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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
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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 bildgemäßen Auftragens von feinsten Tropfen aus flüssiger Tinte auf bogen-, bahn-, folien- oder etikettenförmige Bedruckstoffe, bevorzugt aus Papier, Karton, Pappe, Kunststoff, Metall oder Verbundmaterial. Im Besonderen liegt die Erfindung dabei auf dem Teilgebiet des Bevorratens von flüssiger Tinte und des zirkulierenden Versorgens von die Tintentropfen erzeugenden Druckköpfen mit flüssiger Tinte sowie des Steuerns/Regelns des hydrostatischen oder hydrodynamischen Drucks der flüssigen Tinte.
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Stand der Technik
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Es ist bekannt Druckköpfe von industriellen Tintendruckmaschinen zirkulierend mit Tinte zu versorgen. Eine Tintenversorgungseinrichtung einer solchen Maschine umfasst üblicherweise einen Vorratsbehälter für die Tinte, eine Zuleitung zu den Druckköpfen und eine Rückleitung zurück zum Vorratsbehälter.
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Beim Drucken kann es zu unerwünschten Änderungen des hydrodynamischen Drucks in der Tinte kommen, da der Tintenstrom (Tintenvolumen pro Zeiteinheit) abhängig von der zu druckenden und zeitlich veränderlichen Bildinformation des Druckbildes ist. Zu Beginn des Druckens (eines viel Tinte benötigenden) Druckbildes kann der hydrodynamische Druck in der Tinte stark absinken und zum Ende stark ansteigen. Hierdurch kann der vorab eingestellte hydrostatische Druck in der Tinte (der so genannter Meniskusdruck) unerwünscht verändert werden.
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Der hydrostatische Druck kann durch die Höhenanordnung der beteiligten Komponenten und/oder die Einstellung der beteiligten Zirkulationspumpen in der Zu- und Rückleitung eingestellt werden.
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Solche Änderungen sind deshalb unerwünscht, weil Tinte unkontrolliert aus den Druckköpfen austreten oder Luft in die Druckköpfe eintreten könnte; die Qualität der erzeugten Druckprodukte kann dabei erheblich leiden.
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Störende Änderungen des hydrodynamischen Drucks in der Tinte sollen daher vermieden werden.
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Eine bekannte Maßnahme ist z.B. der Einbau von Druckspitzendämpfern in den Tintenkreislauf. Eine weitere Maßnahme ist das Regeln oder Vorsteuern der Pumpleitung der Zirkulationspumpen. Diese Maßnahmen sind aber oft nicht ausreichend, z.B. können die Zirkulationspumpen oft nicht schnell genug geregelt werden.
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Aufgabe
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Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Verbesserung gegenüber dem Stand der Technik zu schaffen, welche es insbesondere ermöglicht, unerwünschte Änderungen des hydrostischen Drucks in der Tinte weitestgehend oder gar ganz zu reduzieren.
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Erfindungsgemäße Lösung
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung nach Anspruch 1 gelöst.
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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 zum Drucken mit Tinte, umfassend einen Vorratsbehälter für Tinte und eine Anordnung mehrerer, zueinander gleicher und Tintentropfen erzeugende Druckelemente, welche von einer gemeinsamen ersten Leitung parallel mit Tinte versorgt werden, zeichnet sich dadurch aus, dass ein von den Druckelementen verschiedenes und hinsichtlich seines Tintendurchflusses steuerbares oder regelbares Element parallel zu den Druckelementen von der ersten Leitung mit Tinte versorgt wird.
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Die Erfindung ermöglicht es in vorteilhafter Weise, unerwünschte Änderungen des hydrostischen Drucks in der Tinte weitestgehend oder gar ganz zu reduzieren.
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Die Erfindung nutzt in vorteilhafter Weise außer den Druckelementen, z.B. außer Druckköpfen, ein weiteres Element. Dieses ist verschieden von den Druckelementen, also z.B. kein Druckkopf, sondern eine Pumpe; dieses ist zudem hinsichtlich seines Tintendurchflusses steuerbar oder regelbar, z.B. kann die Pumpleistung (Tintenvolumen pro Zeiteinheit) gesteuert oder geregelt werden; und dieses wird parallel zu den Druckelementen mit Tinte versorgt, z.B. kann die Pumpe an dieselbe Leitung oder denselben Tintenverteiler der Leitung angeschlossen sein.
