DE10212279A1 - Tintenschreibgerät - Google Patents

Abstract

Ein Tintenschreibgerät mit einem hülsenförmigen Stiftschaft, einem zur Aufnahme der Tinte dienenden Vorratsbehälter mit Belüftungsöffnung, einer Schreibspitze, einem die Tinte aus dem Behälter zur Schreibspitze führenden Tintenleitsystem, einem Akku sowie einem Regelsystem, ist gekennzeichnet durch ein steuerbares Ventil (44), das zwischen Tintenvorratsbehälter (4) und Tintenleiter (10) angeordnet ist, das von einer Regelelektronik angesteuert wird, und durch einen im Tintenleiter angeordneten Zwischenspeicher (45), dessen Tintendruck (Arbeitspunkt) auf einen mit Wahlschalter vorwählbaren Sollwert eingeregelt wird und zur Regelung des Tintendruckes im Zwischenspeicher (45) ein Kontrollsensor (35) angeordnet ist, wobei durch unterschiedliche Tintendrücke im Zwischenspeicher (45) unterschiedliche Schriftintensitäten erreicht werden. DOLLAR A Das Tintenschreibgerät weist zusätzlich eine Mikropumpe auf, die bei trockenem Schreibfederkapillarspalt zur Verbesserung des Anschreibverhaltens Tinte zur Schreibfeder (9) fördert.

