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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung, ein Tintendrucksystem und ein Verfahren zur Ermittlung eines Tintenleerstandes eines Tintenbehälters, wobei der Tintenbehälter einen steifen Außenbehälter und einen inneren flexiblen Flüssigkeitsbeutel aufweist.
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Stand der Technik
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Im Betrieb wird die Tintenversorgung aus dem Tintenbehälter dadurch erreicht, dass Tinte von einer Pumpe aus dem Tintenbehälter gesaugt wird und/oder dadurch, dass Luft in den Raum innerhalb des steifen Außenbehälters, aber außerhalb des flexiblen Flüssigkeitsbeutels gepustet wird, so dass der Beutel in sich implodiert und somit die Tinte herausgepresst wird.
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Solche Tintenbehälter mit steifem Außenbehälter und innerem flexiblen Flüssigkeitsbeutel haben den Vorteil, dass der innere Flüssigkeitsbeutel ohne Luft oder andere Gase ausgestaltet werden kann. Auf diese Weise kann gewährleistet werden, dass Tinte, die aus dem Flüssigkeitsbeutel gefördert wird, ohne Mischung mit Luft oder anderen Gasen sowie ohne Tintenlecks einer Druckvorrichtung zugeführt werden kann. Gleichzeitig wird durch den steifen Außenbehälter erreicht, dass der Tintenbehälter einfach modular austauschbar ist. Diese Vorteile sind zum Beispiel in der Druckschrift
JP-H-04347653 A beschrieben.
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Nachteilig bei solchen inneren Flüssigkeitsbeuteln ist, dass ein Füllstand nicht mit herkömmlichen Füllstandssensoren gemessen werden kann. Dadurch, dass der Flüssigkeitsbeutel mit zunehmender Entleerung implodiert, hat ein senkrechter Füllstand wenig Aussagekraft. Das verbleibende Tintenvolumen ist nicht proportional zum Füllstand.
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Aufgabe der Erfindung ist, die Probleme beim Stand der Technik zu lindern oder ganz zu beseitigen.
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Offenbarung der Erfindung
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Erfindungsgemäß ist bei einer Vorrichtung zur Ermittlung eines Tintenleerstandes eines Tintenbehälters für ein Tintendrucksystem der innere Flüssigkeitsbeutel über eine Fluidleitung mit einer Pumpe verbunden. Diese ist dazu eingerichtet, Flüssigkeit aus dem inneren Flüssigkeitsbeutel hinauszubefördern. Hierbei ist die Pumpe dazu eingerichtet, ein elektrisches Signal auszugeben, dessen Periodizität proportional zu einer Drehgeschwindigkeit der Pumpe ist. Die Vorrichtung weist eine Auswerteeinheit auf, die dazu eingerichtet ist, die Frequenz des elektrischen Signals zu überwachen.
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Der innere Flüssigkeitsbeutel weist die Eigenschaft auf, dass wenn der Flüssigkeitsbeutel beinahe leer ist und weiter Flüssigkeit mittels der Pumpe aus dem Flüssigkeitsbeutel gepumpt wird, dass in dem Fall im Flüssigkeitsbeutel ein « Pumpwiderstand » entsteht, der einer weiteren Entleerung des Flüssigkeitsbeutels entgegenwirkt. Somit verlangsamt sich die Pumpe bei gleichbleibender Pumpleistung. Mit dieser Verlangsamung sinkt auch die Frequenz des elektrischen Signals. Das Unterschreiten eines vorgegebenen Schwellwertes durch die Frequenz ist somit ein Maß für eine Entleerung des Flüssigkeitsbeutels. Erfindungsgemäß gibt die Auswerteeinheit das Unterschreiten des vorgegebenen Schwellwertes als Tintenleerstand aus.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform beträgt der vorgegebene Schwellwert weniger als 80%, bevorzugter weniger als 60%, noch bevorzugter zwischen 45% und 55% der Frequenz bei einem vollen Tintenbehälter. Dies ist vorteilhaft, da auf diese Weise eine beinahe vollständige Entleerung ermittelt werden kann.