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Unerwünschte (weil störende) Druckschwankungen oder Druckspitzen können weitestgehend oder gar ganz reduziert oder kompensiert werden. Hierzu kann das Element - insbesondere kompensierend - gesteuert oder geregelt werden. Das Steuern oder Regeln kann in vorteilhafter Weise zusätzlich zu einem Steuern oder Regeln möglicher Zirkulationspumpen im Tintenzulauf und/oder Tintenrücklauf, also in einem möglichen Tintenkreislauf, erfolgen.
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Das Element kann in vorteilhafter Weise schneller steuerbar oder regelbar ausgelegt sein, als eine andere Pumpe, z.B. eine Zulaufpumpe oder eine Rücklaufpumpe. Das Element kann unerwünschte (weil störende) Druckschwankungen oder Druckspitzen dadurch schneller weitestgehend oder gar ganz reduzieren oder kompensieren.
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Das Element kann in vorteilhafter Weise gegenphasig, komplementär und/oder kompensierend zu den Druckelementen gesteuert oder geregelt werden. Wenn die Druckelemente viel/wenig Tinte verdrucken, kann durch das Element wenig/viel Tinte hindurchfließen, z.B. kann eine Pumpe als das Element wenig/viel Tinte fördern. Das Element kann daher als eine Art „Dummy“-Druckelement gesehen werden, also z.B. ein „Dummy“-Druckkopf oder eine „Dummy“-Druckdüse innerhalb eines Druckkopfs.
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Das Element erzeugt bevorzugt einen - im Vergleich zum Volumenstrom des zu kompensierenden Druckelements - ausreichend schnell veränderbaren und auf diese Weise ständig komplementären Volumenstrom (Tintenvolumen pro Zeiteinheit). Bevorzugt erfolgt die Kompensation im Wesentlichen in Echtzeit.
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Eine einfache Umsetzung der Erfindung umfasst bevorzugt zwei große (hohe Pumpleistung und/oder hohes Fördervolumen) und langsame (Zeitkonstante Tau: 40 bis 100 ms) Pumpen für den Zulauf/Rücklauf und eine im Vergleich hierzu kleine (niedrige Pumpleistung und/oder niedriges Fördervolumen) und schnelle (Zeitkonstante Tau: < 10 ms) Pumpe für die Kompensation. Die Kompensationspumpe arbeitet bevorzugt bei geringen Drehzahlen im Vergleich zu den Zirkulationspumpen, d.h. sie ändert ihren Arbeitspunkt auf geringem Drehzahlniveau, während die Zirkulationspumpen ihren Arbeitspunkt auf hohem Drehzahlniveau ändern.
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Weiterbildungen
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Im Folgenden werden bevorzugte Weiterbildung der Erfindung (kurz: Weiterbildungen) beschrieben.
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Eine Weiterbildung kann sich dadurch auszeichnen, dass das Element komplementär zum Gesamttintenverbrauch der Druckelemente oder des Gesamttintendurchflusses durch die Druckelemente gesteuert oder geregelt wird.
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Noch eine Weiterbildung kann sich dadurch auszeichnen, dass das Element bezüglich eines vorgegebenen Tintendurchflusses der Vorrichtung komplementär zum Gesamttintenverbrauch der Druckelemente gesteuert oder geregelt wird.
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Noch eine Weiterbildung kann sich dadurch auszeichnen, dass das Element bezüglich eines vorgegebenen Gesamttintendurchflusses der Vorrichtung komplementär des Gesamttintendurchflusses durch die Druckelemente gesteuert oder geregelt wird.
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Eine Weiterbildung kann sich dadurch auszeichnen, dass das Element bezüglich des Gesamttintenverbrauchs der Druckelemente oder des Gesamttintendurchflusses durch die Druckelemente kompensierend gesteuert oder geregelt wird.
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Eine Weiterbildung kann sich dadurch auszeichnen, dass die Vorrichtung eine gemeinsame zweite Leitung umfasst und dass die zweite Leitung zu den Druckelementen geleitete aber nichtverdruckte Tinte zurück zum Vorratsbehälter leitet.
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Noch eine Weiterbildung kann sich dadurch auszeichnen, dass die Tinte in einem System umfassend wenigstens den Vorratsbehälter, die erste Leitung, die Druckelemente und die zweite Leitung zirkuliert.
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Eine Weiterbildung kann sich dadurch auszeichnen, dass die Druckelemente und das Element zwischen den beiden Leitungen parallel zueinander angeschlossen sind.
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Noch eine Weiterbildung kann sich dadurch auszeichnen, dass die Druckelemente und das Element derart parallel zueinander angeschlossen sind, dass die Anschlussstellen für das Zuleiten von Tinte zu den Druckelementen an der ersten Leitung aufeinander folgen und die Anschlussstellen für das Rückleiten von Tinte von den Druckelementen an der zweiten Leitung aufeinander folgen.
