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Erfindung
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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1.
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Technisches Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung liegt auf dem technischen Gebiet der grafischen Industrie und dort insbesondere im Bereich des industriellen, d.h. hochproduktiven Tintendrucks (Inkjet) auf flache Substrate, d.h. des Auftragens von flüssiger Tinte auf bogen- oder bahnförmige Bedruckstoffe, bevorzugt aus Papier, Karton, Pappe, Kunststoff oder Verbundmaterial.
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Stand der Technik
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Das Auftragen flüssiger Tinte erfolgt bei dem bekannten DOD-Tintendruckverfahren (drop-on-demand), indem ein Druckbild auf einem flachen Bedruckstoff erzeugt wird, wobei ein Tintendruckkopf (kurz: Kopf) mit einzeln ansteuerbaren Düsen dem zu druckenden Bild entsprechend feinste Tintentropfen, bevorzugt im Pikoliter-Bereich, erzeugt und diese berührungslos als Druckpunkte auf den Bedruckstoff überträgt. Das Ansteuern der Düsen kann mittels Piezoaktoren erfolgen.
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Es ist bekannt, Vorrichtungen vorzusehen, welche die Tintenköpfe zirkulierend mit flüssiger Tinte versorgen. Nachteilig an solchen Vorrichtungen kann sein, dass der Druck der flüssigen Tinte beim Betrieb der Tintendruckmaschine, d.h. während des Druckens bzw. des Tintenverbrauchs, zu stark schwankt oder störende Spitzen aufweist und das Druckbild und somit auch das Druckprodukt nicht die gewünschte Qualität aufweist. Dieses Problem kann insbesondere im industriellen Inkjet auftreten, wenn eine Vielzahl von Druckköpfen gemeinsam mit Tinte versorgt wird und daher ein hoher Volumenstrom an Tinte herrscht. Beginnen die Druckköpfe zu drucken, so steigt der Volumenstrom an und sinkt der Druck der flüssigen Tinte sprunghaft ab; Beenden die Köpfe das Drucken, so sinkt der Volumenstrom ab und steigt der Druck springhaft an. Schließlich schwankt der Volumenstrom auch in Abhängigkeit des zu druckenden Bildes.
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Es ist auch bereits bekannt, Druckdämpfer für die flüssige Tinte vorzusehen. Die
DE102016212733A1 offenbart z.B. ein Verfahren zum Dämpfen von Druckspitzen in einer Leitung für Tinte eines Tintenstrahldruckers. In dem Verfahren kommen zwei Dämpfer zum Einsatz: einer in einer Vorlauf - und einer in einer Rücklaufleitung. Die Dämpfer umfassen je eine Membran. Über die Form der Membran sagt das Dokument nichts.
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Es kann das weitere Problem bestehen, dass trotz des Vorsehens von Dämpfern, keine ausreichende Dämpfung erreicht wird.
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Aufgabe
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Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine Verbesserung gegenüber dem Stand der Technik zu schaffen, welche es insbesondere ermöglicht, auch große Druckschwankungen der flüssigen Tinte und insbesondere hohe Druckspitzen mit einfachen und kostengünstigen Mitteln zuverlässig zu verhindern.
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Erfindungsgemäße Lösung
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte und daher bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung und den Zeichnungen.
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Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Versorgung eines Tinten-Druckkopfs einer Tinten-Druckmaschine mit flüssiger Tinte, umfassend einen Vorratsbehälter für die Tinte, eine Leitung zum Leiten der Tinte zwischen dem Vorratsbehälter und dem Druckkopf, eine Leitung zum Leiten der Tinte zwischen dem Druckkopf und dem Vorratsbehälter und umfassend einen Dämpfer zum Dämpfen von Druckschwankungen in der flüssigen Tinte, wobei der Dämpfer eine bewegbare und/oder verformbare Membran mit einer Dicke D aufweist, zeichnet sich dadurch aus, dass die Membran in ihrer Ruhelage eine Länge L und eine Breite B aufweist, wobei die Länge L wenigstens das Doppelte der Breite B beträgt.
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Die Erfindung ermöglicht in vorteilhafter Weise, auch große Druckschwankungen der flüssigen Tinte und insbesondere hohe Druckspitzen mit einfachen und kostengünstigen Mitteln zuverlässig zu verhindern.