Description

• Die Erfindung bezieht sich auf ein Tintenschreibgerät, insbesondere einen Füllfederhalter und Tuschefüller.
• Der Schreibvorgang bei einem konventionellen Füllfederhalter beruht auf der kapillaren Förderung der Schreibflüssigkeit aus einem Tintenvorratsbehälter bis zur Schreibfederspitze. Zur Kompensation des Saugverhaltens des zu beschreibenden Papiers und der Schwerkraft der Tinte im Tintenvorratsbehälter ist ein Unterdruck im Tintenvorratsbehälter erforderlich, um ein unkontrolliertes Austreten der Tinte, ein sogenanntes Klecksen zu vermeiden. Bei konventionellen Füllfederhaltern wird der Unterdruck im Tintenvorratsbehälter durch eine vom Tintenfluss freigegebene Entlüftungskapillare geregelt. Die Freigabe erfolgt dabei in Abhängigkeit vom Füllungsgrad eines zwischen der Schreibfederspitze und dem Tintenvorratsbehälter angeordneten kapillaren Speichers, der zugleich die Aufgabe hat, bei Druck- und Temperaturschwankungen aus dem Tintenvorratsbehälter austretende Tinte vorübergehend aufzunehmen. Dieses System erfordert eine sorgfältige Abstimmung der Kapillarität von Tintenleiter, Saugkraft des Papiers, Kapillarität und Aufnahmevermögen des Speichers. Trotzdem sind die Möglichkeiten der Kompensation von äußeren Einwirkungen wie Temperatur, Druck und Saugverhalten des Papiers begrenzt.
• Bei einem Füller gemäß der DE 44 19 735 A1 wird die austretende Schreibflüssigkeit durch ein Pumpelement dosiert, welches die Schreibflüssigkeit zur Düse der Schreibspitze drückt. Das Pumpelement wird über einen Druckaufnehmer und eine Mikroschaltung aktiviert, indem bei - Aufsetzen der Schreibspitze auf das Papier ein Piezoquarzröhrchen das Start- und Stopp- Signal für die Mikroschaltung gibt und die Pumpfrequenz des Pumpelements bestimmt. Als Flüssigkeitsvorratsbehälter dient eine wechselbare Patrone, die beim Einsetzen beiderseits mit Kanülen durchstoßen wird, wobei im Boden der Patrone eine Trennwand aus semipermeablen Material eingelassen ist, die für Luft durchlässig und für die Tinte undurchlässig ist. Durch die direkte Belüftung der Patrone befindet sich das gesamte System in einem ständigen Druckausgleich mit der Außenluft, so dass gesonderte Kompensationsmaßnahmen für Temperatur- und Luftdruckänderungen entfallen können. Das Pumpelement und die Mikroschaltung werden von einer Batterie mit Strom versorgt.
• Die Vorrichtung hat jedoch den Nachteil, dass die Mikropumpe zur Kompensation des hydrostatischen Druckes ständig rückwärts pumpen und damit Energie verbrauchen müsste. Ferner wird der momentane Füllstand der Vorratspatrone durch die Regelung nicht erfasst. Eine Kompensation des unterschiedlichen Saugverhaltens des Papiers ist nicht möglich. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass bei Nichtbenutzung des Füllers Schreibflüssigkeit herausgedrückt wird und Tintenflecken entstehen können.
• Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Tintenschreibgerät der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem Tinte nur bei einer Schreibfunktion geregelt austritt, die Qualität des Papiers automatisch oder manuell ausgeglichen werden kann und Änderungen des Außendruckes und der Temperatur kein Auslaufen von Schreibflüssigkeit zur Folge haben. Die Mikropumpe ist nur während des Schreibvorganges für kurze Zeiträume aktiv.
• Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch mehrere Merkmale gelöst. Zur Vermeidung der negativen Einflüsse von Außendruckschwankungen und Temperaturausdehnungen innerhalb der Patrone wird diese beim Einsetzen in den Füllhalter bekannter Weise mit einer Öffnung versehen, welche das Patroneninnere mit dem atmosphärischen Außendruck in Verbindung bringt. Den Abschluss dieser Öffnung bildet ein Druckausgleichskanal mit einer Abdeckung, z. B. eine Membran aus einem semipermeablen Material. Durch diese Maßnahme wird ein Tintenaustritt verhindert und gleichzeitig ein Druckausgleich in der Patrone geschaffen. Für ein kontrolliertes Austreten von Tinte aus dem Vorratsbehälter zur Bereitstellung an die Schreibfeder sorgt ein Mikroventil, das steuerbar ist und auch als Drossel wirkt.
• Die Tintenableitung aus der Patrone in Richtung Schreibfeder ist bei aufgesetzter Verschlusskappe des Schreibgerätes und bei Ruhelage über eine festgelegte Zeitdauer durch das eingesetzte steuerbare Mikroventil geschlossen. Beim Abnehmen der Verschlusskappe bzw. beim Aufnehmen des Schreibgerätes aus der Ruhelage wird das Mikroventil solange geöffnet, bis ein manuell vorgegebener Arbeitspunkt am Tintenregler erreicht ist. Der Tintenleiter weist so einen relativ konstanten Arbeitspunkt auf, der ein weitgehend gleichmäßiges Schreibverhalten gewährleistet. Durch die elektronische Regelung der Tintenabgabe von der Tintenpatrone an den Tintenleiter wird in Verbindung mit der Belüftung der Patrone das Problem eines möglichen Überdruckes in der Patrone durch plötzliche Luftdruck- und Temperaturschwankungen vermieden.