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Zweckmäßigerweise ist die Auswerteeinheit dazu eingerichtet ist, nur dann auszugeben, dass der Tintenbehälter leer ist, wenn der vorgegebene Schwellwert für mindestens eine vorgegebene Mindestdauer unterschritten wird. Dies ist vorteilhaft, da kurzfristige Schwankungen der Pumpgeschwindigkeit auf diese Weise nicht zu einer fehlerhaften Leerstandsangabe führen können. Bevorzugt beträgt die Frequenz des elektrischen Signals zwischen 120 Hz und 200 Hz, bevorzugter zwischen 140 Hz und 180 Hz. Dies sind typische Tachofrequenzen von handelsüblichen Zahnradpumpen. Dabei ist denkbar, dass das elektrische Signal die Form eines Rechteckpulses aufweist, wobei insbesondere eine aufsteigende Flanke bei jeder vierten Umdrehung eines Zahnrades in der Pumpe auftritt. Dies ist eine robuste Lösung, die aber nicht als beschränkend zu verstehen ist.
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Gemäß weiterer erfindungsgemäßer Aspekte wird auch eine ein Tintendrucksystem mit wenigstens einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, wenigstens einer Zahnradpumpe, wenigstens einem Tintenbehälter und wenigstens einer Druckkopfeinheit vorgeschlagen, die dazu eingerichtet ist, durch die Pumpe mit Tinte beliefert zu werden.
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Außerdem wird ein Verfahren zur Ermittlung eines Tintenleerstandes eines Tintenbehälters für ein Tintendrucksystem vorgeschlagen, insbesondere mittels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, wobei der Tintenbehälter einen steifen Außenbehälter und einen inneren flexiblen Flüssigkeitsbeutel aufweist, wobei der innere Flüssigkeitsbeutel über eine Fluidleitung mit einer Pumpe verbunden ist, die dazu eingerichtet ist, Flüssigkeit aus dem inneren Flüssigkeitsbeutel hinauszubefördern, umfassend folgende Schritte :
- - Ausgeben, durch die Zahnradpumpe, eines elektrischen Signals, dessen Periodizität proportional zu einer Drehgeschwindigkeit der Pumpe ist;
- - Überwachung einer Frequenz des elektrischen Signals durch eine Auswerteeinheit;
- - bei Unterschreiten eines vorgegebenen Schwellwertes durch die Frequenz des elektrischen Signals, Ausgeben, durch die Auswerteeinheit, dass der Tintenbehälter leer ist.
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Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung werden anhand der folgenden Zeichnungen näher beschrieben.
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Figurenliste
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- 1 zeigt einen Tintenbehälter mit leerem Flüssigkeitsbeutel für eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Tintendrucksystems;
- 2 zeigt den Tintenbehälter aus 1 mit gefülltem Flüssigkeitsbeutel in Schrägansicht;
- 3 zeigt einen weiteren Tintenbehälter mit leeren Flüssigkeitsbeutel für eine weitere bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Tintendrucksystems im Querschnitt durch den Flüssigkeitsbeutel;
- 4 zeigt den Tintenbehälter aus 3 mit einem vollen Flüssigkeitsbeutel;
- 5 zeigt einen schematischen Ausschnitt aus einem Tintendrucksystem gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
- 6 zeigt ein beispielhaft mögliches Tachosignal von einer Pumpe;
- 7 zeigt einen Frequenzverlauf des Tachosignals aus 6.
