Prefire bezeichnet.
• Im Druckbetrieb wird normalerweise ein Druckbild entsprechend den gewünschten Bilddaten gedruckt. Während des Druckbetriebs kann das Drucksystem mehrere Druckbetriebszustände - wie beispielhaft in 3 dargestellt - einnehmen.
• In der 3 ist die Transportgeschwindigkeit v(t) des Aufzeichnungsträgers 12 über der Zeit t dargestellt. Zu Beginn der Darstellung in 3 befindet sich das Drucksystem im Nennmodus (als PF_N in der Figur gekennzeichnet), in dem der Aufzeichnungsträger 12 bei konstanter Nenngeschwindigkeit v_N transportiert und bedruckt wird. Soll nun in den Inspektionsmodus (als PF_I in der Figur gekennzeichnet) gewechselt werden, bei dem der Aufzeichnungsträger 12 bei ganz niedriger, konstanter Geschwindigkeit v_I bedruckt werden soll, muss der Aufzeichnungsträger 12 ab dem Zeitpunkt t₁ in einer Verzögerungsrampe bis zur Geschwindigkeit v_i (Zeitpunkt t₂ ) abgebremst werden. Während der Verzögerungsphase befindet sich das Drucksystem im Rampenmodus (als PF_R in der Figur gekennzeichnet; zwischen den Zeitpunkten t₁ und t₂ ) und der Aufzeichnungsträger 12 wird entsprechend der Druckdaten weiterhin bedruckt.
• Während des Inspektionsmodus PF_I zwischen den Zeitpunkten t₂ und t₃ wird der Aufzeichnungsträger 12 mit der konstanten Geschwindigkeit v_i weitertransportiert. Auch in diesem Inspektionsmodus PF_I wird der Aufzeichnungsträger 12 bedruckt abhängig von den Druckdaten - allerdings wird er viel langsamer bedruckt. Sobald der Inspektionsmodus PF_I beendet ist (Zeitpunkt t₃ ) wird der Aufzeichnungsträger 12 in einer Beschleunigungsrampe beschleunigt bis er wieder die Nenngeschwindigkeit v_N erreicht hat (Rampenmodus PF_R zwischen den Zeitpunkten t₃ und t₄ ). Danach wird der Aufzeichnungsträger 12 im Nennmodus PF_N bei Nenngeschwindigkeit v_N weiter bedruckt.
• Statt dem Inspektionsmodus PF_I kann das Drucksystem auch in einen Pausenmodus (in der 3 als PF_P bezeichnet) übergehen, bei dem die Transportgeschwindigkeit v(t) des Aufzeichnungsträgers 12 gleich Null ist (Stillstand). Im Pausenmodus PF_P wird der Aufzeichnungsträger 12 nicht bedruckt. Da im Pausenmodus PF_P keine Tintentropfen ausgestoßen werden, ist dort die Gefahr am höchsten, dass die Tinte eintrocknet. Daher muss intensives Prefire insbesondere während der Pause (analog zwischen den Zeitpunkten t₂ und t₃ ) durchgeführt werden, damit die Tinte in den Düsen 24 nicht eintrocknet.
• Herkömmlicherweise wird das Tintendruckgerät im Nennmodus PF_N bei einer konstanten, hohen Nenngeschwindigkeit v_N von beispielsweise 100 m/min für einen bahnförmigen Aufzeichnungsträger 12 betrieben. Im Inspektionsmodus PF_I liegt die Transportgeschwindigkeit v_I beispielsweise bei 10 m/min. Im Pausenmodus PF_P ist der Aufzeichnungsträger 12 im Stillstand v(t)=0. Dieser Stillstand darf aber nicht zu lange andauern. 1 Minute Stillstand sollte nicht überschritten werden. Die maximale Stillstandsdauer hängt vom Eintrocknungsverhalten der verwendeten Tinte ab.
• Während des Rampenmodus PF_R und des Inspektionsmodus PF_I wird kontinuierlich und zeilengenau weitergedruckt. Der Inspektionsmodus PF_I kann dazu benutzt werden, das Druckbild inline mit dem Auge bei langsamer Transportgeschwindigkeit zu inspizieren oder zu kontrollieren.
