-
Die Erfindung betrifft einen Matrixdrucker, insbesondere
einen seriellen Drucker, mit zumindest einem Düsendruckkopf, der an eine Tintenflüssigkeitsversorgung
angeschlossen ist und schnelle Hin- und Herbewegungen auf voller
Zeilenlänge
oder auf Zeilen-Teillängen
ausführt,
wobei der Düsendruckkopf
einen zweigeteilten Düsendruckkopf-Tank
aufweist mit einem Hohlraum , der durch ein feinmaschiges Sieb zweigeteilt
ist, und wobei eine vor Druckbeginn über einen Unterdruck durch
Lufteinlassen gebildete, die Tintenbewegungen dämpfende Luftblase ca. 50% des
Hohlraums vor dem flächigen
Sieb einnimmt. Ein solcher gattungsgemäßer Matrixdrucker ist aus der
DE 101 32 964 A1 bekannt.
-
Bei den aus der
DE 101 09 761 A1 oder der
DE 101 32 964 A1 bekannten
Matrixdruckern besteht das Problem, dass sich die Tintenflüssigkeit
relativ zum Druckwerk bewegen kann. Eine typische Störgröße ist die
X-Komponente, die eine Tinten-Flüssigkeitssäule innerhalb
des Düsendruckkopfes
und/oder der Tintenflüssigkeitsversorgung
bewirkt, die eine endliche Ausdehnung in Bewegungsrichtung des Düsendruckkopfes
besitzt. Aufgrund ihrer Trägheit
bewegt sich die Tinten-Flüssigkeitssäule bei
Beschleunigungen entgegengesetzt zur Bewegungsrichtung des Düsendruckkopfes.
Dadurch ist nicht auszuschließen,
dass Tintenflüssigkeit
unkontrolliert aus den Düsen
ausläuft
und sowohl das Druckwerk als auch den Aufzeichnungsträger verunreinigt.
Gemäß dem aufgezeigten
Stand der Technik können
Gegenmaßnahmen
durch eine Minimierung der Tinten-Flüssigkeitssäule, eine Begrenzung der Beschleunigungskräfte sowie
das Einbringen von Dämpfungs-Luftblasen
gegeben sein.
-
Neuere Untersuchungen haben gezeigt, dass
nach längerem
Drucken zusätzlich
eine Schockempfindlichkeit des Druckers auftritt. Diese Empfindlichkeit äußert sich
darin, dass nach einer Erschütterung
des Druckers das gesamte Druckbild plötzlich verschwindet. Dieses
Phänomen
wird bspw. durch das Zufallen einer Klappe, eines Deckels am Drucker,
durch eine Erschütterung
der Unterlage, durch das Heranfahren des den Düsendruckkopf tragenden Druckschlittens
an die Seitenwand zur Normierung der Druckschlitten-Ausgangsposition
ausgelöst.
-
Es hat sich ferner gezeigt, dass
die Schockempfindlichkeit eng mit einer Volumenverminderung der
Luftblase im Düsendruckkopf
bis zu ihrem völligen
Verschwinden zusammenhängt.
Hierzu wurde die Entstehung, das Aufrechterhalten und das Verschwinden
der Luftblase genauer erforscht. Der Grund für die schockdämpfende
Wirkung der Luftblase ist, dass sie als nahezu masseloses elastisches Element
die harte hydraulische Kopplung des gesamten Tintenzufuhrsystems
unterbricht. Stoßwellen,
wie solche nach Erschütterungen
des Druckers auch in der Tintenzufuhr entstehen, können sich
nicht mehr bis zu den Druckdüsen
hin fortpflanzen und diese dabei vollständig entleeren. Ein Beispiel
mag diese Wirkung erklären:
Das Volumen aller Düsen
der zum Stand der Technik genannten Druckschriften beträgt im Druckwerk
etwa 20 Nanoliter. Dadurch ist nur eine sehr geringe Auslenkung
einer den Tintenraum begrenzenden Wand erforderlich, um schlagartig
den gesamten Düsenraum
zu entleeren und damit eine Tropfenbildung am Ausgang der Düse zu verhindern. Die
Luftblase liegt auf der Tintenzufuhrseite, woraus zu schließen ist,
dass die beschriebenen Störungen aus
dem Tintenversorgungs-System herrühren. Letzteres besteht im
wesentlichen aus einem Tintenspeicher und einem Tintenschlauch,
der den Tintenspeicher mit dem Düsendruckkopf
verbindet. Diese Bauteile besitzen im allgemeinen große Begrenzungsflächen für die Tinte
und können
nicht derart gestaltet werden, dass eine Einkopplung der Störungen wirksam
unterbunden werden könnte.