- 8 zeigt die Stromaufnahme der Pumpe aus den 6 und 7
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Der Tintenbehälter in 1 weist einen Außenbehälter 10 aus Kunststoff (und/oder Kartonage) und einen Flüssigkeitsbeutel 12 auf, der sich an den Außenbehälter 10 anpassen kann. In der gezeigten Ausführungsform weist der Außenbehälter im Wesentlichen die Form eines Parallelepipeds auf, der die Seitenwandungen 16, eine Bodenwandung 18 sowie eine obere Wandung 20, eine Vorderwandung 22 und eine Rückwandung 24 aufweist. Der Flüssigkeitsbeutel 12 weist eine obere Wandung 26 sowie eine Bodenwandung 28 auf, die mittels flexibler laminierter Folien ausgebildet sind, die zusammengefügt sind, z.B. durch geschweißte Versiegelungen 30. In 1 ist der Flüssigkeitsbeutel in einen folienartigen Zustand implodiert und an den Außenbehälter 10 in einer U-förmigen Konfiguration angepasst, mit Seitenabschnitten 32, 34 des Flüssigkeitsbeutels nach oben gebogen und von den Seitenwandungen 14, 16 des Außenbehälters gestützt. Eine vordere Kante 36 des Flüssigkeitsbeutels 12 ist flüssigkeitsdicht mit einer vorderen Wandung des Flüssigkeitsbeutels durch eine Öffnung 38a verbunden. Da der mittlere Abschnitt des Flüssigkeitsbeutels auf der Bodenwandung 18 des Außenbehälters 10 aufliegt, durchdringt der Ausfluss 38 die vordere Wandung 22 des Außenbehälters in einer Position nahe an der Bodenwandung 18.
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Die Breite des Flüssigkeitsbeutels 12, z. B. die Breite der oberen und Bodenwandungen 26, 28, gemessen entlang der vorderen Kante 36, kann größer als die Breite des Außenbehälters 10 sein und entspricht etwa der Summe der Breite und der Höhe des Außenbehälters 10. Als Ergebnis reichen die nach oben gebogenen Seitenabschnitte 32, 34 des Flüssigkeitsbehälters zu einem Niveau, das etwa der Hälfte der Höhe des Außenbehälters 10 entspricht.
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Wenn Flüssigtinte in den Flüssigkeitsbeutel 12 durch den Ausfluss 38 zugeführt wird, um den Tintenbehälter beispielsweise für den Kunden zu befüllen, dehnt sich der Flüssigkeitsbeutel 12 zu einer ungefähr zylindrischen oder boxartigen Konfiguration aus. Dies wird durch eine Aufwärtsbewegung der oberen Wandung 26 erreicht, die dann eine aufwärts konvexe Form annimmt. Als Ergebnis füllt der Flüssigkeitsbeutel 12 das Innere des Außenbehälters 10 beinahe vollständig, wie in 2 gezeigt. Nur Versiegelungsabschnitte 30, wobei die obere Wandung 26 und die untere Wandung 28 des Flüssigkeitsbeutels zusammengefügt sind, werden in einer aufwärts gebogenen Konfiguration erhalten, da sie durch den Druck der Flüssigkeit in dem Flüssigkeitsbeutel gegen die Seitenwandungen 14, 16 gedrückt werden. Der Außenbehälter muss entsprechend entlüftet werden, so dass Luft aus dem Inneren des Außenbehälters entkommen kann, wenn der Flüssigkeitsbeutel 12 befüllt wird. Dem entgegengesetzt, wenn Tinte aus dem Flüssigkeitbeutel über den Ausfluss 38 fließt, wird der Flüssigkeitsbeutel 12 wieder in sich zusammenfallen und Luft wird in das Volumen innerhalb des Außenbehälters 10 eindringen, das nicht länger von dem Flüssigkeitsbeutel besetzt wird. Wenn der Flüssigkeitsbeutel 12 zusammenfällt, bewegt sich die obere Wandung 26 nach unten und erreicht wieder eine in 1 abgebildete aufwärts gerichtete konkave Form, um schließlich mit der U-Form der Bodenwandung 28 wieder zusammenzupassen, wenn der Flüssigkeitsbeutel im Wesentlichen, insbesondere vollständig, geleert ist. Da der Ausfluss 38 in der tiefsten möglichen Position in der Nähe des Bodens des Außenbehälters angeordnet ist, wird der Tinte in dem Flüssigkeitsbeutel 12 erlaubt, sanft unter ihrem eigenen Gewicht herauszufließen. Wenn der Flüssigkeitsbeutel 12 vollständig in sich zusammenfällt, so ist verbleibt im Flüssigkeitsbeutel so gut wie keine Tinte mehr.