• Wenn eine bestimmte Zeit lang oder wenn seit dem Zurücklegen eines vorbestimmten Vorschubs des Aufzeichnungsträgers 12 kein Tropfen aus einer Düse 24 ausgestoßen wird, so besteht die Gefahr, dass die Tinte in diesen Düsen 24 eintrocknet. Denn durch den Kontakt mit Luft erhöht sich die Viskosität der Tinte. Mit Erhöhen der Viskosität verändert sich das Schwingungsverhalten der Tinte im Tintenkanal 25 bis hin zum Stillstand, falls die Düse 24 durch eingetrocknete Tinte komplett verschließt, was einem Totalausfall der Düse 24 entspricht. Dies macht sich dann in einer verschlechterten Druckqualität bemerkbar. Totalausfall einer Düse 24 ist im Druckbild als heller Streifen in einer ansonsten vollflächig gedruckten Fläche sichtbar. Ebenso macht sich ein Teilverstopfung der Düse 24 als Streifigkeit bemerkbar, da zu einem nur kleinere Tropfen ausgestoßen werden können (geringere Intensität) oder die Ausstoßrichtung schief ist.
• Aus diesem Grunde sind gewisse Maßnahmen nötig, die ein möglichst einwandfreies Drucken eines Druckbildes ermöglichen. Dabei wird hier nicht eine Unterbrechung des Druckbetriebs betrachtet, bei der die Köpfe in einer Wartungsposition verfahren werden und dort aufwändig gereinigt werden müssen, sondern nur das Vibrieren des Tintenmeniskus 28 am Ausgang der Düse 24.
• Eine Vibration wird dann ausgelöst, wenn eine vorgegebene Zeit lang vergangen ist oder ein vorgegebener Transportweg des Aufzeichnungsträgers 12 zurückgelegt wurde, ohne dass ein Tintentropfen ausgestoßen wurde. Durch die erzeugte Schwingung im Tintenkanal 25 wird die Tinte vermischt und die Viskosität erniedrigt sich am Ausgang der Düse 24. Somit verringert sich die Gefahr einer Eintrocknung der Düsen 24.
• Üblicherweise wird eine Vibration zu einem Zeitpunkt ausgelöst, sobald eine gewisse Zeit vergangen oder den gewisser Weg zurückgelegt worden ist, ohne ein Tintentropfen aus der Düse 24 auszustoßen (die Zeit wird auch als Totzeit und der Weg auch als Threshold bezeichnet). Überschreitet die Totzeit oder der Threshold einen Schwellenwert, so wird Prefire durchgeführt. Jede Vibration findet bei den herkömmlichen Tintendruckgeräten mit der gleichen Wellenform statt, unabhängig vom jeweiligen Druckbetriebszustand.
• Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren hingegen wird zunächst festgestellt, in welchem Druckbetriebszustand sich das Drucksystem befindet. Sobald eine Vibration des Tintenmeniskus stattfinden soll (nach Totzeit oder Threshold), wird ein an den Druckbetriebszustand angepasstes Vibriersignal erzeugt. D.h. das Vibriersignal wird bezüglich der Impulsamplituden, des Anteils von Impulsamplituden über einem Amplitudenschwellenwert u_s , der mittleren Impulsbreiten und/oder der Anzahl der Impulse innerhalb der Signaldauer, der Signaldauer und/oder der Signalenergie an den aktuellen Druckbetriebszustand angepasst eingestellt. Somit wird erreicht, dass weniger, aber stärkere oder effizientere Vibrationen ausreichen, die Viskosität der Tinte am Düsenausgang im notwendigen Toleranzbereich zu halten.
• Sobald ein neuer Druckbetriebszustand eingenommen wird, wird auch das Vibriersignal entsprechend dem neuen Druckbetriebszustand angepasst. Ein kleiner Toleranzbereich ist dabei zulässig, so dass die Änderung des Vibrationssignals erst kurz nach Beginn oder bis kurz vor Ende des jeweiligen Druckbetriebszustands wirksam wird.
• In den 4A, 4B und 4C sind jeweils unterschiedliche Wellenformen für Prefire dargestellt, die erfindungsgemäß je nach aktuellem Druckbetriebszustand anders ausgestaltet sind. Dabei ist jeweils die Wellenform für ein zeitabhängiges Vibriersignal u_v(t) für verschiedene Druckbetriebszustände dargestellt.