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Noch eine Weiterbildung kann sich dadurch auszeichnen, dass die Anschlussstelle für das Element den Anschlussstellen für die Druckelemente in Fließrichtung der Tinte nachgeordnet ist.
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Noch eine Weiterbildung kann sich dadurch auszeichnen, dass zwischen den beiden Leitungen ein Bypass, d.h. eine Umgehungsleitung für Tinte, vorhanden ist.
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Noch eine Weiterbildung kann sich dadurch auszeichnen, dass die Anschlussstelle für das Element mit dem Bypass verbunden ist.
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Eine Weiterbildung kann sich dadurch auszeichnen, dass das Element ein von einer Druckdüse, einer Gruppe von Druckdüsen, einer eindimensionalen Druckdüsenreihe, einem zweidimensionalen Druckdüsenfeld, einem Druckkopf, einer Gruppe von Druckköpfen oder einem Druckbalken verschiedenes Element ist oder dass das Element keine Tintentropfen erzeugt.
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Eine Weiterbildung kann sich dadurch auszeichnen, dass das Element eine steuerbare oder regelbare oder dynamisch regelbare Pumpe oder Mikropumpe oder eine Anordnung mehrere solcher Pumpen oder Mikropumpen ist.
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Die Pumpe oder die Mikropumpe erzeugt bevorzugt nur den kompensierenden Volumenstrom an Tinte, nicht aber den Zirkulationsstrom an Tinte. Die Pumpe oder die Mikropumpe kann daher im Vergleich zu den Zirkulationspumpen (Vorlaufpumpe und/oder Rücklaufpumpe) hinsichtlich ihrer Pumpleistung „kleiner“ ausgelegt sein oder reduziert sein.
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Die Pumpe oder die Mikropumpe ist bevorzugt nahe (mit kurzer Leitung im Vergleich zur Zulaufleitung und/oder Rücklaufleitung) oder gar direkt an einem Tintenverteiler der Zulaufleitung zu den Druckelementen angebunden.
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Die Pumpe kann (relativ zur Fließrichtung der Tinte im Tintenkreislauf und/oder relativ zur ihrer Anschlussstelle an den Tintenkreislauf) eine drückende oder eine saugende Pumpe sein.
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Eine Weiterbildung kann sich dadurch auszeichnen, dass die Pumpe oder Mikropumpe eine bidirektionale Pumpe ist.
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Noch eine Weiterbildung kann sich dadurch auszeichnen, dass die Pumpe oder Mikropumpe eine Schlauchpumpe oder eine Zahnradpumpe ist.
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Eine Weiterbildung kann sich dadurch auszeichnen, dass parallel zu dem Element ein Bypass, d.h. eine Umgehungsleitung für Tinte, vorhanden ist.
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Noch eine Weiterbildung kann sich dadurch auszeichnen, dass die Pumpe oder Mikropumpe Tinte zurück in den Vorratsbehälter pumpt.
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Noch eine Weiterbildung kann sich dadurch auszeichnen, dass die Pumpe oder Mikropumpe die Tinte durch eine dritte Leitung zurück in den Vorratsbehälter pumpt.
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Eine Weiterbildung kann sich dadurch auszeichnen, dass die erste Leitung eine Vorlaufpumpe und/oder die zweite Leitung eine Rücklaufpumpe umfasst.
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Eine Weiterbildung kann sich dadurch auszeichnen, dass die Vorlaufpumpe einen Vorlaufregler zum Regeln des Tintenvolumenstroms im Vorlauf umfasst und/oder dass die Rücklaufpumpe einen Rücklaufregler zum Regeln des Tintenvolumenstroms im Rücklauf umfasst.
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Eine Weiterbildung kann sich dadurch auszeichnen, dass die Pumpe oder Mikropumpe eine Pumpe ist, deren maximale Pumpleistung geringer ist, als die maximale Pumpleistung der Vorlaufpumpe und/oder der Rücklaufpumpe.
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Eine Weiterbildung kann sich dadurch auszeichnen, dass die Pumpe oder Mikropumpe eine Pumpe ist, deren Pumpleistung schneller veränderbar ist, als die Pumpleistung der Vorlaufpumpe und/oder der Rücklaufpumpe.
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Eine Weiterbildung kann sich dadurch auszeichnen, dass die Pumpe oder Mikropumpe eine Pumpe ist, deren Pumpleistung schneller - insbesondere 5- bis 10-mal schneller oder 50- bis 100-mal schneller - steuerbar oder regelbar ist, als die Pumpleistung der Vorlaufpumpe und/oder der Rücklaufpumpe.
