DE19637235C1 - Verfahren zum Wiederbefüllen einer Tintenpatrone bzw. eines Druckkopfs eines Tintenstrahldruckers oder dergleichen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Wiederbefüllen einer Tintenpatrone oder eines Druckkopfs eines Tinten­ strahldruckers gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1, sowie eine hierzu geeignete Vorrichtung.

Nach wie vor ist die Mehrzahl der im Handel befindlichen Tin­ tenpatronen oder Druckköpfe für Tintenstrahldrucker als Ein­ wegprodukt konzipiert, das nach dem Verbrauch des Tintenvor­ rats weggeworfen werden muß. Dies ist aus ökologischer und ökonomischer Sicht unerwünscht, da die verbrauchten Tinten­ patronen oder Druckköpfe an sich noch vollständig funktions­ fähig sind und außerdem eine Reihe wertvoller Bauteile, wie beispielsweise eine Düsenplatte, durch die die Tinte ausge­ spritzt wird, oder eine Kontaktfolie, die die elektrischen Signale zur Steuerung des Ausspritzvorgangs der Tinte erzeugt, enthält.

Es sind deshalb bereits Vorschläge bekannt geworden, derartige Druckköpfe durch geeignete Maßnahmen wiederzubefüllen und damit deren Lebensdauer zu verlängern. Im einfachsten Fall kann der Druckkopf durch einen balgartigen Nachfüllbehälter von Hand wiederbefüllt werden, wie er beispielsweise aus der WO 92/20 577 A1 bekannt ist. Zu diesem Zweck besitzt der Nach­ füllbehälter eine Hohlnadel, die durch eine Belüftungsöffnung im Gehäuse des Druckkopfs eingeführt und dadurch in den Tin­ tenvorratsraum eingeschoben wird. Durch Druck auf den balg­ artigen, elastisch deformierbar gestalteten Abschnitt des Nachfüllbehälters wird die darin befindliche Tinte in den Tintenvorratsraum gepumpt.

Zur Verbesserung der Handhabung ist auch schon vorgeschlagen worden, spezielle Befüllstationen zu verwenden, wie sie bei­ spielsweise in der DE 43 27 178 C1 beschrieben sind. Diese Vorrichtungen bestehen aus einer Halterung mit einem Dich­ tungsorgan, in die der zu befüllende Druckkopf eingesetzt und verrastet wird. Hierdurch wird die an der Unterseite des Druckkopfs befindliche Düsenplatte sowie eine gegebenenfalls benachbart angeordnete Belüftungsöffnung dichtend zur Anlage an das Dichtungsorgan gebracht. Anschließend wird auf den eingesetzten Druckkopf bzw. die Halterung ein mit einer Kanüle versehener Kanülenträger aufgesetzt, so daß die Kanüle über eine Befüllbohrung des Druckkopfs in den Tintenvorratsraum eindringt. Eine auf die Kanüle aufsetzbare Nachfüllpatrone entleert sich nach dem Entfernen einer diese verschließenden Kappe, so daß insoweit der Wiederbefüllvorgang ohne weiteres Zutun selbständig abläuft.

Aus der EP 0 711 668 A2 ist schließlich eine Vorrichtung be­ kannt geworden, mit deren Hilfe der Wiederbefüllvorgang voll­ automatisch gesteuert abläuft. Sie weist eine Halterung auf, in die der Druckkopf einsetzbar ist. Beim Einsetzen des Druck­ kopfs wird über ein Kopplungsstück eine abgedichtete Verbin­ dung zwischen der Belüftungsöffnung am Druckkopf und dem Tin­ tentank einerseits, sowie zwischen der Düsenplatte und einem Auffangbehälter für aus der Düsenplatte austretende Tinte andererseits hergestellt. Weiterhin ist eine Pumpe zum Fördern von Tinte vorgesehen, die von einer Steuerelektronik derart betätigt wird, daß die Tinte solange vom Tintentank in den Tintenvorratsraum gefördert wird, bis der gewünschte Füll­ zustand erreicht ist. Anschließend wird die Förderrichtung der Pumpe umgekehrt, so daß der Förderdruck abgebaut und darüber hinaus ein vorgegebener Unterdruck im Tintenvorratsraum her­ gestellt werden kann. Durch die Aufnahme des Druckkopfs mit im wesentlichen nach oben weisende Düsenplatte kann die durch die zugeführte Tinte verdrängte Luft nach oben hin direkt durch die Austrittsöffnungen der Düsenplatte hindurch entweichen. Der maximale Befüllzustand ist demnach durch das Anstehen des Tintenpegels an den Austrittsöffnungen der Düsenplatte vor­ gegeben. Damit läßt sich mit vergleichsweise geringem kon­ struktiven Aufwand eine zuverlässig zu betreibende Befüllvor­ richtung realisieren.