• In 4A ist ein energiearmes Vibriersignal dargestellt. Die Wellenform zeichnet sich dadurch aus, dass relativ wenige und relative schmale Impulse bezogen auf die Signaldauer T_PFn vorhanden sind. Infolge der geringen Energie führt diese Wellenform nur zu einem moderaten Vibrieren des Meniskus. Die Amplituden können zwar unterschiedlich groß sein, wesentlich ist aber die Energie des Signals, die durch die kleine „Fläche“ innerhalb der Impulse vergleichsweise gering ist. Die Impulse 30 weisen relativ geringe Impulsbreiten auf; die Impulspausen 31 zum nächsten Impuls 30 sind relativ groß. Somit ist High-Low-Verhältnis relativ klein, da mehr Amplitudenanteile des Vibriersignals unterhalb eines Schwellenwerts sind, so dass der logische Low-Pegel öfter vorkommt als der logische High-Pegel.
• Eine solche energiearme Wellenform wird im Nennbetrieb für Prefire verwendet, wenn sich also der Aufzeichnungsträger 12 bei hoher, konstanter Nenngeschwindigkeit v_N bewegt und bedruckt wird. Prefire ist in diesem Betriebszustand nur in geringem Maße notwendig, da einerseits das Druckbild gedruckt wird und andererseits bei Bedarf Auffrischtropfen in den Bildhintergrund gedruckt werden können. Durch das Ausstoßen von Tintentropfen bleibt die Tinte niedrig viskose, da eine ständige Erneuerung der Tinte in der Tintenkammer 22 vonstattengeht. Durch das angepasste, nur geringe Vibrieren wird erreicht, dass die Viskosität der Tinte ausreichend niedrig gehalten wird und dennoch nicht zu oft/stark vibriert wird, wodurch die Gefahr bestehen würde, dass Tintentropfen am Düsenausgang hängen bleiben.
• In der 4B ist eine Wellenform mit einem mittleren Energiegehalt dargestellt. Statt der dargestellten Dreiecksimpulse können auch Rechteckimpulse mit entsprechender Breite und Impulspausen 31 zwischen den Impulsen 30 verwendet werden oder auch andere Impulsformen. Eine solche Wellenform kann für den Rampenmodus PF_R verwendet werden. Denn dort wird noch oft genug gedruckt, so dass Prefire nicht allzu oft oder auch nicht allzu intensiv notwendig ist. Die Signaldauer T_PFr ist etwas länger als diejenige im Nennmodus PF_N . Auch hier müssen die Amplituden der Impulse nicht alle gleich hoch sein, denn auf den Energieinhalt des Vibriersignals kommt es an. Die mittlere Energie dieses Vibriersignals ist an den Rampenmodus PF_R angepasst, so dass stark/lang genug vibriert wird, aber dennoch nicht allzu intensiv.
• In 4C ist eine energiereiche Wellenform dargestellt, die zu einem sehr intensiven Vibrieren führt. Die Signalenergie, das High-Low-Verhältnis und die Impulsbreiten sind jeweils hoch/groß. Die Signaldauer T_PFi ist länger als für diejenige im Rampenmodus PF_R . Allerdings ist die Signaldauer T_PFi allein kein entscheidendes Kriterium. Denn insgesamt muss die Signalenergie im jeweiligen Druckbetriebszustand und die dadurch erfolgende Intensität des Vibrierens für den jeweiligen Druckbetriebszustand hoch genug sein, damit die Viskosität der Tinte an der Düse 24 nicht zu sehr ansteigt. Solche Wellenformen können für den Inspektionsmodus PF_I verwendet werden, in dem sich der Aufzeichnungsträger 12 mit konstanter Geschwindigkeit, aber ganz langsam bewegt. Dabei wird zwar immer noch gedruckt, aber viel seltener als im Nennmodus PF_N , da die Geschwindigkeit viel geringer ist als im Nennmodus PF_N . Daher ist hier eine intensiveres/energiereicheres Prefire notwendig. Somit kann ein Vibrieren seltener, dafür aber intensiver und an den jeweiligen Druckbetriebszustand angepasst sein.