Für das
Verschwinden der Luftblase sind im wesentlichen zwei Effekte maßgebend:
Die Löslichkeit
von Gasen (Luft) in der Tinte und/oder die Entstehung von Mikroblasen durch
die Bewegung des Düsenkopfes,
die später durch
den Düsenkopf
mit dem Tintenfluss abtransportiert werden.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde,
einen Abbau des Luftblasen-Volumens im Verlauf von relativ kurzen
Druckzeiten zu vermeiden und ebenfalls physikalisch mit der Luftblase
verbundene Eigenarten zu berücksichtigen.
-
Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
dass in Fließrichtung
vor dem Sieb eine poröse
Schicht aus tintenbeständigen,
offene Poren bildenden Werkstoffen eingebracht ist. Dadurch können die
Abstände
für eine
Luftblasen-Regeneration
drastisch erhöht
werden. Die weiteren Nachteile einer freien Luftblase, die in unmittelbarem Kontakt
mit der Tintenflüssigkeit
stehen, d.h. eine Löslichkeit
von Gasbestandteilen der Luft in der Flüssigkeit durch Entstehen von
Mikroblasen in der Tintenflüssigkeit
durch die Bewegung des Düsendruckkopfes,
die mit der Tintenflüssigkeit
durch den Düsendruckkopf
hindurchwandern könnten,
werden ebenfalls beseitigt. Es wird verhindert, dass beide Effekte
das Volumen der Luftblase stetig durch Drucken vermindern. Probleme
bei Öltinten
durch Mikroblasen in dem Tintenflüssigkeits-Volumen mit einer
niedrigen Oberflächenspannung
werden ebenfalls vermieden. Dabei wird in solchen Fällen auch
bei schnellen Druckbewegungen, stärkerem Bremsen und Beschleunigen
bei Umkehr der Druckschlitten-Bewegung der Abbau des Luftblasen-Volumens verhindert.
Je näher
der Düsendruckkopf
an seiner Leistungsgrenze betrieben wird, desto heftiger wird die
Mikroblasenerzeugung und desto schneller würde das Luftblasen-Volumen
abgebaut und damit die Dämpfungswirkung
vermindert. Eine darauf basierende Luftblasen-Regeneration in immer
kürzeren Abständen wird
vermieden. Aus diesem Grund finden auch keine Druckunterbrechungen
und eine erhöhte
Abfalltinten-Erzeugung statt. Ebenfalls wird vermieden, dass bei
einer häufigen
Luftblasen-Regeneration Restluft in der Nähe der Tintendüsen verbleibt,
die dann bei der ersten Druckseite erst mit der Tinte aus dem Düsendruckkopf
herausgeschwemmt werden muss. Damit wird also auch ein erhöhtes Düsenausfall-Risiko
vermindert. Ein weiterer Vorteil ist, dass eine den Tintenspeicher
bildende Tintenkartusche deutlich weiter entleert werden kann als
bisher.
-
In Ausgestaltung der Erfindung ist
vorgesehen, dass die poröse
Schicht einen den Hohlraum ausfüllenden,
aus den Werkstoffen mit offenen Poren geformten Körper bildet.
Der Körper
verhindert, dass eine weitere Störgröße entsteht.
Dabei kann eine Eigenbewegung des Körpers durch entsprechende Bemessung
und/oder Verdichtung verhindert werden.
-
Vorteilhaft ist außerdem,
dass der aus den Werkstoffen mit offenen Poren geformte Körper auswechselbar
ist. Der Körper
kann dadurch auch noch nachträglich
eingesetzt oder bei Verschmutzung ausgetauscht werden.
-
Eine andere Weiterbildung besteht
darin, dass das feinmaschige Sieb, das Bauteil mit dem Hohlraum
für die
Luftblase und der aus Werkstoffen mit offenen Poren geformte Körper zusammen
eine Baueinheit bilden. Dadurch kann von Zeit zu Zeit die ganze
Baugruppe, falls dafür
ein Anlass gegeben ist, leicht ausgewechselt werden.
-
Nach weiteren Merkmalen ist vorgesehen, dass
die die offenporige Schicht bildenden Werkstoffe aus Fasern, Fäden oder
spanähnlichen
Einzelteilen bestehen. Dafür
kann jede Art von offenporigen, benetzbaren und tintenbeständigen Werkstoffen
eingesetzt werden.
-
Die Kompaktheit, leichte Herstellbarkeit
und Formbeständigkeit
kann dadurch noch verbessert werden, dass der aus Werkstoffen mit
offenen Poren gebildete Körper
aus Schaumstoff geschnitten ist. Derartige elastische Schwämme bieten
den Vorteil, dass ihre Kapillareigenschaften durch Kompression sehr
genau eingestellt werden können.