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Noch eine Weiterbildung kann sich dadurch auszeichnen, dass die erste Leitung einen ersten Tintenverteiler für die Druckelemente umfasst und/oder dass die zweite Leitung einen zweiten Tintenverteiler für die Druckelemente umfasst.
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Eine Weiterbildung kann sich dadurch auszeichnen, dass die erste Leitung oder der erste Tintenverteiler einen ersten Tintendrucksensor umfasst und/oder dass die zweite Leitung oder der zweite Tintenverteiler einen zweiten Tintendrucksensor umfasst.
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Eine Weiterbildung kann sich dadurch auszeichnen, dass die Druckelemente folgendes sind: Druckdüsen oder wenigstens eine Gruppe von Druckdüsen oder wenigstens eine eindimensionale Druckdüsenreihe oder wenigstens ein zweidimensionales Druckdüsenfeld oder Druckköpfe, welche Druckdüsen umfassen, oder Gruppen von Druckköpfen, welche Druckdüsen umfassen, oder Druckbalken, welche Druckköpfe umfassen.
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Das Element, z.B. eine Pumpe oder Mikropumpe, kann in einen Druckbalken integriert sein, z.B. quasi wie ein weiterer Druckkopf.
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Die Umsetzung der Erfindung mit Druckdüsen oder wenigstens einer Gruppe von Druckdüsen oder wenigstens einer eindimensionale Druckdüsenreihe oder wenigstens einem zweidimensionalen Druckdüsenfeld als Druckelement(e) kann erfolgen, indem wenigstens ein Druckkopf mit der Erfindung entsprechenden Druckdüsen oder den genannten Alternativen ausgerüstet wird. Eine solche Lösung würde bevorzugt ein Hersteller von Druckköpfen umsetzen. Eine Lösung mit der Erfindung entsprechenden Druckköpfen, welche Druckdüsen umfassen, oder Gruppen von Druckköpfen, welche Druckdüsen umfassen, oder Druckbalken, welche Druckköpfe umfassen, als Druckelement(e) würde bevorzugt ein Hersteller von Maschinen der grafischen Industrie umsetzen und dabei die Druckköpfe oder die genannten Alternativen in die Maschine integrieren.
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Die Umsetzung der Erfindung mit jeweils einer zusätzlichen Druckdüse (Kompensationsdüse) als das Element parallel zu jeder Druckdüse kann erfolgen, indem die zusätzliche Druckdüse mit einem inversen Steuersignal im Vergleich zur zugehörigen Druckdüse angesteuert wird. Die Kompensation wäre dann optimal.
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Werden mehrere Druckdüsen zusammengefasst kompensiert, so kann das Steuersignal für die Kompensationsdüse mit der zu druckenden Bildinformation gewichtet werden. Zudem kann diese Kompensationsdüse größer sein, als die zu kompensierenden Druckdüsen, also z.B. mehr Tinte ausstoßen, um alle Druckdüsen in Summe kompensieren zu können.
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Anstelle einer Druckdüse als das kompensierende Element kann auch eine Leitung mit einem ähnlich wie eine Druckdüse steuerbaren Ventil vorgesehen sein. Die Leitung führt die Tinte bevorzugt zurück in den Tintenkreislauf. Auf diese Weise braucht die Tinte zur Kompensation nicht tatsächlich ausgestoßen zu werden.
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Werden größere Einheiten kompensiert, also z.B. Gruppe von Druckdüsen oder wenigstens eine eindimensionale Druckdüsenreihe oder wenigstens ein zweidimensionales Druckdüsenfeld, oder Druckköpfe, welche Druckdüsen umfassen, oder Gruppen von Druckköpfen, welche Druckdüsen umfassen, oder Druckbalken, welche Druckköpfe umfassen, so wird das kompensierende Element, z.B. eine Pumpe, entsprechen größer dimensioniert.
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Noch eine Weiterbildung kann sich dadurch auszeichnen, dass die Vorrichtung eine Tintenheizung und/oder einen Tintenentgaser umfasst. Es kann zusätzlich auch ein Filter und/oder eine Vorrichtung zur elektrischen Aufladung der Tinte vorhanden sein.
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Noch eine Weiterbildung kann sich dadurch auszeichnen, dass der erste Tintendrucksensor mit dem Vorlaufregler und/oder der zweite Tintendrucksensor mit dem Rücklaufregler verbunden ist.