• Der im vorderen Teil des Füllers eingesetzte Tintenleiter weist einen Zwischenspeicher auf, z. B. ein speziell gestaltetes Kapillarsystem oder eine elastische Kammer, welche in der Lage ist, auf einen sich ändernden Tintenbedarf an der Schreibspitze dynamisch zu reagieren. Das Kapillarsystem weist dazu unterschiedliche Querschnitte auf, womit unterschiedliche Kapillarkräfte und damit unterschiedliche Arbeitspunkte des Schreibsystems realisiert werden. Der Verlauf der Kapillarkräfte ist dabei vorzugsweise so gewählt, dass diese bei geringer Füllung des Zwischenspeichers, z. B. infolge einer entleerten Tintenpatrone, ausreichend groß sind, um ein vollständiges Entleeren des Zwischenspeichers zu vermeiden. Der Zwischenspeicher ist auch so gestaltet, dass er sich nach Einsetzen einer neuen Tintenpatrone und Freigabe des Ventils selbst flutet. Durch einen Wahlschalter lassen sich manuell verschiedene Arbeitspunkte des Tintendrucks vorgeben, welche durch Variation der Kapillarkräfte im Kapillarsystem zu unterschiedlichen Schreibintensitäten führen und so eine Anpassung an individuelle Bedürfnisse des Nutzers und an die Papierqualität ermöglichen.
• Eine Regelelektronik überwacht mittels eines Drucksensors den jeweils eingestellten Arbeitspunkt des Zwischenspeichers und hält diesen durch Ansteuerung eines im Tintenzufluss befindlichen Mikroventils konstant. Der Sensor, der den Arbeitspunkt überwacht, kann unterschiedlich ausgeführt sein. Möglich ist hier eine direkte Druckmessung, oder alternativ eine indirekte Druckmessung vermittelt durch eine Füllstandsmessung auf optischem Wege, auf Basis der Messung der elektrischen Leitfähigkeit oder der elektrischen Kapazität oder durch Ultraschall oder andere physikalische Prinzipien. Wird ein stärkerer Tintenfluss benötigt, so wird das steuerbare Ventil entsprechend weiter geöffnet. Das Ventil wird so als Drossel verwendet.
• Um das bei konventionellen Füllhaltern bestehende Problem des mangelnden Tintenübertrittes vom Tintenleiter zur Schreibfeder, z. B. nach Schreibpausen, zu beheben, wird erfindungsgemäß durch die Elektronik immer dann eine aktive Tintenförderung initiiert, wenn der Füllhalter nach Öffnen der Kappe bzw. nach einer vorangegangenen Ruhelage (Standby-Modus) bewegt wird oder der Abrissdetektor einen Tintenabriss an der Übergangsstelle meldet. Dabei wird erfindungsgemäß durch ein aktives Element, z. B. eine Mikropumpe, Tinte unmittelbar an die Übergabestelle Tintenleiter/Schreibfeder gefördert. Evtl. überschüssige Tinte wird durch Rückfluss in den Zwischenspeicher, z. B. in die Kapillaren aufgrund dort bestehender Kapillarkräfte, oder in eine elastische Kammer aufgrund des Unterdrucks, aufgesaugt.
• Die für die Sensorauswertung, Pumpansteuerung und Ventilsteuerung erforderliche Elektronik ist zweckmäßigerweise als ASIC ausgeführt und im vorderen Teil des Gehäuses des Tintenschreibgerätes angeordnet. Die Versorgung der Elektronik mit elektrischer Energie erfolgt über eine Batterie oder einen Akkumulator, welche in der Kappe des Schreibgerätes eingesetzt ist. Die Mikropumpe ist realisiert als bidirektionale dynamische Mikropumpe, wie sie z. B. in der DE 196 48 694 C1 beschrieben ist. Der Vorteil dieser Pumpe besteht darin, dass zuviel geförderte Tinte durch Gegenpumpen zurückgepumpt werden kann. Das Ventil ist so ausgeführt, dass durch Einwirkung eines Linearantriebes die elastische Abdeckung einer Ventilkammer derart verformt wird, dass die Auslassöffnung geschlossen und somit ein Tintenfluss unterbunden wird. Der Linearantrieb besteht aus einer Piezokeramik, deren Formänderung bei Anlegen einer elektrischen Spannung unmittelbar oder über ein geeignetes Getriebe auf die elastische Abdeckung einwirkt. Das Ventil ist so realisiert, dass der Fluss im stromlosen Zustand unterbrochen ist und das Schreibgerät bei Nichtgebrauch keine elektrische Energie benötigt. Bei Ausführung des Ventils mit spannungsproportionaler Öffnung kann das Ventil als elektronisch gesteuerte Drossel verwendet werden und so die Möglichkeiten der Flussregelung erweitern.
• Der Kanalkörper 10 der die Funktionselemente Ventil 41 bis 44, Zwischenspeicher 45, Mikropumpe 33 und die Verbindungskanäle enthält, besteht aus einer strukturierten Keramikplatte, die beiderseitig durch elastische Abdeckplatten flüssigkeitsdicht abgedeckt sind. Weitere Ausführungsformen bestehen aus einem Silizium-Glasverbund bzw. Kunststoffverbund.