• Der Pausenmodus PF_P unterscheidet sich vom Inspektionsmodus PF_I dadurch, dass sich der Aufzeichnungsträger 12 nicht mehr bewegt und auch nicht gedruckt wird. In diesem Betriebszustand ist die Gefahr am höchsten, dass die Viskosität der Tinte im Tintenkanal zu sehr ansteigt und die Gefahr eines Verstopfens besteht, da die Düsen 24 frei liegen und nicht wie in der Wartungsposition von Kappen abgedeckt sind. Daher darf der Pausenmodus PF_P auch nicht zu lange andauern (typischerweise maximal 1 Minute). In diesem Pausenmodus PF_P wird kurz vor Ende des Pausenmodus PF_P ein sehr intensives Prefire einmal oder mehrfach direkt hintereinander durchgeführt. Die Wellenform dafür muss sehr energiereich sein, damit sich die Viskosität wieder normalisiert, bevor der beschleunigende Rampendruck beginnt. Die Amplituden könnten noch größer sein als beim Inspektionsmodus PF_I . Oder die Impulsbreiten größer oder die Anzahl der Impulse noch größer im Vergleich zur Wellenform im Inspektionsmodus PF_I . Eine solche Wellenform für den Pausenmodus PF_P kann derjenigen in 4C für den Inspektionsmodus PF_I ähneln.
• Im Pausenmodus PF_P ist es vorteilhaft, Prefire mehrmals direkt nacheinander stattfinden zu lassen. Da im Pausenmodus PF_P aus keiner Düse 24 einer Druckzeile 21 eine Tintentropfen ausgestoßen wird, ist es sinnvoll jeden Tintenmeniskus 28 kurz vor Ende der Pause mehrmals direkt hintereinander zu vibrieren, wobei dann jeder Aktor 27 mit dem gleichen Vibriersignal mit hoher Signalenergie angesteuert wird.
• Es müssen immer deutlich abgegrenzte Impulse vorhanden sein, damit auch überhaupt eine Schwingung der Tinte in der Tintenkammer 22 und im Düsenkanal 25 erzeugt werden kann. Je nach Druckbetriebszustand werden dabei unterschiedliche Signalenergien für das Vibriersignal benötigt.
• Bei diesem Verfahren wird ein entsprechender Aktor 27 eines Druckelements 20 derart gesteuert, dass er
• - den Ausstoß eines Tintentropfens mit entsprechender Größe/Volumen entsprechend den Druckdaten auslöst,
• - den Ausstoß eines Auffrischtropfens auslöst, wenn längere Zeit nicht mit einer Düse 24 gedruckt wurde, und
• - Prefire durchgeführt wird, sobald ein bestimmter Transportweg des Aufzeichnungsträgers 12 zurückgelegt wurde oder einer vorbestimmte Zeitdauer vergangen ist, ohne dass ein Tintentropfen ausgestoßen wurde, wobei das Vibriersignal für Prefire abhängig von dem aktuellen Druckbetriebszustand ist, um Vibrationen des Tintenmeniskus 28 am Düsenausgang durchzuführen, ohne dass ein Tintentropfen ausgestoßen wird.
• Generell sind die Steuersignale für das Ausstoßen von Tintentropfen oder für das Vibrieren des Meniskus immer auf das Tintendruckgerät, die Druckköpfe und die verwendete Tinte abgestimmt. Diese Einstellungen für die Steuersignale werden daher hier nicht näher betrachtet. Erfindungsgemäß ist das Vibriersignal von seinen Eigenschaften her abhängig vom jeweiligen Druckbetriebszustand.
• Die optimale Wellenform für den jeweiligen Druckbetriebszustand wird vorab durch Testen gefunden. Ausgehend von einer vorbestimmten Konfiguration (verwendete Hardware, Tinte und Druckköpfe) werden verschiedene Parameter der Wellenform für Prefire verändert und Testbilder zum Teil im Dauerversuch gedruckt. Die Ergebnisse werden dann ausgewertet und das beste Druckbild ausgesucht. Dessen zugehörige Eigenschaften/Parameter für die Wellenform werden dann für den jeweiligen Druckbetriebszustand im Controller 17 oder der Druckkopfsteuerung 15 abgespeichert. Sobald dann ein entsprechender Druckbetriebszustand eingenommen wird und ein Vibrieren des Meniskus notwendig wird, werden die dazugehörigen Parameter für die Wellenform abgerufen und die Vibration wird dann mit der entsprechenden Wellenform durchgeführt.