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Die Membran bildet in vorteilhafter Weise bevorzugt eine hydraulische Kapazität ausreichender Größe für die erwartbaren Volumenänderungen bzw. Volumenstromänderungen der flüssigen Tinte zumindest im Bereich der Druckköpfe und der Verteiler. Um diese Größe auf einfache Weise zu erreichen, wird erfindungsgemäß eine Länge L gewählt, die wenigstens das Doppelte der Breite B beträgt, d.h. mit anderen Worten: es wird eine Membran mit länglicher Form gewählt. Diese Wahl ist insbesondere von Vorteil, wenn die Form der Verteiler ebenfalls länglich ist. Dann kann die Länge der Verteiler in besonders vorteilhafter Weise für die Ausgestaltung der Membran genutzt werden und auf diese Weise eine ausreichend groß dimensionierte hydraulische Kapazität erreicht werden. Der dynamischer Hub der Membran um den Arbeitspunkt ist selbst bei großen Druckschwankungen oder Druckspitzen während des Druckens in vorteilhafter Weise nur gering, somit auch die Belastung der Membran; beispielweise beträgt der dynamische Hub nur maximal das n-fach der Dicke D, wobei n<5 oder n<10. Der statische Hub am Arbeitspunkt kann dagegen größer sein, so dass n z.B. etwa bei 50 liegt. Zusätzliche, längliche Elemente sind dann nicht erforderlich und entsprechender zusätzlicher Bauraum wird nicht vergeudet.
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Bevorzugt wird die Membran in einen Verteiler integriert oder ist Abschnitt oder Teil des Verteilers. Jeder der beiden Verteiler kann eine Membran umfassen.
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Bevorzugt ist die Membran im Tintenkreislauf nahe bei den Druckköpfen angeordnet. Besonders bevorzugt direkt vor den Druckköpfen und/oder direkt nach den Druckköpfen.
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Die Membran ist eine passiv wirkende hydraulische Kapazität. Eine elektronische Steuerung/Regelung und/oder Antriebe sind für die Membran daher nicht erforderlich und entsprechend Kosten fallen gar nicht erst an. Zudem ist die Membran wartungsfrei.
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Die Membran erlaubt eine schnelle Ausgleichs-Bewegung bei nur sehr geringen Kräften („wie eine weiche, vorgespannte Feder“).
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Die Membran kann einen Anschlag oder zwei Anschläge zur Begrenzung ihrer Auslenkung (in einer bzw. zwei Richtungen) umfassen. Die Anschläge, insbesondere auf der tinten-zugewandten Seite, können als Gitter ausgebildet sein.
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Bevorzugt befindet sich zwischen der Membran und der Tinte keine Luft. Bevorzugt wird die Membran schwach geneigt, um ein problemloses Entlüften zu ermöglichen.
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Weiterbildungen der Erfindung
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Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung kann sich dadurch auszeichnen, dass die Membran ein Blech umfasst, welches als Metallblech oder Edelstahlblech ausgebildet ist. Durch diese Wahl des Materials sind erforderliche elastischen Eigenschaften der Membran gegeben.
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Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung kann sich dadurch auszeichnen, dass das Blech eine eingeformte, insbesondere eingeprägte Form, insbesondere einer (im Querschnitt betrachteten) Wellenform, aufweist. Die Form dient in vorteilhafter weise der Erzeugung ausreichender Rückstellkräfte. Die Wellen (oder Sicken) werden bevorzugt so dimensioniert, dass eine erforderliche und vorgegebene Federrate erreicht wird. Bevorzugt wird eine geprägte Metallfolie mit einer Dicke D zwischen 50 und 200 µm.
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Die Federrate ist eine Funktion von: Anzahl der Wellen, Wellenform (Sinus, Rechteck etc.), Wellenhöhe, Material (E-Modul), Länge L, breite b und Dicke D. Die Federrate verhält sich bis zum Arbeitspunkt (und etwa darüber hinaus) bevorzugt linear.
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Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung kann sich dadurch auszeichnen, dass die eingeprägte Form einen Balg bildet oder eine Reihenanordnung oder Flächenanordnung von mehreren Balgen bildet.
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Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung kann sich dadurch auszeichnen, dass die Membran als ein Deckel, ein Boden oder eine Wand oder als ein Abschnitt oder ein Element eines Deckels, eines Boden oder einer Wand ausgebildet ist, welcher/welche/welches Teil des Vorratsbehälters, einer Leitung oder eines Verteilers für Tinte ist. Auf diese Weise bzw. durch die Nähe von Membran zu Verteiler wird die Membran als hydraulische Kapazität optimal an den Verteiler angekoppelt, d.h. es entsteht kein störender hydraulischen Widerstand. Die Membran kann auch eine beliebige Kombination von Deckel, Wand und/oder Boden sein. Es können auch mehrere Deckel, Wände und/oder Böden als Membran vorgesehen sein.