• Das erfindungsgemäße Schreibgerät hat den Vorteil, dass Umwelteinflüsse, wie Luftdruckänderungen und Temperaturschwankungen keinen nachteiligen Einfluss auf die Schreibqualität ausüben und der Tintenleiter mit seinem Zwischenspeicher in einfacher Weise ausgeführt werden kann, darüber hinaus kann durch Veränderung des Arbeitspunktes des Zwischenspeichers unterschiedliches Saugverhalten des Papiers ausgeglichen werden.
• Der der Erfindung zugrundeliegende Gedanke wird in der nachfolgenden Beschreibung anhand eines Ausführungsbeispiels, das in den Zeichnungen dargestellt ist, näher erläutert.
• Es zeigt:
• Fig. 1 eine Gesamtdarstellung des Tinten-Schreibgerätes im Längsschnitt
• Fig. 2 eine Darstellung des Regelsystems
• Fig. 3a ein Layout des Fluidsystems von der Vorderseite (Zwischenspeicher in Ausführungsbeispiel Kapillare)
• Fig. 3b ein Querschnitt des Fluidsystems (A-A)
• Fig. 3c ein Layout des Fluidsystems von der Rückseite
• Fig. 4 ein Querschnitt des Kapillarsystems mit Sensorik (Ausführungsbeispiel Optosensorik)
• Fig. 5 ein Querschnitt von Schreibfeder und Abrissdetektor
• Fig. 6 ein Querschnitt des Zwischenspeichers (Ausführungsbeispiel verformbare Kammer)
• Fig. 7 ein Querschnitt durch den Mikroventilantrieb mit Piezostapel
• Fig. 8 einen Mikroventilantrieb mit Piezostreifen
• Fig. 1 zeigt zunächst einen Querschnitt durch das Schreibgerät mit der Schreibfeder 9, den Halter der Schreibfeder 8 im Vorderteil des Gehäuses 3. Im Gehäuseoberteil 1 befindet sich als Tintenvorratsbehälter eine Tintenpatrone 4 sowie ein Batteriefach zur Aufnahme der Batterie 6. Das Batteriefach ist durch eine Abdeckung 2 verschlossen. Die Tintenpatrone 4 ist mit einer Verschlussstopfen 12 verschlossen, der beim Einsetzen in das Schreibgerät mit einer Kontaktnadel 13 durchstoßen wird. Die Kontaktnadel 13 ist in dem Kanalkörper 10 bestehend aus einem Keramik/Metallverbund befestigt, in dem alle fluidischen Funktionselemente wie Mikropumpen, Speicher und Ventile angeordnet sind. Aus dem Kanalkörper 10 gelangt die Tinte durch einen Tintenleiteranschluss 15 und ein elastisches Zwischenstück 14 über einen Durchströmkanal 60 zur Schreibfeder 9. Durch Leitfähigkeitsmessung zwischen der Schreibfeder 9 und der Abrissdetektorelektrode 61 kann festgestellt werden, ob der Kapillarspalt unter der Schreibfeder mit Tinte gefüllt ist oder ob der Tintenkontakt zur Schreibfeder infolge Austrocknung oder Neubestückung einer Patrone abgerissen ist. Auf einer Leiterplatte 31 befinden sich die elektronischen Bauelemente 32, die für die Steuerung des Schreibgerätes verantwortlich sind.
• Die Funktionsweise des Schreibgerätes soll anhand von Fig. 2 in einer elektrischen Analogie erläutert werden. Der hydrostatische Druck in der Tintenpatrone 4 repräsentiert in der elektrischen Analogie eine elektro-motorischen Kraft (EMK) mit der Spannung U_P. Diese Spannung ändert sich je nach Füllungsgrad der Patrone 4 und Gebrauchslage des Schreibgerätes. Eine andere EMK mit der Spannung U_S stellt das Saugverhalten des Papiers dar. Auch diese Spannung ist veränderlich und von den jeweiligen Papiereigenschaften abhängig. Der Schalter S_P symbolisiert das Aufsetzen der Schreibfeder 9 auf das Papier und den damit eintretenden Tintenfluss i_T. Der Schalter S_V steht für das Ventil. Im Tintenfluss i_T sind verschiedene Widerstände R_P, R_T und R_V angeordnet, die für die Strämungswiderstände der einzelnen Funktionselemente und Verbindungskanäle stehen. Im Tintenfluss ist weiterhin eine Mikropumpe µP angeordnet, mittels welcher im Fall des Tintenabrisses im Schreibfederkapillarspalt gezielt eine bestimmte Tintenmenge in den Schreibfederkapillarspalt dosiert werden kann. Ein elastischer Zwischenspeicher C_Z wird als Kondensator dargestellt, der Ladung aufnimmt und bedingt durch seine Ladespannung die gespeicherte Ladung als Stromfluss über die Zeit abgeben kann.
• Eine Ausführungsform des elastischen Zwischenspeichers als Kapillare mit unterschiedlichen Querschnitten realisiert entsprechend der eingestellten Arbeitspunkte unterschiedliche Kapillarkräfte U_K. Die Z-Diode D_K symbolisiert das Rückhaltevermögen der beschriebenen Kapillare.
• Im Ruhezustand des Schreibgerätes ist zunächst das Ventil am Tintenvorratsbehälter geschlossen, d. h. der entsprechende Schalter S_V ist offen. Wird das Schreibgerät auf das Papier aufgesetzt, wird sinngemäß der Schalter S_P geschlossen. Bedingt durch die Saugwirkung des Papiers U_S setzt ein Tintenfluss i_T vom Zwischenspeicher C_Z durch die Mikropumpe µP ein, sofern nicht durch Eintrocknen der Tinte im Schreibfederkapillarspalt die Brücke S_A unterbrochen ist.