Schwämme sind
elastisch genug, dass sie auch nachträglich über die Tintenflüssigkeitsversorgung
in den Düsendruckkopf
eingeführt
oder wieder entfernt werden können.
-
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der
Erfindung dargestellt, die nachstehend näher erläutert werden.
-
Es zeigen:
-
1 eine
perspektivische Darstellung eines Düsendruckkopfes mit Tintenflüssigkeits-Zufuhr, Luftblase
und Sieb,
-
2 perspektivisch
einen Körper,
der bspw. aus Schaumstoff geschnitten ist und
-
3 dieselbe
perspektivische Ansicht des Düsendruckkopfes
wie 1 mit eingesetztem
Körper.
-
Der näher nicht dargestellte Matrixdrucker, insbesondere
ein serieller Drucker, weist zumindest einen Düsendruckkopf 1 auf,
der auf einem Druckkopfschlitten montiert in Hin- und Herbewegungs-Richtungen 10 beim
Drucken bewegt wird. Der Düsendruckkopf 1 ist
an eine Tintenflüssigkeit-Versorgungseinrichtung 2 angeschlossen,
die ihrerseits Tintenflüssigkeit 3 aus
einem (nicht dargestellten) Tintenspeicher, bspw. einer Tintenkartusche bezieht. Über der
(nicht sichtbaren) Düsenreihe,
die bspw. aus 2 x 128 = 256 Düsen
bestehen kann, befindet sich ein Hohlraum 4 eines Düsendruckkopf-Tanks 4a,
der mittels eines feinmaschigen Siebs 5 abgeschlossen ist. Über dem
Sieb 5 wird eine Luftblase 6 von ca. 50% des Volumens
des Hohlraums 4 bei Druckbeginn gehalten. Der Düsendruckkopf 1 ist in
Piezo-Bauart ausgeführt.
An der Rückseite 7,
die der Düsenreihe 8 gegenüberliegt,
ist für
jede Düse ein
elektrischer Anschluss 9 angeordnet. Bei Beaufschlagung
des jeweiligen Anschlusses 9 mit einem Strom- oder Spannungsimpuls
wird auf der Düsenseite 8 ein Tintentropfen
senkrecht zur Hin- oder Herbewegungs-Richtung 10 des Düsendruckkopfes 1 auf
einen im richtigen Abstand angeordneten Aufzeichnungsträger „abgeschossen". Die jeweils angesteuerte
Matrix bildet ein Schriftzeichen oder ein ganzes Bild.
-
In Fließrichtung der Tintenflüssigkeit 3 vor dem
Sieb 5 ist eine poröse
Schicht 11 aus tintenbeständigen, offene Poren bildenden
Werkstoffen 12 eingebracht. Diese poröse Schicht 11 bildet
einen den Hohlraum 4 ausfüllenden, aus den offene Poren bildenden
Werkstoffen 12 geformten Körper 13. Der Körper 13 kann
weitgehend kompakt sein, so dass er auswechselbar ist und genau
in den Hohlraum 4 passt und selbst keine Verlagerungen
ausführt.
-
Außerdem kann das feinmaschige
Sieb 5, das Bauteil mit dem Hohlraum 4 für die Luftblase 6 und
der aus den Werkstoffen 12 mit offenen Poren geformte Körper 13 eine
separat handhabbare zu bevorratende Baueinheit bilden.
-
Die Werkstoffe 12 zur Bildung
offener Poren können
aus Fasern oder Fäden 12a oder
aus spanartigen Einzelteilen bestehen.
-
Eine andere Form entsteht durch Ausschneiden
des Körpers 13 aus
Schaumstoff 14 mit der Gestalt und den Abmessungen des
Hohlraums 4.
-
Zum weiteren Verständnis der
Erfindung tragen noch folgende Erkenntnisse und Beobachtungen bei:
Gasmoleküle
können
an der Grenzfläche,
wie sie im Hohlraum 4 zwischen der Tintenflüssigkeits-Oberfläche und
der Luftblase 6 besteht, in die Tintenflüssigkeit 3 eindringen
und molekular gelöst
verbleiben. Dieser Vorgang hält
so lange an, bis der bei diesem Druck und dieser Temperatur gegebene
Dampfdruck des Gases erreicht ist. Das Gleichgewicht zwischen gelöster Luft
und ihrem Dampfdruck wird jedoch nicht erreicht, weil ständig neue
Tintenflüssigkeit 3 aus
der Tinten flüssigkeitsversorgung 2 an
der Luftblase 6 im Hohlraum 4 vorbeiströmt und die
Luftblase 6 nach und nach völlig aufgelöst wird. Eine Analogie für diesen
Vorgang könnte
für die
Gaslösung
in Flüssigkeiten
in der Lösung
von Kohlendioxid als Kohlensäure in
Wasser gesehen werden. Ein diesbezügliches Verhalten der Tintenflüssigkeit 3 ist
insbesondere bei Tintendruckern mit Piezo-Düsendruckköpfen 1 unerwünscht, weil
die Druckwelle während
des Piezo-Vorgangs zum Tropfenausstoß das ungelöste Gas auch wieder freisetzen
kann. Dem entspricht etwa der bekannte Sprudelwassereffekt, bei
dem durch die Druckerniedrigung während des Öffnens der Sprudelflasche das
Gas wieder aus der Flüssigkeit
herausperlt.