Den vorstehend beschriebenen Wiederbefüllvorrichtungen ist gemeinsam, daß sie das Vorhandensein einer Befüllöffnung oder zumindest einer Belüftungsöffnung am Druckkopf voraussetzen, durch die die nachzufüllende Tinte zugeführt werden kann. In der Praxis ist jedoch eine große Zahl von Tintenpatronen oder Druckköpfen im Einsatz, die keine derartige Nachfüll- oder Belüftungsöffnung aufweisen bzw. deren Zugänglichkeit von außen nicht ohne weiteres möglich ist. Der Zugang zum Tinten­ vorratsraum dieser Tintenpatronen oder Druckköpfe ist somit lediglich durch die Austrittsöffnungen der Düsenplatte gege­ ben.

Die Einsatzmöglichkeit der bisher bekannten Nachfüllvorrich­ tungen scheitert in den oben stehenden erstgenannten Fällen daran, daß die Kanülen aufgrund des geringen Durchmessers der Austrittsöffnungen der Düsenplatte nicht hindurchgeführt wer­ den können, um die Tinte in den Tintenvorratsraum hineinzulei­ ten. Im Falle der letztgenannten vollautomatischen Befüll­ station stellt sich das Problem, daß zur Realisierung des dort verwendeten Fluidsystems der Druckkopf über zwei voneinander getrennte Öffnungen, nämlich den Austrittsöffnungen der Düsen­ platte und der Belüftungsöffnung, zugänglich sein muß.

Der Erfindung lag daher das Problem zugrunde, ein Verfahren zum Wiederbefüllen einer Tintenpatrone oder eines Druckkopfs eines Tintenstrahldruckers sowie eine hierzu geeignete Vor­ richtung zur Verfügung zu stellen, bei denen lediglich eine einzige Zugangsöffnung zum Tintenvorratsraum benötigt wird, um insbesondere auch solche Tintenpatronen oder Druckköpfe bedie­ nen zu können, die keine Nachfüllöffnung oder Belüftungsöff­ nung besitzen bzw. deren Zugänglichkeit nur unter großem Auf­ wand realisierbar wäre.

Das Problem wird einerseits durch die Merkmale des in Anspruch 1 beschriebenen Verfahrens gelöst, vorteilhafte Verfahrens­ varianten sind durch die sich hieran anschließenden rückbezo­ genen Ansprüche angegeben.

Das Problem wird weiterhin durch eine Vorrichtung gelöst, die durch die Merkmale des Anspruchs 12 beschrieben ist. Eine vorteilhafte Ausführungsform ist durch die Merkmale des nach­ geordneten Anspruchs angegeben.