• Sollte dies der Fall sein, wird dies durch Abrissdetektor I_A festgestellt und über Verstärker V₂ die Mikropumpe µP zur Förderung einer Tintenmenge so lange aktiviert, bis an I_A Tinte erkannt wird.
• Die Tinte wird dabei sowohl während des Anschreibens über Mikropumpe µP als auch beim Weiterschreiben aufgrund des Saugdrucks des Papiers U_S dem Zwischenspeicher C_Z entnommen, das heißt dieser Kondensator lädt sich entsprechend auf. Diese Aufladung entspricht einem wachsenden Unterdruck im Tintenleitsystem. Der Unterdruck am Zwischenspeicher C_Z wird je nach Ausführungsform mittelbar (kapazitiv, optosensorisch o. ä.) oder unmittelbar als Tintendruck U_T gemessen und mit einem manuell über einen Vorwahlschalter einstellbaren Solldruck U_ST verglichen. Die Differenz wird über einen Operationsverstärker V₁ ausgewertet und dem Ventil S_V zugeführt. Dieses wird dadurch solange geöffnet, bis der Unterdruck U_T am Zwischenspeicher C_Z dem eingestellten Solldruck U_ST entspricht.
• Wichtig ist, dass der im wesentlichen aus U_P, C_Z, U_T, V₁ und S_V bestehende Regelkreis so dimensioniert ist, dass in keiner Situation ein Überdruck im Tintenleitsystem auftritt, der größer als das Rückhaltevermögen der Schreibfeder ist. Dieses Rückhaltevermögen der Schreibfeder wird durch die Z-Diode D_F symbolisiert.
• Der Aufbau des Kanalkörpers 10, der alle wesentlichen Funktionselemente enthält, ist in Fig. 3a, 3b und 3c dargestellt. Der aus einer Glaskeramik hergestellte Kanalkörper 10 enthält auf den beiden Oberflächen durch Feinstbearbeitung eingearbeitete Mikrostrukturen der Funktionselemente wie Mikropumpen, Ventile, Druckmesskammern und Verbindungskanäle. Kanalkörper 10 ist mit zwei elastischen -Abdeckplatten 16 und 17 aus Edelstahl abgedeckt. Die beiden Abdeckplatten 16 und 17 werden durch eine Polymerdispersion 18, die eine thermisch reaktive Gruppe einer oder mehrerer der Typen Epoxide, Acrylate, Isocyanate enthält, durch Heißpressen miteinander verbunden.
• Die Kontaktnadel 13 ist in einer Bohrung im Kanalkörper 10 befestigt. Die Tinte fließt zunächst in eine Einlasskammer 40, von dort über einen Ventileinströmkanal 41 in die eigentliche Ventilkammer 42. Das Schließen des Ventils zum Tintenvorrat wird dadurch bewirkt, dass die elastische Abdeckplatte 17 durch einen geeigneten Ventilantrieb auf den sogenannten Ventilsitz 44 gedrückt wird und damit den Ventilauslasskanal 43 verschließt. Der Ventilsitz 44 besteht aus einer Folie elastischen Materials, um ein sicheres Verschließen zu ermöglichen. Durch den Verbindungskanal 39 strömt die Tinte in die Pumpenvorkammer 46.
• Die Mikropumpe besteht aus drei Kammern 46, 48 und 50, die durch das Einlassventil 47 und das Auslassventil 49 miteinander verbunden sind. Die Pumpkammer 48 ist sehr flach gestaltet, um eine Selbstflutung der Pumpkammer 48 zu ermöglichen. Die Pumpkammer 48 ist abgedeckt mit der elastischen Abdeckplatte 17 zweckmäßigerweise aus Edelstahl, auf der die Piezoscheibe 33 durch eine leitende Klebverbindung befestigt ist. Ein Pol der Piezoscheibe 33 ist mit einer elektrisch leitenden Abdeckplatte 17 leitend miteinander verbunden. Die Abdeckplatte 17 und die Piezoscheibe 33 bilden zusammen einen Bimorph, d. h. bei Anlegen einer Spannung an die leitenden Pole der Piezoscheibe 33 tritt eine Verwölbung des Bimorphes ein. Auf die Pumpkammer 48 wird auf diese Weise eine Volumenverdrängung des Fluids ausgeübt. Die Volumenverdrängung hängt von der an die Pole der Piezoscheibe 33 angelegten Impulsform und Größe ab. Die zwischen den Kammern 46, 48, und 50 befindlichen Einlass- bzw. Auslasskanäle 47 und 49 stellen veränderliche Strömungswiderstände dar. In Kombination turbulenter und laminarer Strömungsverhältnisse im Zusammenhang mit der Form der Ansteuerimpulse der Piezoscheibe 33 entsteht eine Pumpwirkurig, mit deren Hilfe gezielt Tinte an den möglicherweise trockenen Kapillarspalt 62 der . Schreibfeder transportiert werden kann. Einzelheiten hierzu sind der Beschreibung zu Fig. 5 zu entnehmen.
• Im Verbindungskanal 39 des Ventilauslasskanals 43 zur Pumpvorkammer 46 ist fluidisch der Zwischenspeicher 45 angeschlossen, der durch Abdeckplatte 16 abgedeckt ist. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Zwischenspeicher 45 als Kapillare mit ansteigendem Querschnitt dargestellt, bei welchem sich in Abhängigkeit vom Füllungsgrad unterschiedliche Kapillarkräfte und damit unterschiedliche Arbeitspunkte des Zwischenspeichers einstellen. Eine semipermeable Membran 59 verhindert den Austritt von Tinte bei gleichzeitigem Druckausgleich zum athmosphärischen Außendruck.