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Die 3 und 4 zeigen eine anderen Tintenbehälter in einer anderen Ausführungsform.
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Die 3 zeigt den Tintenbehälter mit einem leeren Flüssigkeitsbeutel.
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Der Tintenbehälter aus den 3 und 4, weist einen steifen Außenbehälter 110 auf, der für den flexiblen Flüssigkeitsbeutel 112 eine Außenkontur bildet. Der Flüssigkeitsbeutel 112 ist mit einer Flüssigkeit gefüllt, z. B. mit flüssiger Tinte, einer Wartungsflüssigkeit oder einer Vorbehandlungsflüssigkeit für ein Tintendrucksystem.
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Der Außenbehälter 110 hat zwei Bestandteile 114, 116, die relativ zueinander teleskopartig bewegbar sind. Der Bodenbestandteil 114 weist eine Bodenwandung 118 und Seitenwandungen 120 auf. Der obere Bestandteil 116 weist eine dachförmige obere Wandung 122 und Seitenwandungen 118 auf, die in gleitendem Eingriff mit den internen Oberflächen der Seitenwandungen 120 des Bodenbestandteils 114 gehalten werden, so dass der obere Bestandteil 116 für eine vertikale Bewegung relativ zu dem Bodenbestandteil 114 geführt wird. Ein Ausfluss 126, durch den die Flüssigkeit, die in dem Flüssigkeitsbeutel 112 enthalten ist, entfernt oder ausgeschüttet werden kann, ist in der oberen Wandung 122 des oberen Bestandteils 116 montiert und ein erstes Ende 128 des Flüssigkeitsbeutels 122 ist flüssigkeitsdicht mit dem Ausfluss 126 verbunden und wird auf diese Weise fest in der oberen Wandung 122 des oberen Bestandteils 116 gehalten. Ein gegenüberliegender zweiter Bestandteil 130 des Flüssigkeitsbeutels 112 ist an der Bodenwandung 118 des Bodenbestandteils 114 befestigt.
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Ein elastisches Bauteil 132 ist dafür vorgesehen, um die zwei Bestandteile 114, 116 des Außenbehälters 110 auseinander zu halten, d.h.um den oberen Bestandteil 114 relativ zu dem Bodenbestandteil 114 nach oben zu drücken, wie in 3 dargestellt ist. In dem gezeigten Beispiel nimmt das elastische Bauteil die Form einer Coil-Feder an, deren Windungen sich entlang der Seitenwandungen 120 des Bestandteils 114 erstrecken, so dass ein relativ großer Hohlraum sich innerhalb der Feder erstreckt (siehe 3), der dem Flüssigkeitsbeutel 112 erlaubt, an der Bodenwandung 118 befestigt zu sein.
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Ein tieferes Ende des elastischen Bauteils 132 wird in der Bodenwandung 118 gestützt, wobei das obere Ende an der tieferen Kante der Seitenwandungen 124 des oberen Bestandteils 116 gestützt wird.
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Die 4 zeigt den Tintenbehälter 110 mit einem vollen Flüssigkeitsbeutel.