• Die Wellenformen des Ausstoßsignals können je nach gewünschtem Bildpunkt unterschiedlich sein. Die Eigenschaften des Ausstoßsignals können dabei von der gewünschten Tropfengröße, Anzahl der Teiltropfen, die sich zu einem Tropfen im Flug zusammenschließen, der Ausstoßgeschwindigkeit oder Ausstoßdynamik etc. abhängen.
• Die Erfindung wurde anhand eines Tintendruckkopfs beschrieben, der piezoelektrische Aktoren 27 verwendet, um Tintentropfen auszustoßen. Die Erfindung kann jedoch auch bei einem Tintendruckkopf Verwendung finden, der die Tintentropfen thermisch (mit Heizelement oder Laser) erzeugt, indem infolge von Hitzeeinwirkung eine Luftblase erzeugt wird, die dann einen Tintentropfen aus der Düse 24 presst.
• Zudem wurde die Erfindung anhand eines Tintendruckgeräts beschrieben, das mit einem bahnförmigen Aufzeichnungsträger 12 arbeitet. Es ist jedoch auch möglich blattförmige oder bogenförmige Aufzeichnungsträger 12 zu verwenden. Die Erfindung ist auch unabhängig vom Material des Aufzeichnungsträgers 12. So kann auf Papier, Pappe, Kunststoff-, Metallfolien oder Mischmaterialien davon gedruckt werden. Unterschiedliche Druckbetriebszustände werden dann bezüglich der Wellenformen der Vibriersignale unterschiedlich behandelt, so dass in jedem Druckbetriebszustand eine angepasste Wellenform verwendet wird.
• Das Tintendruckgerät kann zwei Druckwerke 10 aufweisen, wobei im ersten Druckwerk 10 die Vorderseite und im zweiten Druckwerk 10 die Rückseite bedruckt wird, falls Duplex-Druck gewünscht ist. Nach dem Druckwerk 10 ist eine Trocknung der Tinte auf dem Aufzeichnungsträger 12 mit anschließender Kühlung vorgesehen, damit der Aufzeichnungsträger 12 dem zweiten Druckwerk 10 unter gleichen Bedingungen zugeführt werden kann oder auch in einer Nachverarbeitung entsprechend bearbeitet (Schneiden, Falzen, Falten, Stapeln, Lack auftragen, etc.) werden kann, ohne dass noch flüssige oder feuchte Tinte verschmiert und somit das Druckbild beschädigt würde.
• Während des Druckbetriebs befindet sich die Druckköpfe ganz nahe dem Aufzeichnungsträger 12 und verbleiben dort so lange, bis der Druckbetrieb beendet wird und die Druckköpfe in eine Wartungsposition verfahren, in der die Druckköpfe gereinigt und für längere Standzeiten mit einer Kappe abgedeckt werden, damit die Tinte in den Düsen 24 nicht eintrocknet.
• Das Ausstoßen von Tintentropfen (für Bildpunkte oder zum Auffrischen) und die Meniskusvibrationen finden nur während des Druckbetriebs statt. Die Drucksteuerung kennt anhand der vom Controller 17 gelieferten Druckdaten, wann und an welche Positionen Tintentropfen für das Druckbild ausgestoßen und wann keine Tropfen ausgestoßen werden sollen, welcher Druckbetriebszustand gerade eingenommen ist und wann der nächste Druckbetriebszustand eingenommen werden wird (auch weit vorausschauend über mehrere Seiten hinweg) oder auch wann der letzte Tintentropfen ausgestoßen wurde - und das für alle Druckelemente 20 einer Druckzeile 21.
• Vorzugsweise werden drei verschiedene Wellenformen für das Vibriersignal verwendet. Und zwar für den Rampenmodus PF_R , den Inspektionsmodus PF_I und den Pausenmodus PF_P . Zusätzlich kann die Vibration auch im Nennmodus PF_N mit einer eigenen, angepassten Wellenform gesteuert werden. Verzögerungsrampe und Beschleunigungsrampe könnten auch unterschiedlich behandelt werden.