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Eine Weiterbildung kann sich dadurch auszeichnen, dass die Vorrichtung einen Rechner oder Regler umfasst oder mit einem Rechner oder Regler verbunden ist, welcher das Element steuert oder regelt.
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Noch eine Weiterbildung kann sich dadurch auszeichnen, dass der erste Tintendrucksensor und/oder der zweite Tintendrucksensor mit dem Rechner oder Regler verbunden ist.
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Noch eine Weiterbildung kann sich dadurch auszeichnen, dass der Rechner oder Regler die Vorlaufpumpe und/oder die Rücklaufpumpe steuert oder regelt oder dass der Rechner oder Regler mit dem Vorlaufregler für die Vorlaufpumpe und/oder dem Rücklaufregler für die Rücklaufpumpe verbunden ist.
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Noch eine Weiterbildung kann sich dadurch auszeichnen, dass eine Zuleitung zwischen der Pumpe oder Mikropumpe und deren Anschlussstelle vorhanden ist.
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Noch eine Weiterbildung kann sich dadurch auszeichnen, dass der Druck der Tinte in der Zuleitung mit einem mit dem Rechner oder Regler verbundenen Tintendrucksensor oder mit zwei mit dem Rechner oder Regler verbundenen Tintendrucksensoren gemessen wird.
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Eine Weiterbildung kann sich dadurch auszeichnen, dass das Steuern oder Regeln derart erfolgt, dass ein Meniskusdruck der Tinte in wenigstens einer jeweiligen Tintenaustrittsöffnung der Druckelemente einem vorgegebenen Wert entspricht.
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Die in den obigen Abschnitten Technisches Gebiet, Erfindung und Weiterbildungen sowie im folgenden Abschnitt Ausführungsbeispiele offenbarten Merkmale und Merkmalskombinationen stellen - in beliebiger Kombination miteinander - weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung dar.
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Ausführungsbeispiele
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Die 1 bis 5 zeigen bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung und der Weiterbildungen. Einander entsprechende Merkmale sind in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen. Sich in den Figuren wiederholende Bezugszeichen wurden der Übersichtlichkeit teils weggelassen.
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1 zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 dient bevorzugt der Versorgung einer Tintendruckmaschine mit Tinte 2 zur druckbildgemäßen Erzeugung von Tintentropfen 3.
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Die Vorrichtung 1umfasst einen Vorratsbehälter 4 zum Bevorraten der Tinte 2 und eine Anordnung 5 mehrerer Druckelemente 6, in diesem Beispiel als Druckköpfe 6 ausgebildet, zum Ausstoßen der Tintentropfen 3 aus Tintenaustrittsöffnungen 9, bevorzugt aus separat ansteuerbaren Düsen. Die Druckköpfe können z.B. in einer Reihe angeordnet sein und einen Druckbalken bilden.
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Die Vorrichtung 1 umfasst ein Element 7, in diesem Beispiel als eine Pumpe 7 ausgebildet.
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Die Vorrichtung 1 umfasst eine erste Leitung 10 mit einer Vorlaufpumpe 11 zum Fördern von Tinte 2 vom Vorratsbehälter 4 zu den Druckelementen 6. Die erste Leitung 10 umfasst einen ersten Tintenverteiler 13 zum parallelen Verteilen der Tinte 2 auf die Druckelemente 6 bzw. auf deren Anschlussstellen 14.
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Die Vorrichtung 1 umfasst eine zweite Leitung 20 mit einer Rücklaufpumpe 21 zum Fördern von nicht verdruckter Tinte 2 von den Druckelementen 6 zurück zum Vorratsbehälter 4. Die zweite Leitung 20 umfasst einen zweiten Tintenverteiler 23 mit Anschlussstellen 24 für die Druckelemente 6.
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Die Vorrichtung 1 umfasst eine dritte Leitung 30 mit einer Zuleitung 31 (oder vierten Leitung) zum Element 7. Die dritte Leitung ist an der ersten Leitung 10 und bevorzugt an deren Tintenverteiler 13 angeschlossen und führt bevorzugt zurück zum Vorratsbehälter 4.
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Das Element 7 ist parallel zu den Druckelemente 6 angeschlossen und wird daher parallel zu diesen mit Tinte 2 versorgt.