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Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung kann sich dadurch auszeichnen, dass der Dämpfer in einen Tintenkreislauf, umfassend wenigstens den Vorratsbehälter, die Leitungen, die Verteiler und eine Pumpe, angeordnet ist, wobei die Druckköpfe an den Tintenkreislauf angeschlossen oder in den Tintenkreislauf integriert sind und dass der Dämpfer im Wesentlichen in unmittelbarer Nähe zu den Druckköpfen oder am den Druckköpfen nächstliegenden Element des Tintenkreislaufs angeordnet ist.
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Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung kann sich dadurch auszeichnen, dass die Membran in ihrer Ruhelage eine von einer kreisförmigen oder quadratischen Fläche verschiedene Fläche F, bevorzugt eine gerundete Rechteckform (Rechteck mit zwei Halbkreisen) oder eine Ellipsen-Fläche aufweist.
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Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung kann sich dadurch auszeichnen, dass die Dicke D höchstens ein Zehntel oder ein Hundertstel oder ein Tausendstel der Breite B beträgt.
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Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung kann sich dadurch auszeichnen, dass die Membran über Federelemente an einem Träger beweglich und/oder verformbar angebracht ist.
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Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung kann sich dadurch auszeichnen, dass der Träger und die Federelemente als ein einzelnes Bauteil additiv oder im 3D-Druck gefertigt sind.
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Die Merkmale der Erfindung, der Weiterbildungen der Erfindung und der Ausführungsbeispiele zur Erfindung stellen auch in beliebiger Kombination miteinander vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung dar. Weiterbildungen der Erfindung können zudem die - im obigen Abschnitt „Technisches Gebiet der Erfindung“ offenbarten - Einzelmerkmale oder Merkmalskombinationen aufweisen.
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Ausführungsbeispiele zur Erfindung
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Die Erfindung und deren bevorzugte Weiterbildungen werden nachfolgend unter Bezug auf die Zeichnungen anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher beschrieben. Einander entsprechende Merkmale sind in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.
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Die Zeichnungen zeigen:
- 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung;
- 2 ein Detail einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
- 3 das Detail der erfindungsgemäßen Vorrichtung im Querschnitt;
- 4 ein weiteres Detail einer erfindungsgemäßen Vorrichtung; und
- 5A, 5B eine weitere erfindungsgemäße Vorrichtung.
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1 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. Eine Tintendruckmaschine 1, z.B. zum industriellen Herstellen von Druckprodukten aus Bogen oder Bahnen, umfasst eine Vorrichtung 2 zur Tintenversorgung. Die Figur lässt mehrere Tinten-Druckköpfe 3 erkennen, welche mit einem Vorratsbehälter 4 in Verbindung stehen und welchen Tinte 5 aus dem Vorratsbehälter zugeführt wird. Die Druckköpfe werden bildgemäß angesteuert, erzeugen entsprechende Tintentropfen 5' und übertragen diese auf einen Bedruckstoff, wobei das Druckbild entsteht.
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1 zeigt eine Leitung für die Tinte (die sogenannte Vorlauf-Leitung), durch welche Tinte vom Vorratsbehälter 4 zu den Druckköpfen 3 fließt. Weiterhin zeigt die Figur eine Leitung für Tinte (die sogenannte Rücklauf-Leitung), durch welche nichtverdruckte Tinte zurück zum Vorratsbehälter 4 fließt. In die Vorlauf-Leitung 6 ist eine Vorlauf-Pumpe 8 integriert; in die Rücklauf-Leitung 7 ist eine Rücklauf-Pumpe 9 integriert. Es kann alternativ vorgesehen sein, nur eine Pumpe in der Vorrichtung 2 vorzusehen.
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Weiterhin zeigt 1 zwei Sensoren 26 zum Messen des Drucks der flüssigen Tinte, welche (über Signal- und/oder Daten-Verbindungen 24) mit einem Rechner verbunden sind, welcher wiederum (über Signal- und/oder Daten-Verbindungen 25) mit den Pumpen 8 und 9 verbunden ist. Auf diese Weise kann der Flüssigkeitsdruck geregelt werden (z.B. Sollwert-/Istwert-Vergleich).