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Dabei wird das elastische Bauteil 132 zu einem flachen Zustand zusammengedrückt, in dem das Volumen groß genug ist, um die Flüssigkeit unterzubringen und dementsprechend ist der Abstand zwischen dem ersten und zweiten Ende 128, 130 relativ kurz. Da die Enden des Flüssigkeitsbeutels an den Bestandteilen 114 und 116 befestigt sind, übt der Flüssigkeitsbeutel eine Kraft auf die zwei Bestandteile 114, 116 des Außenbehälters aus. Das elastische Bauteil 132 steht hier unter Spannung, so dass die beiden Bestandteile 114 und 116 auseinander gedrückt werden sollen. Geschieht dies wird der Flüssigkeitsbeutel und erzeugt einen Druck, so dass die dort befindliche Flüssigkeit aus der Öffnung 126 entgegen der Schwerkraft fließen will.
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Die 5 zeigt einen schematischen Ausschnitt aus einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Tintendrucksystems.
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Das Tintendrucksystem 300 umfasst mindestens einen Tintenbehälter 10 oder 110 mit einem inneren Flüssigkeitsbeutel 12, eine Pumpe 201 mit einem Tinteneingang 210 und einem Tintenausgang 220. Darüber hinaus weist die Pumpe 201, die als eine Zahnradpumpe (Unterart einer Verdrängerpumpe) ausgelegt sein kann. Ferner umfasst das Tintendrucksystem 300 eine Auswerteeinheit 302, die über eine Signalleitung 301 mit der Pumpe 201 elektrisch verbunden ist. Die Pumpe 201 kann ein elektrisches Signal ausgeben, dessen Periodizität proportional zu dessen Drehgeschwindigkeit sein kann. Dieses Signal wird über die Leitung 301 an die Auswerteeinheit 302 übertragen.
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Der innere Flüssigkeitsbeutel 12 weist einen Auslass 38 auf, der mit der Pumpe 201 über einer ersten Flüssigkeitsleitung 200 in fluider Kommunikation steht. Dabei ist das eine Ende der erste Flüssigkeitsleitung 200 ist dem Auslass 38 verbunden und das andere Ende der ersten Flüssigkeitsleitung mit dem ersten Tinteneingang 210 der Pumpe 201 verbunden. Die zweite Flüssigkeitsleitung 202 ist mit der Tintenausgang 220 der Pumpe 202 verbunden, um von dort aus die Druckköpfe mit Tinte zu versorgen.
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Eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Ermittlung eines Tintenleerstandes eines Tintenbehälters wird nun anhand der 5 bis 7 beschrieben.
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In der 6 ist ein Beispiel für ein Spannungs- / Zeitdiagramm des elektrischen Signals der Pumpe 201 abgebildet.
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Bevorzugt beträgt die Frequenz des elektrischen Signals der Pumpe 201 zwischen 120 Hz und 200 Hz, bevorzugter zwischen 140 Hz und 180 Hz. Dies sind typische Tachofrequenzen von handelsüblichen Zahnradpumpen 201. Dabei ist denkbar, dass das elektrische Signal die Form eines Rechteckpulses aufweist, wobei insbesondere eine aufsteigende Flanke bei jeder vierten Umdrehung eines Zahnrades in der Pumpe auftritt. Dies ist in 6 dargestellt. Zu sehen ist, dass der Rechteckpuls P1 zum Zeitpunkt t1 kürzer ist als der Rechteckpuls zum späteren Zeitpunkt t2. Somit nimmt die Periodendauer t eines Rechteckpulses P mit der Zeit zu, was ein Maß für den Leerstand des Flüssigkeitsbeutels 12 ist. In 6 ist zu sehen, dass die Frequenz zunächst periodischen Schwankungen unterworfen ist, die um eine mittlere Frequenz herum verlaufen, während der Frequenzwert bei Erreichen eines gewissen Tintenleerstandes auf die Hälfte und noch weiter abfällt.