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Die Vorrichtung 1 umfasst einen (Digital-) Rechner 50. Dieser steuert oder regelt bevorzugt das Element 7, also z.B. eine Pumpe 7. In den weiteren Ausführungsbeispielen der 2 bis 4 wird die Art der Steuerung oder Regelung näher beschrieben. In dem Beispiel dieser 1 steuert der Rechner 50 das Element 7, also z.B. eine Pumpe, derart an, dass der Tintendurchfluss durch das Element bevorzugt im Wesentlichen komplementär zum Tintendurchfluss durch die Druckelemente ist, d.h. bevorzugt komplementär zum insgesamt verdruckten Volumen an Tinte. Anders formuliert: Verdrucken die Druckelemente viel Tinte, so fließt entsprechend wenig Tinte durch das Element; Verdrucken die Druckelemente wenig Tinte, so fließt entsprechend viel Tinte durch das Element. Das komplementäre Tintenvolumen ist dabei bevorzugt derart bemessen, dass - zur Vermeidung von störenden Druckspitzen oder Druckschwankungen im hydrodynamischen Druck der Tinte - das von den Pumpen 11 und 21 geförderte Tintenvolumen nicht oder nur wenig verändert werden braucht.
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1 zeigt des Weiteren ein (Zirkulations-) System 40 umfassend wenigstens den Vorratsbehälter 4, die erste Leitung 10, die Druckelemente 6 und die zweite Leitung 20; die Fließrichtung(en) 60 der Tinte im System 40; und den mit Tintentropfen 3 zu bedruckenden Bedruckstoff 70 zur Herstellung von Druckprodukten.
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2 zeigt ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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Die gezeigte Vorrichtung 1 umfasst alle in 1 gezeigten Merkmale und weitere, im folgenden beschriebene Merkmale.
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Die Vorrichtung umfasst in der ersten Tintenleitung z.B. eine Tintenheizung 34 und z.B. einen Tintenentgaser 35 und z.B. weitere Komponenten wie Ventile. In der ersten Leitung 10 sind diese Komponenten summarisch als hydraulischer Widerstand 80 dargestellt.
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Die Vorrichtung 1 umfasst einen ersten Drucksensor 15 und einen zweiten Drucksensor 25. Der erste Drucksensor ist bevorzugt am ersten Tintenverteiler 13 angeordnet. Der zweite Drucksensor ist bevorzugt am zweiten Tintenverteiler 23 angeordnet.
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Die Vorrichtung 1 umfasst einen Vorlaufregler 12 und einen Rücklaufregler 22. Der Eingang des Vorlaufregler ist mit dem ersten Drucksensor 15 verbunden; der Ausgang mit der Vorlaufpumpe 11. Der Eingang des Rücklaufregler ist mit dem zweiten Drucksensor 25 verbunden; der Ausgang mit der Rücklaufpumpe 21.
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Der erste Drucksensor 15 misst einen Druck P_1 und der zweite Drucksensor 25 eine Druck P_2. Die Messwerte werden als Istwerte an die Regler 12 und 22 übermittelt. Der Vorlaufregler 12 und der Rücklaufregler regeln den Druck in der Tinte im Tintenkreislauf. Die Sollwerte der Regler werden bevorzugt derart vorgegeben, dass sich ein akzeptabler Meniskusdruck an den Druckelementen 6 einstellt, d.h. dass keine Tinte unkontrolliert austritt und dass keine Luft eintritt.
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In diesem Zustand (wenn nicht gedruckt wird) stellt sich bevorzugt ein zufließender Tinten-Volumenstrom und ein abfließender Tinten-Volumenstrom ein, die in ihrem Betrag identisch sind.
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Beim Drucken der Druckelemente 6 wird dem System 40 Tinte (in Form von Tintentropfen 3 bzw. eines entsprechenden Druckvolumenstroms) entzogen. Der Druckvolumenstrom 3 könnte (ohne die Erfindung) den Volumenstrom in der Leitung 10 entsprechend erhöhen und den Volumenstrom in der Leitung 20 entsprechend senken.
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Die Figur zeigt exemplarisch weitere hydraulische Widerstände 81, 82 und 83. Diese sollen die jeweiligen hydraulischen Widerstände der Leitungen darstellen.
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Die hydraulischen Widerstände 81 und 82 bilden einen hydraulischen Druckpegelteiler, der den Meniskusdruck der Druckelemente 6 nachbilden kann. Vom Anzapfungspunkt zwischen den beiden Widerständen wird mittels des Elements 7 ein - zum Druckvolumenstrom über die Druckelemente - bevorzugt komplementärer Druckvolumenstrom erzeugt.
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Der Betrag des komplementären Druckvolumenstroms entspricht im Ruhestand (wenn nicht gedruckt wird) dem maximalen Druckvolumenstrom über die Druckelemente 6. Dieser Strom kann als Druckabfall über dem hydraulischen Widerstand 83 gemessen und über das Element 7 eingeregelt werden. Dieser Tintenanteil gelangt bevorzugt über die dritte Leitung 30 zurück in den Vorratsbehälter 4.