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Am Ende der Vorlauf-Leitung 6 und nahe bei den Druckköpfen 3 ist ein sogenannter Vorlauf-Verteiler für die Tinte vorgesehen. Entsprechend ist nahe bei den Druckköpfen 3 und am Beginn der Rücklauf-Leitung 7 ein Rücklauf-Verteiler 11 für Tinte vorgesehen. Die Verteiler werden oft auch als so genannte „Manifolds“ bezeichnet. Die Verteiler sind bevorzugt auf verschiedenen Höhen angeordnet und definieren so den statischen Druck in den Druckköpfen bzw. an deren Düsen (so genannter „Meniskusdruck“). Beim Drucken addiert sich ein dynamischer Druck zum statischen Druck.
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Die beiden Verteiler umfassen Verzweigungen der Tintenleitung, bevorzugt entsprechend der Anzahl der Tintenköpfe. Die Druckköpfe 3 sind über jeweilige Zu- und Abführleitungen für Tinte an den beiden Verteilern 10 und 11 angeschlossen. Nicht verdruckte Tinte gelangt zurück in den Vorratsbehälter 4, weshalb es sich bei der Vorrichtung 2 um eine Vorrichtung zur zirkulierenden Tintenversorgung mit einem Tinten-Kreislauf 28 handelt.
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In 1 sind die beiden Verteiler beispielhaft und schematisch als quaderförmige Elemente dargestellt. Die Verteiler können aber ebenso z.B. als Rohre ausgebildet sein.
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Im gezeigten Ausführungsbeispiel umfasst der Vorlauf-Verteiler 10 einen Dämpfer 12 und der Rücklauf-Verteiler 11 einen Dämpfer 13. Beide Dämpfer sind dazu vorgesehen, unerwünschte Druckschwankungen und insbesondere störende oder gar beschädigende Druckspitzen in der flüssigen Tinte und damit im Tinten-Kreislauf 28 zu reduzieren oder gar zu verhindern. Alternativ zu der gezeigten Ausführungsform ist es möglich, nur einen der beiden Verteiler, bevorzugt den Vorlauf-Verteiler 10, mit einem Dämpfer auszustatten.
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Die jeweiligen Dämpfer 12 und 13 sind als eine bewegliche und/oder verformbare Membran 14 ausgeführt, welche in den weiteren Figuren besser erkennbar ist. Am Vorlauf-Verteiler 10 ist die Membran 12 beispielhaft als Deckel 17 (oder Decke oder Oberseite) des Verteilers ausgeführt oder in den Deckel 17 des Verteilers integriert. Am Rücklauf-Verteiler 11 ist die Membran 13 beispielhaft als Wand 18 des Verteilers ausgeführt oder in eine (Seiten-) Wand 18 des Verteilers integriert. Alternativ könnte die Membran 12, 13 oder 14 als Boden (Unterseite) des Verteilers ausgeführt sein. Weiter alternativ kann die Membran12, 13 oder 14 als ein Wand-Abschnitt oder als ein Wand-Element eines Rohres ausgebildet sein (bei rohrförmiger Ausbildung des Verteilers 10, 11).
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Weiterhin zeigt 1, dass in der Leitung 6 zum Vorlauf-Verteiler weitere Komponenten 27 angeordnet sein können, bevorzugt Filter und/oder Entgaser.
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2 zeigt eine bevorzugte Membran 14 mit einer Fläche F. Die Membran kann beispielsweise als ein Metallblech oder Edelstahlblech ausgebildet sein oder kann alternativ auch als eine Folie, z.B. aus Metall oder Kunststoff, ausgebildet sein. In die Membran kann eine Form 15 eingeformt, insbesondere eingeprägt sein. Alternativ hierzu kann die Form auch bei der Herstellung der Membran gebildet werden. Die Form bildet bevorzugt einen Balg 16, d.h. sie weist im Querschnitt Wellen auf.
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In 2 weist der Balg eine besondere Form auf: Die Enden des Balges sind jeweils halbkreisförmig ausgebildet (halbkreisförmige Balgelemente) und dazwischen weist der Balg lange gerade Balgelemente auf.
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2 lässt erkennen, dass die Membran in ihrer Ruhelage eine Länge L und eine Breite B aufweist, wobei die Länge L wenigstens das Doppelte der Breite B beträgt. In anderen Worten: die Membran oder der Balg weißt eine längliche Form auf.