Die Erfindung basiert auf der Idee, Tinte dem Tintenvorrats­ raum in Zyklen durch abwechselndes in Betrieb setzen und Stillsetzen einer Förderpumpe zuzuführen. Durch den zyklischen Betrieb (Impulsbetrieb) der Förderpumpe ist sichergestellt, daß in denjenigen Zyklusabschnitten, in denen die Pumpe stillgesetzt ist, nach einem an sich überhöhten Druckaufbau ein ausreichender Druckausgleich zwischen dem Tintenvorrats­ raum und dem Zuführbereich vor der Düsenplatte durch deren Austrittsöffnungen hindurch erfolgen kann. Diese Verfahrens­ weise ermöglicht ohne besondere zusätzliche Maßnahmen eine optimale Förderung von Tinte, da der Förderdruck der Förder­ pumpe als solcher nicht geregelt werden muß. Unterschiedlich­ ste Randbedingungen während des Betriebs, beispielsweise aktu­ eller Füllzustand der Tintenpatrone oder des Druckkopfs, Druckverhältnisse des im Tintenvorratsraum vorgesehenen Unter­ drucksystems, Strömungsverhältnisse und/oder Strömungswider­ stände im Bereich der Austrittsöffnungen der Düsenplatte, können problemlos ausgeglichen werden, ohne den Förderdruck der Förderpumpe regeln zu müssen, wie dies bei einer kontinu­ ierlichen Förderung während des gesamten Befüllvorgangs nötig wäre.

Die Steuereinrichtung, die die Förderpumpe beeinflußt, braucht somit lediglich zwei Schaltzustände zu realisieren, nämlich das in Betrieb setzen und das Stillsetzen der Förderpumpe in abwechselnder Abfolge, wobei als Kriterium bzw. Auslösesignal für den jeweiligen Schaltvorgang an sich beliebige Meßgrößen verwendet werden können. Die Steuereinheit wertet die ent­ sprechenden Signale in an sich bekannter Weise aus und beein­ flußt in Abhängigkeit des errechneten Ergebnisses den ge­ wünschten Betriebszustand der Förderpumpe. Eine zusätzliche Regelung, etwa in Form einer Drehzahlregelung des Antriebs­ motors zur Anpassung der Förderleistung, kann vollständig entfallen, so daß ein besonders einfacher konstruktiver Aufbau einer Vorrichtung realisierbar ist.

Schließlich eignet sich das Konzept auch dafür, die eingangs beschriebene vollautomatische Befüllstation durch einige weni­ ge Modifikationen und unter weitgehender Verwendung identi­ scher Bauteile umzugestalten, und damit zu einer Vorrichtung zu gelangen, die uneingeschränkt auch für die hier in Rede stehenden Tintenpatronen oder Druckköpfe ohne oder lediglich mit beschränkter Zugänglichkeit des Tintenvorratsraums über andere Öffnungen als diejenigen der Düsenplatte zu gewähr­ leisten. Gegenüber der bekannten vollautomatischen Wiederbe­ füllvorrichtung muß lediglich die Steuereinrichtung so modifi­ ziert werden, daß der gewünschte Intervallbetrieb der Förder­ pumpe umgesetzt wird. Hinsichtlich des konstruktiven Aufbaus entfällt auch eine der beiden Leitungen, nämlich diejenige, die an die Belüftungsöffnung anzuschließen war. Insgesamt läßt sich somit eine Vorrichtung schaffen, die äußerst einfach und kostengünstig aufgebaut ist.

Der Intervallbetrieb läßt sich am einfachsten dadurch reali­ sieren, daß der in der Förderleitung im Bereich vor der Düsen­ platte herrschende Druck überwacht wird. Die Förderpumpe wird jeweils bei Erreichen eines vorgegebenen oberen Schwellwertes stillgesetzt und bei Erreichen eines vorgegebenen unteren Schwellwerts (erneut) in Betrieb gesetzt. Der sich hierdurch ergebende Druckverlauf ist im wesentlichen sägezahnförmig, d. h. er steigt nach dem in Betrieb setzen der Förderpumpe bis zum oberen Schwellwert hin an und fällt anschließend, d. h. nach dem Stillsetzen der Förderpumpe auf einen vorgegebenen unteren Schwellwert ab. Dieser Zyklus wiederholt sich so oft, bis ein vorgegebenes Abschaltkriterium erfüllt ist.