• Im Knotenpunkt des Verbindungskanals 39 zum Zwischenspeicher 45 befindet sich die Druckmesskammer 50, die über die Druckausgleichsbohrung 51 im Kontakt mit dem Drucksensor 35 steht. Im Ausführungsbeispiel besteht der Drucksensor 35 aus einem Siliziumchip mit piezoresistiven Widerständen. Das Messergebnis des Drucksensors 35 stellt den Istwert des im Zwischenspeicher 45 herrschenden Tintendrucks (Arbeitspunkt) dar und wird durch eine Regelelektronik mit dem am Wahlschalter 63 einstellbaren Tintendruck-Sollwert verglichen. Je nach Ergebnis des Soll-/Istwertvergleichs wird von der Regelelektronik durch entsprechende Ansteuerung des im Tintenzufluss befindlichen Mikroventils 41 bis 44 der vorgegebene Arbeitspunkt konstant gehalten.
• Neben der direkten Druckmessung ist in Fig. 3b und Fig. 4 alternativ eine indirekte Druckmessung, vermittelt durch eine Füllstandsmessung auf optischem Wege dargestellt. Dabei werden mittels mehrerer Lichtschranken, bestehend aus den Leuchtdioden-/Fotosensorpaaren 55 und 56 und den zugehörigen Lichteintrittsblenden 57 verschiedene Arbeitspunkte des Zwischenspeichers kontrolliert.
• Fig. 3a bzw. Fig. 3c zeigen die Strukturen im Kanalkörper 10 von der Vorder- und Rückseite.
• In Fig. 5 ist im Querschnitt der Tintenabrissdetektor 61 dargestellt. Durch Leitfähigkeitsmessung zwischen der Schreibfeder 9 und der Abrissdetektorelektrode 61 kann festgestellt werden, ob Durchströmkanal 60 und Kapillarspalt 62 unter der Schreibfeder 9 mit Tinte gefüllt sind oder ob der Tintenkontakt zur Schreibfeder infolge Austrocknung oder Neubestückung einer Patrone abgerissen ist. Im letzten Fall wird durch die Regelelektronik die Mikropumpe 33 so lange angesteuert, bis durch den Tintenabrissdetektor 61 das Vorhandensein von Tinte im Kapillarspalt 62 der Feder erkannt wird.
• Fig. 6 zeigt einen Querschnitt durch eine alternative Ausführung des Zwischenspeichers 45 als elastische Kammer. In der gezeigten Form ist diese als separates Bauteil mit Durchtrittsöffnung 51 dargestellt. Die elastische Kammer kann auch in den Fluidkörper 10 integriert werden.
• In Fig. 7a und 7b ist der Ventilantrieb dargestellt. Die Stellbewegung eines Linearantriebes, ausgeführt als Piezostapel 28, wird über durch Übersetzung Hebelübersetzung auf die Formfeder 25 übertragen, die sich entsprechend streckt und die Abdeckplatte 16 vom Ventilsitz 44 freigibt. Wird der Piezostapel 28 nicht mit einer Spannung beaufschlagt, drückt die Formfeder die Abdeckplatte 16 auf den Ventilsitz. Es ist vorteilhaft, wenn der Ventilsitz 44 aus einer elastischen Platte besteht um den Leckfluss des Ventils zu vermeiden.
• In Fig. 8 ist eine alternative Lösung für den Ventilantrieb dargestellt. Hier übernimmt die Antriebsfunktion ein Bimorph, bestehend aus einem Piezostreifen 29 und einer Biegefeder 30. Auch bei dieser Lösung ist es vorteilhaft, wenn durch die Ausformung der Biegefeder 30 im spannungslosen Zustand das Druckstück 26 über die Abdeckplatte auf den Ventilsitz 44 drückt 1 Gehäuseoberteil
  2 Batteriefachabdeckung
  3 Gehäuseunterteil
  4 Tintenvorratsbehälter/Patrone
  5 Belüftungsöffnung
  6 Batterie
  7 Befestigungsring
  8 Federhalter
  9 Schreibfeder
  10 Kanalkörper
  11 Piezoantrieb für Mikropumpe
  12 Verschlussstopfen
  13 Kontaktnadel
  14 Schlauchverbinder
  15 Tintenleiteranschluss
  16 elastische Abdeckplatte L
  17 elastische Abdeckplatte P
  18 Klebeschicht
  19 Durchbrüche
  20 -
  21 -
  22 Bimorph-Halter
  23 Ventilantrieb
  24 Widerlager
  25 Formfeder
  26 Druckstück
  27 Getriebehebel
  28 Piezostapel
  29 Piezostreifen
  30 Biegefeder
  31 Leiterplatte
  32 Elektronische Bauelemente
  33 Piezoscheibe
  34 Anschluss Piezoscheibe
  35 Drucksensor
  36 -
  37 -
  38 -
  39 Verbindungskanal
  40 Einlasskammer
  41 Ventileinströmkanal
  42 Ventilkammer
  43 Ventilauslasskanal
  44 Ventilsitz
  45 Zwischenspeicher
  46 Pumpvorkammer
  47 Pumpeneinlassventil
  48 Pumpkammer
  49 Pumpenauslassventil
  50 Druckmesskammer
  51 Druckausgleichsbohrung
  52 -
  53 -
  54 Auslasskammer
  55 Leuchtdioden
  56 Fotosensoren
  57 Lichteintrittsblende
  58 Transparente Abdeckung
  59 Semipermeable Membran
  60 Durchströmkanal
  61 Tintenabrissdetektor
  62 Kapillare unter der Schreibfeder
  63 Wahlschalter
  U_S Saugdruck Papier
  U_P hydrostatischer Druck des Tintenvorrates
  S_P Berührungskontakt Schreibfeder - Papier
  V₁ Verstärker 1
  V₂ Verstärker 2
  D_F Rückhaltevermögen Schreibfeder
  S_A Anschreibunterbrechung Schreibfederkapillare
  I_A ;Tintenabrissdetektor
  i_T Tintenfluss
  S_V Ventil zum Tintenvorratsbehälter
  C_Z Kapazität des Zwischenspeichers
  U_K Kapillarkraft
  D_K Rückhaltekraft Kapillare
  U_T Tintendruck
  U_TS Tintendruck Sollwert
  