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3 zeigt die bevorzugte Membran 14 aus 2 im Querschnitt: oben in ihrem Ruhezustand (bei vorgegebenem Normal-Druck) und unten im ausgelenkten bzw. verformten Zustand (z.B. bei Überdruck durch eine Druckspitze). Das Auslenken der Membran wird durch den Balg 16 bzw. dessen Balg-Struktur ermöglich. Zudem ist in 3 die Dicke D der Membran erkennbar.
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Nachfolgend ein konkretes Beispiel zur Ausführungsform der 2 und 3:
- - Arbeitspunkt (Meniskusdruck) bei einem Druck von -62mbar
- - Länge L: etwa 100 cm
- - Breite B: etwa 35 cm
- - Fläche F: etwa 350 cm^2
- - Kraft am Arbeitspunkt: etwa 217 N
- - Federrate des Materials: etwa 35.000 N/m^2
- - Auslenkung (am Arbeitspunkt): etwa 6,2 mm
- - dynamischer Hub der Membran: etwa 0,1 mm
- - Membranprägung: 0,4 Wellen/cm
- - Wellenhöhe der Membran (Amplitude der geprägten Wellen): 1 mm
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4 zeigt eine weitere bevorzugte Membran 14 mit einer Fläche F. Die Membran kann ebenfalls beispielsweise als ein Metallblech oder Edelstahlblech ausgebildet sein oder kann alternativ auch als eine Folie, z.B. aus Metall oder Kunststoff, ausgebildet sein. In die Membran kann eine Form 15 eingeformt, insbesondere eingeprägt sein. Alternativ hierzu kann die Form auch bei der Herstellung der Membran gebildet werden. Die Form bildet bevorzugt mehrere Balge 16 oder eine Reihenanordnung von n Blagen 16 (n > 1).
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Alternativ kann auch eine Flächenanordnung von n mal m Balgen 16 vorgesehen werden (n und m >1).
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In 4 weist der Balg eine besondere Form auf: Der Balg 16 umfasst mehrere Balge, insbesondere zueinander (in einer Ebene) benachbarte Balge. Die Einzelbalge können konzentrische Wellen aufweisen.
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4 lässt erkennen, dass die Membran in ihrer Ruhelage eine Länge L und eine Breite B aufweist, wobei die Länge L wenigstens das Doppelte der Breite B beträgt. In anderen Worten: die Membran oder der Balg oder die Reihenanordnung oder Flächenanordnung von mehreren Balgen weißt eine längliche Form auf.
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Die 5A und 5B zeigen eine weitere Ausführungsform der Erfindung. Die Membran 14 ist über Federelemente 19 an einem Träger 20 beweglich und/oder verformbar angebracht ist. Der Träger und die Federelemente sind dabei als ein einzelnes Bauteil additiv oder im 3D-Druck gefertigt. Als Material kann Metall oder Kunststoff verwendet werden. 5A zeigt die Membran 14 in ihrer Ruhelage 21; 5B in der ausgelenkten Lage, in welcher die Federelemente verformt, z.B. gebogen, sind.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Tintendruckmaschine
- 2
- Vorrichtung zur Tintenversorgung
- 3
- Druckköpfe
- 4
- Vorratsbehälter
- 5
- Tinte
- 5'
- Tintentropfen
- 6
- Leitung für Tinte (Vorlauf)
- 7
- Leitung für Tinte (Rücklauf)
- 8
- Pumpe für Tinte (Vorlauf)
- 9
- Pumpe für Tinte (Rücklauf)
- 10
- Verteiler für Tinte (Vorlauf)
- 11
- Verteiler für Tinte (Rücklauf)
- 12
- Dämpfer für den Druck in der Tinte (Vorlauf)
- 13
- Dämpfer für den Druck in der Tinte (Rücklauf)
- 14
- Membran, z.B. Blech oder Folie
- 15
- geprägte Form
- 16
- Balg
- 17
- Deckel oder Boden
- 18
- Wand
- 19
- Federelemente
- 20
- Träger für Federelemente
- 21
- Ruhelage der Membran
- 22
- ausgelenkte Lage der Membran
- 23
- Rechner
- 24
- Signal- oder Datenverbindung
- 25
- Signal- oder Datenverbindung
- 26
- Sensoren
- 27
- weitere Komponenten, z.B. Filter oder Entgaser
- 28
- Kreislauf
- F
- Fläche der Membran
- D
- Dicke der Membran
- L
- Länge der Membran
- B
- Breite der Membran
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102016212733 A1 [0005]