Der Vorteil dieser Betriebsart ist darin zu sehen, daß le­ diglich ein einziges Meßsignal benötigt wird, nämlich der herrschende Druck in der Förderleitung im Bereich vor der Düsenplatte. Das Meßsignal läßt sich durch Verwendung handels­ üblicher und kostengünstiger Drucksensoren erzeugen. Gleich­ zeitig ist durch die Vorgabe der Schwellwerte, insbesondere des oberen Schwellwertes, sichergestellt, daß auch im Falle von Störungen kein unzulässig hoher Druckaufbau mit der Gefahr einer Beschädigung des Systems erfolgen kann. Sollten bei spielsweise die Austrittsöffnungen der Düsenplatte verstopft sein, so baut sich mit dem ersten in Betrieb setzen der För­ derpumpe sehr rasch Druck auf, dessen Maximalwert jedoch durch Vorgabe des oberen Schwellwertes begrenzt ist, obwohl der maximale Förderdruck der Förderpumpe weitaus höher liegen kann. Eine zusätzliche Überwachung des Systemdrucks kann daher entfallen.

Hinsichtlich der Wahl der Schwellwerte besteht an sich weit­ gehende Freizügigkeit, wobei einerseits beachtet werden muß, daß der obere Schwellwert zur Vermeidung von Leckageproblemen nicht zu hoch gewählt wird. So hat es sich als zweckmäßig erwiesen, als oberen Schwellwert einen Druck im Bereich von ca. 0,8 bis 1,0 bar Überdruck zu wählen. Dieser Druck ist einerseits ausreichend hoch, um eine rasche Förderung von Tinte in den Tintenvorratsraum zu ermöglichen, andererseits stellt er keine allzu hohen Anforderungen an die verwendeten Dichtungselemente und Anschluß-/Kopplungsstücke.

Als unterer Schwellwert hat sich ein Druck im Bereich zwischen ,ca. 0,0 bis 0,2 bar Überdruck bewährt. Sofern ein möglichst kurzer Wiederbefüllvorgang realisiert werden soll, ist es zweckmäßig, als unteren Schwellwert einen Wert zu wählen, der etwas höher als 0 bar liegt, da der Abklingvorgang auf einen "drucklosen" Zustand relativ viel Zeit benötigt. Als guter Kompromiß haben sich deshalb Werte zwischen ca. 0,1 und 0,2 bar Überdruck als unterer Schwellwert bewährt.

Weitere bevorzugte Verfahrensvarianten sind auf die Auswahl eines geeigneten Abschaltkriteriums gerichtet.

Im einfachsten Fall wird als Abschaltkriterium der Ablauf eines Zeitintervalls verwendet. Vorteilhafterweise ist dies so bemessen, daß die während dieses Zeitintervalls die (rein rechnerisch) geförderte Tinte in etwa dem nominellen Aufnahme­ volumen des betreffenden Tintenvorratsraums entspricht. So sind von Seiten der Tintenpatronen- oder Druckkopfhersteller Füllvolumina angegeben, die als Maß für eine nachzufüllende Menge an Tinte dienen können. Das benötigte Zeitintervall läßt sich damit aus dem Mittelwert des auf- und abschwellenden Druckverlaufs, näherungsweise als arithmetisches Mittel zwi­ schen dem oberen und dem unteren Schwellwert, und unter Be­ rücksichtigung der Förderdaten der Pumpe, der Dichte der Tinte und der Querschnitte der Austrittsöffnungen der Düsenplatte ermitteln.