Claims (14)

1. Tintenschreibgerät mit einem hülsenförmigen Stiftschaft, einem zur Aufnahme der Tinte dienenden Behälter mit Belüftungsöffnung, einer Schreibspitze, einem die Tinte aus dem Behälter zur Schreibspitze führenden Tintenleitsystem, welches sich in einem Kanalkörper befindet, einer Batterie oder Akku, sowie einem Regelsystem, dadurch gekennzeichnet,
dass zwischen Tintenvorratsbehälter (4) und Tintenleitkanal im Kanalkörper (10) ein steuerbares Mikroventil (23, 40. . .44) angeordnet ist, das von einer Regelelektronik (31, 32) angesteuert wird,
dass der Tintenleiter einen Zwischenspeicher (45) enthält, welcher verschiedene Arbeitspunkte mit unterschiedlichen Tinten-Rückhaltekräften realisiert,
dass die unterschiedlichen Arbeitspunkten des Zwischenspeichers (45) unterschiedlichen Tintenfluss zur Folge haben,
dass dem Zwischenspeicher (45) ein Sensor zur Messung des Tintendruckes zugeordnet ist, dessen Ausgangssignal von der Regelelektronik mit einem Sollwert verglichen und zur Steuerung des Mikroventils (23, 40. . .44) verwendet wird,
dass im Tintenleiter zwischen Schreibfeder (9) und Zwischenspeicher (45) eine Mikropumpe (33) angeordnet ist, die bei fehlender Tinte im Kapillarspalt 62 der Feder aktiviert wird,
dass in der Federspitze ein Leitfähigkeitssensor als Tintenabrissdetektor (61) angeordnet ist, der bei fehlender Tinte ein Signal für die Mikropumpenansteuerung erzeugt,
dass eine die Schreibfeder (9) des Tintenschreibgerätes abdeckende Kappe gleichzeitig einen Ausschalter betätigt.

2. Tintenschreibgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Tintenleiter eine Mikropumpe (11, 46. . .49) zwischen Zwischenspeicher (45) und Schreibspitze (9) angeordnet ist, welche im Ruhezustand einen Strömungswiderstand darstellt.

3. Tintenschreibgerät nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die aktive Mikropumpe (11, 46. . .49) durch ein Piezo-Bimorphsystem (11) angesteuert wird.

4. Tintenschreibgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass am Gehäuseunterteil (3) ein Wahlschalter zur Einstellung des Tintendruck- Sollwertes im Zwischenspeicher (45) angeordnet ist.

5. Tintenschreibgerät nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenspeicher (45) aus einer elastischen Kammer besteht, deren Innendruck als Maß für den Arbeitspunkt durch die Regelelektronik eingeregelt wird.

6. Tintenschreibgerät nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenspeicher (45) aus einer oder mehreren Kapillaren besteht, deren Querschnitt sich längs jeder Kapillare ändert und sich so je nach Füllungsgrad unterschiedliche Kapillarkräfte einstellen.

7. Tintenschreibgerät nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass dem Zwischenspeicher (45) ein Drucksensor (35) zur Messung beliebig einstellbarer Arbeitspunkte zugeordnet ist.

8. Tintenschreibgerät nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zur Kontrolle der Arbeitspunkte am Zwischenspeicher (45) kapazitive und/oder optische Sensoren (55, 56) angeordnet sind.

9. Tintenschreibgerät nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das steuerbare Mikroventil (23, 40. . .44) eine Drossel mit variabler Durchflussmenge ist.

10. Tintenschreibgerät nach Anspruch 1 bis 5 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil aus einer Mikrostruktur im Kanalkörper (10) und einer Abdeckplatte (17) besteht und die Abdeckplatte (17) eine Membran ist.

11. Tintenschreibgerät nach Anspruch 1 bis 5, 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, das die elastische Abdecklatte (17) durch einen Linearantrieb verformt wird und einen Ventilsitz (44) verschließt.

12. Tintenschreibgerät nach Anspruch 1 bis 5 und 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Linearantrieb aus einem Piezostapel (28) mit Übersetzung der Stellbewegung durch einen Getriebehebel (27) und einer Formfeder (25) besteht.

13. Tintenschreibgerät nach Anspruch 1 bis 5 und 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Linearantrieb ein Bimorph, bestehend aus Piezostreifen (29) und Biegefeder (30) ist.

14. Tintenschreibgerät nach Anspruch 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Strukturen von Mikropumpe (46 bis 49), Zwischenspeicher (45), Einlass-Ventil (13) und die Verbindungskanäle in die Oberfläche eines Kanalkörpers (10) eingeformt sind, die mit elastischen Platten abgedeckt und flüssigkeitsdicht miteinander verbunden sind.