• Die Wellenform ist die Gestalt und die Form des zeitlichen Verlaufs der Veränderung einer Größe einer Schwingung (hier die Spannung u_v(t) als zeitabhängiges Vibriersignal mit endlicher Signalenergie). Die Schwingung besteht aus mehreren periodischen oder nicht periodischen Impulsen 30. Unter einem Impuls 30 versteht man einen einzelnen zeitlich begrenzten stoßartigen Strom-, Spannungs- oder Leistungsverlauf. Mehrere sich periodisch wiederholende Impulse oder nicht-periodische Impulse werden hier als Wellenform bezeichnet. Die Impulse können vielfältig ausgestaltet sein. So können Rechteckimpulse, Nadelimpulse, Dreieckimpulse, Sägezahnimpulse, Glockenimpulse, Sinusimpulse, etc. verwendet werden, um den Aktor 27 in Schwingung zu versetzen.
• Vorzugsweise wird eine Wellenform mit Rechteckimpulsen verwendet, auch wenn Signale mit ideal rechteckigem Verlauf nur theoretisch existieren. Denn die Flanken können nicht senkrecht ansteigen und somit einen unendlich steilen Sprung ausführen; stattdessen weisen reale Rechteckimpulse Flanken mit gewissen Anstiegs- und Abfallzeiten auf. Zudem können die Rechteckimpulse Unter- und Überschwingen aufweisen.
• Die Eigenschaften der Wellenform hängen generell von den Eigenschaften der in dem jeweiligen Tintendruckgerät verwendeten Tinten und Druckköpfe ab. Wenn die Tinte an die Druckköpfe und das Tintendruckgerät anpasst ist, werden die Eigenschaften/Parameter der Vibriersignale auf den tatsächlich eingenommen Druckbetriebszustand passend eingestellt, damit ein optimales Ergebnis beim Drucker erzeugt wird. Als Eigenschaften der Vibriersignale können Impulsamplituden, Anzahl der Impulse innerhalb der Signaldauer T_PFx , Anteile von Impulsamplituden über einem Amplitudenschwellenwert u_s (die Anteile werden auch als sogenannte High-Low-Anteile bezeichnet), mittlere Impulsbreiten, Signaldauern und/oder die Signalenergie dienen.
• Die Einstellungen der Wellenformen werden vorab derart getestet, dass in dem jeweiligen Druckbetriebszustand nicht zu stark/oft Prefire und nicht zu gering/selten Prefire durchgeführt wird, und dennoch das Druckbild weitgehend ohne Fehler, wie sogenannter First-Iine-Effekt, „tränende“ Tintentropfen im Bereich der Düse 24 auf der Düsenplatte, oder Missing-Nozzles-Effekte (fehlende Bildpunkte längs eines Streifens = Streifigkeit) auftreten.
• Bei beginnenden Verstopfungen kann der First-Iine-Effekt auftreten, der sich dadurch auswirkt, dass der erste Tintentropfen nach dem Druckbeginn oder nach einer Pause nicht in gleicher Weise austritt wie nachfolgende Tintentropfen (bedingt u.a. durch die veränderte Viskosität). Als Abhilfe ist hier ein effektiveres Prefire mit einem entsprechenden an den Druckbetriebszustand in seiner Signalenergie angepassten Vibriersignal notwendig. Wenn Prefire zu oft ausgeführt wird, kann sich Tinte infolge der Vibration wie „tränende“ Tintentropfen am Düsenausgang absetzen und das weitere Ausstoßen von Tintentropfen beeinträchtigen. Sind Düsen 24 bereits verstopft, da keine entsprechenden Gegenmaßnahmen durchgeführt wurden, so macht sich der Ausfall der Düsen 24 im Druckbild als Streifigkeit (dieser Effekt wird auch als Missing Nozzles bezeichnet) bemerkbar, bei dem eben eine Spalte im Druckbild fehlt.
• Bei Prefire (Meniskusvibration) wird der Aktor 27 derart angesteuert, dass der Tintenmeniskus 28 am Düsenausgang in Vibration versetzt wird, ohne einen Tropfen auszustoßen. Bei der Vibration wölbt sich die Oberfläche der Tinte am Düsenausgang in einem durch die Wellenform und die Bewegung des Aktors 27 bestimmten Rhythmus/Stärke abwechselnd nach außen (konvex) und nach innen (konkav).
• Bezugszeichenliste