In der Praxis hat sich gezeigt, daß ein exaktes Abstimmen des Zeitintervalls auf das nominelle Aufnahmevolumen zwar wün­ schenswert, jedoch nicht zwangsweise erforderlich ist. Einer­ seits sind die meisten der im Handel befindlichen Tintenpatro­ nen oder Druckköpfe so ausgelegt, daß sie ohne Funktionsein­ buße auch ein größeres Volumen aufnehmen können als dies dem nominellen Aufnahmevolumen entspricht. Ein Überfüllen im Be­ reich von bis zu 25% über dem nominellen Aufnahmevolumen scheint bei einer Reihe von Tintenpatronen oder Druckköpfen möglich zu sein. Andererseits würde im Falle der bevorzugten Schwellwertvorgaben ein vorzeitiges Erreichen des maximalen Befüllzustands vor Ablauf des Zeitintervalls, etwa bei einem nur teilweise leer geschriebenen Druckkopf, keine Gefahr für das System darstellen, da die Pumpe, nötigenfalls wiederholt, bei Erreichen des oberen Schwellwertsignals stillgesetzt wird. Dies entspricht dem Zustand von verstopften Austrittsöffnun­ gen, da auch hier keine (weitere) Förderung von Tinte mehr möglich ist.

Bevorzugt wird als Abschaltkriterium der Ablauf eines Zeit­ intervalls verwendet, welches in Abhängigkeit der Zahl von Zyklen festgelegt wird, welche innerhalb eines vorbestimmten Zeitintervalls zu Beginn des Wiederbefüllvorgangs, vorzugs­ weise während der ersten 60 Sekunden erreicht wird. Hierdurch wird unterschiedlichen Ausgangsbedingungen und den damit ver­ bundenen Auswirkungen auf die Füllmenge Rechnung getragen. Sofern nämlich in dem System, welches gebildet ist durch den Tintentank, die Fluidverbindung (Leitung) zur Düsenplatte und dem Tintenvorratsraum, größere Lufteinschlüsse vorhanden sind (beispielsweise bei einer ersten Inbetriebnahme der Vorrich­ tung), wird das Systemverhalten träge. Der Grund liegt darin, daß die eingeschlossene Luft zunächst in Richtung des Tinten­ vorratsraums verdrängt wird und als kompressibles Polster zu der geförderten Tinte hin wirkt. Es versteht sich von selbst, daß bei einer verlängerten Zyklusdauer, beispielsweise infolge des beschriebenen Lufteinschlusses, das Zeitintervall für den gesamten Wiederbefüllvorgang verlängert werden muß, um das gewünschte Nachfüllvolumen zu erreichen. Aus diesem Grund wird während eines festgelegten Zeitabschnitts zu Beginn des Wie­ derbefüllvorgangs die Zykluszahl ermittelt und daraus auf die benötigte Gesamtzeit, die für die Förderung des nominellen Tintenvolumens erforderlich ist, hochgerechnet.

Bevorzugt wird als Abschaltkriterium überwacht, ob der in dem Bereich vor der Düsenplatte herrschende Druck vor Ablauf eines vorbestimmten Zeitintervalls auf den unteren Schwellwert abge­ sunken ist. Das Zeitintervall beginnt bei jedem Stillsetzen der Förderpumpe infolge des Erreichens oberen Schwellwerts von neuem. Sobald nämlich die Aufnahmekapazität des Tintenvorrats­ raums erschöpft ist, kann keine weitere Tinte mehr durch die Austrittsöffnungen der Düsenplatte hindurchtreten. Folglich bleibt das aktuell erreichte Druckniveau weitgehend erhalten, ein Absinken auf den unteren Schwellwert ist nicht mehr mög­ lich. Dieses "Hängenbleiben" auf einem Druckniveau oberhalb des unteren Schwellwerts kann damit zuverlässig als Abschalt­ kriterium herangezogen werden. Zweckmäßigerweise wird als Zeitintervall eine Zeitdauer gewählt, die etwa zwei bis drei­ mal solang ist wie die Zeitdauer für das Absinken des Drucks vom oberen auf den unteren Schwellwert bei weitgehend leerem Tintenvorratsraum.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Verfahrensvariante wird als Abschaltkriterium überwacht, ob der im Bereich vor der Düsen­ platte herrschende Druck vor Ablauf eines vorbestimmten Zeit­ intervalls den oberen Schwellwert erreicht hat, wobei das Zeitintervall bei jedem in Betrieb setzen der Förderpumpe infolge des Erreichens des unteren Schwellwertes von neuem beginnt. Während also in der vorangegangenen Ausführungsva­ riante der Druckabfall des Zyklus überwacht wurde, wird im vorliegenden Fall der Druckanstieg analysiert. Es hat sich nämlich gezeigt, daß sich die Zeitdauer mit zunehmendem Füll­ zustand des Tintenvorratsraums verkürzt, insbesondere kurz vor Erreichen des maximalen Füllzustandes. Als sicheres Abschalt­ kriterium kann angesehen werden, wenn - gemäß einer bevorzugten Variante - der obere Schwellwert bereits nach Ablauf von 90 bis 95% derjenigen Zeitdauer erreicht ist, die im Falle eines im wesentlichen leeren Tintenvorratsraum für einen derartigen Anstieg benötigt wird.