-
Die hohen Beschleunigungen des Düsendruckkopfes 1,
die für
eine hohe Druckleistung erforderlich sind, lassen eine turbulente
Flüssigkeitsströmung im
Hohlraum 4, in der Tintenflüssigkeit 3 und am
Rand der Luftblase 6 entstehen. Ein großer Teil der Energie aus der
Bewegung wird damit in innere Energie der Tintenflüssigkeit 3 umgewandelt.
Dieser Anteil ist mehr als ausreichend, um kleine Blasen in unterschiedlichen
Größen und
hoher Zahl entstehen zu lassen. Während die größeren Blasen
durch den ebenfalls mit dem Radius anwachsenden Auftrieb sehr schnell
wieder verschwinden, bleiben die kleineren offensichtlich so lange
bestehen, bis sie durch das sperrende Sieb 5 hindurchtreten
können,
wenn der Fluss der Tintenflüssigkeit
durch das abgerufene Drucken ausreichend hoch ist. Es lässt sich
beobachten, dass die Luftblase 6 im Düsendruckkopf 1 nur
bei Bewegung des Druckschlittens, ohne Zeichen zu drucken, praktisch
nicht, hingegen bei großem
Tintenflüssigkeits-Strom,
wie er beim Vollflächendruck benötigt wird,
sehr schnell im Volumen abnimmt.
-
Um das Entstehen der kleinen Blasen
zu verhindern, muss folgerichtig die Bewegung der Tintenflüssigkeit 3 im
Hohlraum 4 unterbunden werden. Die dafür vorgesehene Maßnahme besteht
in dem Einbringen eines kapillaren Elements. Durch die kapillare
Bindung in den Poren des Elements wird die kollektive Bewegung der
gesamten Tintenflüssigkeit 3 verhindert.
Eine in Relation zu den rheologischen Eigenschaften der Tintenflüssigkeit 3 sorgfältig ausgewählte Porengröße bedingt
die für
die Bewegungshemmung notwendige Kapillarbindung ohne den Strömungswiderstand
für die
Tintenflüssigkeit 3 spürbar zu
erhöhen.
Die Relation zwischen Porengröße des Elements
zur Porengröße des Siebs 5 bewirkt, dass
wegen der kapillaren Sperrwirkung des Siebs 5 ausreichend
Luft in dem Hohlraum 4 verbleibt, um die Dämpfung und
hydraulische Entkopplung der Tintenflüssigkeits-Versorgung 2 und
dem Düsendruckkopf 1 zu
gewährleisten.
-
3 zeigt
die Lage der porösen
Schicht 11 im Hohlraum 4 des Düsendruckkopfs 1. Der
Hohlraum 4 ist teilweise mit Tintenflüssigkeit 3 benetzt, wobei
die Benetzungshöhe
jetzt zusätzlich
durch die kapillaren Eigenschaften der porösen Schicht 11 bestimmt
wird und damit im allgemeinen höher
sein wird als ohne diese Schicht 11. Dieser Effekt ist
erwünscht,
weil sich mit zunehmender Höhe
des Tintenflüssigkeits-Niveaus im Hohlraum 4 auch
der Strömungswiderstand
des Düsendruckkopfes 1 in
diesem Bereich verringert, weil ein größerer Anteil des Siebs 5 von
Tintenflüssigkeit 3 durchströmt wird.
-
- 1
- Düsendruckkopf
- 2
- Tintenflüssigkeits-Versorgung
- 3
- Tintenflüssigkeit
- 4
- Hohlraum
- 4a
- Düsendruckkopf-Tank
- 5
- feinmaschiges
Sieb
- 6
- Luftblase
- 7
- Rückseite
- 8
- Düsenseite
- 9
- elektronischer
Anschluss
- 10
- Hin-
und Herbewegungs-Richtungen
- 11
- poröse Schicht
- 12
- Werkstoff
für offenporige
Gestaltung
- 12a
- Fasern,
Fäden oder
spanähnliches
Einzelteil
- 13
- Körper
- 14
- Schaumstoff