10

Druckwerk

11

Druckriegel

12

Aufzeichnungsträger

13

Einzugswalze

14

Umlenkwalze

15

Druckkopfsteuerung

16

Abzugswalze

17

Controller

20

Druckelement

21

Druckzeile

22

Tintenkammer

23

Tintenzufuhr

24

Düse

25

Düsenkanal

27

Aktor

28

Tintenmeniskus

29

Aktorsteuerung

30

Impuls

31

Impulspause

PF_I

Inspektionsmodus

PF_N

Nennmodus

PF_P

Pausenmodus

PF_R

Rampenmodus

t

Zeit

t₁, t₂, t₃, t₄

Zeitpunkt

T_PFi

Signaldauer der Prefire-Wellenform im Inspektionsmode

T_PFn

Signaldauer der Prefire-Wellenform bei Nenngeschwindigkeit

T_PFr

Signaldauer der Prefire-Wellenform in der Rampe

u_s

Amplitudenschwellenwert

u_v(t)

Vibriersignal

v_i

Inspektionsgeschwindigkeit

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Nenngeschwindigkeit

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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• Zitierte Patentliteratur
• DE 102014106424 A1 [0002, 0007, 0013]
• DE 102014101428 A1 [0007]
• DE 102012110187 A1 [0007]
• US 9302474 B2 [0013]

Claims (4)

1. Verfahren zum Steuern von Druckelementen (20) eines Tintendruckkopfes im Druckbetrieb eines Tintendruckgeräts, bei dem die Druckelemente (20) jeweils einen in einer Düse (24) endenden Tintenkanal und einen am Tintenkanal angeordnete Tintenkammer (22) mit einem Aktor (27) aufweisen, wobei die Aktoren (27) jeweils mit impulsförmigen Signalen gesteuert werden, wodurch eine entsprechende Schwingung in der Tintenkammer (22) erzeugt wird, durch die die Tinte in der Tintenkammer (22) entsprechend in Schwingung versetzt wird, wobei der Tintenmeniskus (28) am Ausgang der Düse (24) vibriert wird ohne einen Tintentropfen auszustoßen, wenn das impulsförmige Signal ein Vibriersignal ist und wobei Tintentropfen aus der Düse (24) ausgestoßen werden, wenn das impulsförmige Signal ein Ausstoßsignal ist, bei dem Eigenschaften des Vibriersignals jeweils abhängig von dem aktuellen Druckbetriebszustand (PF_N, PF_R, PF_I, PF_P) eingestellt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Vibriersignal bezüglich der Impulsamplituden, des Anteils von Impulsamplituden über einem Amplitudenschwellenwert (u_s), der mittleren Impulsbreiten und/oder der Anzahl der Impulse innerhalb der Signaldauer abhängig vom aktuellen Druckbetriebszustand eingestellt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der aktuelle Druckbetriebszustand (PF_N, PF_R, PF_I, PF_P) der Druckbetrieb während hoher konstanter Transportgeschwindigkeit (v_N) eines Aufzeichnungsträgers (12), während niedriger konstanter Transportgeschwindigkeit (v_I), während einer Druckpause, während einer Beschleunigungsphase oder während einer Verzögerungsphase des Transports des Aufzeichnungsträgers (12) ist.
4. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem als Aktor (27) ein piezoelektrischer Aktor (27) mit den impulsförmigen Signalen angesteuert wird.

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