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Beim Drucken erhöht sich der Druckvolumenstrom über die Druckelemente 6. Der Meniskusdruck würde sich jetzt - ohne Nutzung der Erfindung - unerwünscht stark ändern. Bereits leichte Änderungen können über die Sensoren 15 und 25 bzw. 32 registriert werden. Der Regler 50 steuert das Element 7 bevorzugt derart an, dass der komplementäre Druckvolumenstrom (Tintendurchfluss) reduziert wird. Der Regler 50 hat in diesem Fall zwei Werte (als Kompensationsregler) zu regeln: den komplementären Druckvolumenstrom im Ruhezustand und beim Drucken. Der Regler ist so aufgebaut, dass der Regler vorrangig den Meniskus stabilisiert und wenn dieser stabil ist (Abweichung = Null), den komplementären Druckvolumenstrom auf seinen vorgegebenen Sollwert (Maximalwert) regelt.
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3 zeigt ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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Die gezeigte Vorrichtung 1 umfasst alle in 1 gezeigten Merkmale und weitere, im folgenden beschriebene Merkmale.
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Diese Ausführungsform wird in der Praxis gegenüber der Ausführungsform der 2 bevorzugt.
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Der komplementäre Druckvolumenstrom (Tintendurchfluss) wird als Summe über die folgenden beiden parallel zueinander angeschlossenen Komponenten erzeugt: hydraulischer Widerstand 83 (z.B. einen Bypass 33, z.B. eine Tintenleitung) und bidirektionales Element 7, z.B. eine Pumpe 7, welche einen Druckvolumenstrom in die eine oder in die andere Richtung erzeugen kann.
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Der hydraulische Widerstand 83 ist dabei derart dimensioniert, dass über ihn bevorzugt im Wesentlichen die Hälfte des maximalen Druckvolumenstroms fließt.
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Das Element 7 kann einen positiven Anteil oder negativen Anteil an Volumenstrom beisteuern. Der komplementäre Druckvolumenstrom setzt sich also aus den Teilströmen der beiden parallel zueinander angeschlossenen Komponenten zusammen und kann in Summe entweder den Wert Null oder (vorgegebener) Maximal-Druckvolumenstrom annehmen.
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Der Regler 50 benutzt die Messwerte der Sensoren 15 und 25 zur Berechnung des Meniskusdrucks und regelt das Element 7. Bei Meniskusdruckabweichung regelt der Regler 50 das Element 7 entsprechend.
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Nachfolgend ein Zahlenbeispiel:
- • Zirkulationsvolumenstrom (bei inaktivem Element 7 und inaktivem hydraulischen Widerstand 83) = 800 ml/min;
- • Druckvolumenstrom (summarisch über die Druckelemente 6) = 400 ml/min;
- • Zirkulationsvolumenstrom (bei aktivem hydraulischem Widerstand 83) = 800 ml/min + 200 ml/min = 1000 ml/min;
- • Komplementärer Druckvolumenstrom oder Tintendurchfluss (summarisch bei aktivem Element 7 und aktivem hydraulischen Widerstand 83) = 400 ml/min;
- • Komplementärer Druckvolumenstrom (über den aktiven hydraulischen Widerstand 83) = 200 ml/min;
- • Komplementärer Druckvolumenstrom (über das aktive Element 7) = +200 ml/min, wenn gedruckt wird, und -200 ml/min, wenn nicht gedruckt wird.
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4 zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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Die gezeigte Vorrichtung 1 umfasst alle in 1 gezeigten Merkmale und weitere, im folgenden beschriebene Merkmale.
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Diese Ausführungsform wird in der Praxis gegenüber der Ausführungsform der 2 und der 3 bevorzugt. In der Praxis kann man auf den (parallel angeschlossenen) hydraulischen Widerstand 83 verzichten und das bidirektionale Element 7 „solo“ betrieben werden, d.h. ohne parallel angeschlossenen hydraulischen Widerstand 83 bzw. ohne Bypass 33.
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Der Regler 50 (als Kompensationsregler) kann die jeweiligen Messwerte der beiden Sensoren 15 und 25 zu einem Istwert für den Meniskusdruck an den Druckelementen 6 verarbeiten. Dabei kann der Regler insbesondere die geodätischen Höhen zwischen den Tintenverteilern 13 und 23 sowie den Tintenaustrittsöffnungen 9 der Druckelemente 6 berücksichtigen.