Diejenigen Varianten, die bei jedem neuen Zyklus den Druckver­ lauf im ansteigenden und/oder abfallenden Ast überwachen, eignen sich ganz besonders dann, wenn der Füllzustand der Tintenpatrone oder des Druckkopfs nicht bekannt ist bzw. wenn häufig nicht leer geschriebene Tintenpatronen oder Druckköpfe nachzufüllen sind. Zwar wäre auch hier im einfachsten Fall eines fest vorgegebenen Zeitintervalls für den gesamten Wie­ derbefüllvorgang ausreichend, um das Nachfüllen sicher ablau­ fen zu lassen, jedoch erscheint diese Verfahrensweise unökono­ misch, da in jedem Fall, d. h. auch bei geringen Mengen nach­ zufüllender Tinte stets das gesamte Zeitintervall ablaufen muß. Bevorzugt werden deshalb verschiedene Abschaltkriterien miteinander verknüpft, beispielsweise das Kriterium des zu Beginn des Befüllvorgangs hochgerechneten Zeitintervalls für den gesamten Ablauf in Kombination mit der Überwachung des Druckabfalls bei jedem Zyklus. Damit ist es möglich, den Be­ füllvorgang dann abzukürzen, wenn die Tintenpatrone oder der Druckkopf noch nennenswerte Mengen an Tinte enthält, bei­ spielsweise beim vorsorglichen Wiederbefüllen vor dem Abarbei­ ten eines größeren Druckauftrags.

Eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung muß deshalb als Minimalkonfiguration folgende Baugruppen aufwei­ sen:

• - eine Halterung, in die die Tintenpatrone oder der Druckkopf einsetzbar ist,
• - einen Tintentank, der über eine Leitung und ein Kopp­ lungsstück mit der Düsenplatte zum Herstellen einer Fluidverbindung abgedichtet verbindbar ist,
• - eine Förderpumpe mit umkehrbarer Förderrichtung zum Fördern von Tinte als dem Tintentank in den Tinten­ vorratsraum sowie
• - eine Steuereinrichtung, die den Befüllvorgang steuert und auf die Förderpumpe einwirkt.

Bevorzugt ist in der Leitung im Bereich benachbart zur Düsen­ platte der einzusetzenden Tintenpatrone oder des einzusetzen­ den Druckkopfs ein Drucksensor eingeschaltet, dessen Signal von der Steuereinrichtung ausgewertet wird.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in den Figuren sche­ matisch dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 Vorrichtung in vereinfachter Schnittdarstel­ lung,

Fig. 2 Druckverlauf während des Befüllvorgangs und

Fig. 3, 3a, 3b, 3c Ablaufdiagramm der Steuerung.

Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung ermöglicht die erfin­ dungsgemäße Verfahrensführung und soll deshalb vorab erläutert werden.

Die gesamte Vorrichtung ist in einem zweigeteilten Gehäuse untergebracht, bestehend aus einem Gehäuseunterteil 70 und einem Gehäuseoberteil 71, welche sämtliche Bauteile aufnehmen.