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Der innere Flüssigkeitsbeutel 12 weist die Eigenschaft auf, dass wenn der Flüssigkeitsbeutel beinahe leer ist und weiter Flüssigkeit mittels der Pumpe aus dem Flüssigkeitsbeutel gepumpt wird, dass in dem Fall im Flüssigkeitsbeutel ein « Pumpwiderstand » entsteht, der einer weiteren Entleerung des Flüssigkeitsbeutels entgegenwirkt. Dies ist, was in den Verläufen in 6 und 7 dargestellt ist.
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Somit verlangsamt sich die Pumpe 201 bei gleichbleibender Pumpleistung. Mit dieser Verlangsamung sinkt auch die Frequenz des elektrischen Signals. Das Unterschreiten eines vorgegebenen Schwellwertes durch die Frequenz ist somit ein Maß für eine Entleerung des Flüssigkeitsbeutels. Erfindungsgemäß gibt die Auswerteeinheit das Unterschreiten des vorgegebenen Schwellwertes als Tintenleerstand aus.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform beträgt der vorgegebene Schwellwert weniger als 80%, bevorzugter weniger als 60%, noch bevorzugter zwischen 45% und 55% der Frequenz bei einem vollen Tintenbehälter. Dies ist vorteilhaft, da auf diese Weise eine beinahe vollständige Entleerung ermittelt werden kann.
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Zweckmäßigerweise ist die Auswerteeinheit dazu eingerichtet ist, nur dann auszugeben, dass der Tintenbehälter leer ist, wenn der vorgegebene Schwellwert für mindestens eine vorgegebene Mindestdauer unterschritten wird. Dies ist vorteilhaft, da kurzfristige Schwankungen der Pumpgeschwindigkeit auf diese Weise nicht zu einer fehlerhaften Leerstandsangabe führen können.
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In der 8 ist ein Beispiel für ein Strom- / Zeitdiagramm des elektrischen Signals der Pumpe 201 abgebildet.
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Die 8 zeigt die Stromaufnahme der Pumpe 201, die vorzugsweise konstant ist, so lange der Fließwiderstand sich nicht ändert. Ist nur der Tintenbeutel 12 zum Zeitpunkt t3 leer, so steigt der Widerstand, da keine Flüssigkeit aus dem Beutel 12 fliesen kann. Die Pumpe 201 baut einen Unterdruck in der ersten Leitung 200 und im Tintenbehälter 10 bzw. 110 auf, der eine zusätzliche Leistung von der elektrischen Pumpe 201 abverlangt. Dies hat zur Folge, dass die Stromaufnahme der Pumpe 201 ab dem Zeitpunkt t3 entsprechend steigt.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Außenbehälter
- 12
- Flüssigkeitsbeutel
- 14
- Seitenwandung
- 16
- Seitenwandung
- 18
- Bodenwandung
- 20
- obere Wandung
- 22
- Vorderwandung
- 24
- Rückwandung
- 26
- obere Wandung
- 28
- untere Wandung
- 30
- geschweißte Versiegelung
- 32
- Seitenabschnitt
- 34
- Seitenabschnitt
- 36
- vordere Kante
- 38a
- Öffnung
- 38
- Ausfluss, Auslass
- 110
- steifer Außenbehälter
- 112
- flexibler Flüssigkeitsbeutel
- 114
- Bodenbestandteil
- 116
- oberer Bestandteil
- 118
- Seitenwandung
- 122
- obere Wandung
- 124
- Seitenwandung
- 126
- Ausfluss
- 128
- erstes Ende
- 130
- zweiter Bestandteil, zweites Ende
- 132
- elastisches Bauteil
- 200
- Flüssigkeitsleitung
- 201
- Pumpe
- 202
- Flüssigkeitsleitung
- 210
- Tinteneingang
- 220
- Tintenausgang
- 230
- Tintenausgang
- 300
- Tintendrucksystem
- 301
- Signalleitung
- 302
- Auswerteeinheit
- P1
- Rechteckpuls
- t1
- Zeitpunkt
- t2
- Zeitpunkt
- t3
- Zeitpunkt
- t
- Periodendauer
- P
- Rechteckpuls