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Beispielsweise kann die Differenz aus einem vorgegebenen Sollwert für den Meniskusdruck an den Druckelementen 6 und dem Istwert für den Meniskusdruck an den Druckelementen an den Regler 50 (bevorzugt als Proportionalregler) geführt werden. Der Regler kann auf Basis dieser Werte den Tintendurchfluss, z.B. die Pumpleistung des Elements 7 regeln.
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Der Vorlaufregler 12 und der Rücklaufregler 22 sind bevorzugt derart eingestellt, dass auch diese den Meniskusdruck an den Druckelementen 6 regeln, aber deutlich langsamer als der Regler 50. Dadurch wandelt sich die jeweilige technische Lösung nach 2 oder nach 3 von einer rein komplementären Kompensation des Druckvolumenstroms in vorteilhafter Weise in eine dynamische komplementäre Kompensation des Druckvolumenstroms.
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In diesem Fall wird der Druckvolumenstrom über die Druckelemente 6 bevorzugt augenblicklich bzw. in Echtzeit durch den komplementären Druckvolumenstrom (Tintendurchfluss) über das Element 7 kompensiert. Der Regler 50 mit dem Element 7 sind (im Vergleich zu den Reglern 12 und 22 mit den Pumpen 11 und 21) schnell in ihrer Reaktion.
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Nachfolgend ein Zahlenbeispiel:
- • („langsame“) Zirkulationspumpen 11 und 21: Zeitkonstante Tau = 100 ms;
- • („schnelle“) Kompensationspumpe 7: Zeitkonstante Tau = 1 ms;
- • Zirkulationsvolumenstrom (bei inaktivem Element 7) = 900 ml/min bzw. 15 ml/s;
- • Druckvolumenstrom (summarisch über die Druckelemente 6) = 600 ml/min bzw. 10 ml/s;
- • Die Druckelemente drucken 10 Sekunden lang;
- • Die Druckelemente drucken 20 Sekunden lang nicht;
- • Komplementärer Druckvolumenstrom oder Tintendurchfluss = +/- 300 ml/min bzw. +/-6 ml/s;
- • Das Tintenversorgungssystem braucht etwa 10 bis 20 Sekunden bis der Arbeitspunkt erreicht ist,
- • Über den Bypass fließen etwa 60 ml/min.
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5 zeigt ein Diagramm.
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Das Diagramm 90 zeigt den Verlauf zweier Kurven 91 und 92. Die Abszisse zeigt die Zeit t z.B. in ms und die Ordinate den Volumenstrom z.B. in m^3/s.
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Die Kurve 91 entspricht dem Tinten-Volumenstrom im ersten Tintenverteiler 13 (sogenannter „supply“-Strom zu den Druckelementen 6) und zeigt nach einem anfänglichen Einschwingen Phasen deutlicher Zunahme, z.B. im Zeitabschnitt zwischen 30 und 40 ms oder zwischen 60 und 70 ms. Diese Zeitabschnitte entsprechen den Phasen des Druckens.
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Die Kurve 92 entspricht dem komplementären Volumenstrom bzw. Tintendurchfluss (oder: Kompensationsvolumenstrom) über das Element 7. Dieser komplementäre Volumenstrom zeigt einen derartigen Zeitverlauf, dass die Summe des „supply“-Stroms und des Kompensationsvolumenstrom einen im Wesentlichen konstanten Verlauf aufweist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Vorrichtung
- 2
- Tinte / Druckvolumenstrom
- 3
- Tintentropfen
- 4
- Vorratsbehälter
- 5
- Anordnung
- 6
- Druckelement, z.B. Druckkopf
- 7
- Element, z.B. Pumpe
- 8
- Bypass
- 9
- Tintenaustrittsöffnung
- 10
- erste Leitung
- 11
- Vorlaufpumpe
- 12
- Vorlaufregler
- 13
- erster Tintenverteiler
- 14
- Anschlussstellen
- 15
- erster Tintendrucksensor
- 20
- zweite Leitung
- 21
- Rücklaufpumpe
- 22
- Rücklaufregler
- 23
- zweiter Tintenverteiler
- 24
- Anschlussstellen
- 25
- zweiter Tintendrucksensor
- 30
- dritte Leitung
- 31
- Zuleitung oder vierte Leitung
- 32
- Tintendrucksensor/ Tintendrucksensoren
- 33
- Bypass
- 34
- Tintenheizung
- 35
- Tintenentgaser
- 40
- System
- 50
- Rechner oder Regler
- 60
- Fließrichtung
- 70
- Bedruckstoff
- 80-83
- hydraulische Widerstände
- 90
- Diagramm
- 91
- erste Kurve
- 92
- zweite Kuren