Am Gehäuseoberteil 71 ist eine Platine 11 befestigt, auf der eine hier nicht näher dargestellte Steuerelektronik aufgebaut ist und die darüber hinaus sämtliche Überwachungsorgane und eine Reihe von Betätigungselementen aufnimmt. In der hier dargestellten Schnittebene ist als eines von zwei Betätigungs­ elementen ein Taster E2 dargestellt, der die Verriegelung einer am Gehäuseteil 71 angeschlagenen, schwenkbar gelagerten Schutzklappe 79 freigibt. Unmittelbar daneben ist ein weite­ rer, nicht dargestellter Taster angeordnet, mit dem der Be­ füllvorgang gestartet werden kann.

Benachbart zur Platine 11 ist am Gehäuseoberteil 71 eine Leuchtdiode 12 gezeigt, von welcher mehrere zu einem Anzeigen­ feld zusammengefaßt sind und verschiedene Betriebs- und Stö­ rungszustände signalisieren. Konkret zeigt die Leuchtdiode 12 an, ob die Schutzklappe 79 geschlossen ist.

Aus Gründen der Übersichtlichkeit wurde auf die Darstellung der elektrischen Verschaltung und Verdrahtung verzichtet, da diese an sich bekannt ist.

Unterhalb der Schutzklappe 79 ist eine Halterung 75 angeord­ net, in die ein Druckkopf 100 eingesetzt ist. Es handelt sich hierbei um einen Druckkopf 100 mit einem im Inneren angeordne­ ten Tintenvorratsraum 105, der in an sich bekannter Weise mit einer Unterdruck erzeugenden Einrichtung beispielsweise in Form von federbeaufschlagten Tintenbeuteln, versehen ist. Stirnseitig ist am Druckkopf 100 eine mit Austrittsöffnungen 102 versehene Düsenplatte 101 angeordnet. Die Anwesenheit des Druckkopfs 100 wird durch ein Sensorelement E8 detektiert.

Die Düsenplatte 101 einschließlich der darin angebrachten Austrittsöffnungen 102 werden durch das Einsetzen in die Hal­ terung 75 abgedichtet gegen einen Füllstutzen 80 gedrückt, in welchen gegenüberliegend eine Leitung 30 abgedichtet mündet. In das Gehäuseunterteil 70 ist ein mit einem Gehäuse 22 verse­ hener Tintentank 20 einschiebbar.

Benachbart hierzu ist am Gehäuseunterteil 70 ein mit einer Kanüle 91 versehener Schlauchverteiler 90 angeordnet, so daß beim Einschieben des Tintentanks 20 die Kanüle 91 in das inne­ re des Tintentanks 20 fluiddicht einsticht. Gegenüberliegend ist am Schlauchverteiler 90 die Leitung 30 befestigt, so daß eine gegenüber der Umgebung abgedichtete Fluidverbindung zwi­ schen dem Inneren des Tintentanks 20 einerseits und dem Füll­ stutzen 80 bzw. dem Tintenvorratsraum 105 des eingesetzten Druckkopfs 100 andererseits hergestellt ist. Die Leitung 30 ist als flexible Schlauchleitung und an sich durchgehend zwi­ schen dem Schlauchverteiler 90 und dem Füllstutzen 80 ausge­ führt. Zum Fördern von Tinte ist eine von einem Pumpenmotor 45 angetriebene Schlauchpumpe 40 vorgesehen, die in an sich be­ kannter Weise von außen auf die Schlauchleitung 30 einwirkt. Die Schlauchpumpe 40 ist am Gehäuseunterteil 70 verrastet.

Am Schlauchverteiler 90 sind zwei Leitungen 33, 34 vorgesehen, die in hier nicht näher interessierenden Art und Weise Druck­ informationen an ein Sensorelement E3 zum Zwecke der Überwa­ chung übertragen.

Die Leitung 30 ist jedoch im Abschnitt zwischen der Schlauch­ pumpe 40 und dem Füllstutzen 80 durch einen Schlauchverteiler 92 unterbrochen, um Informationen über die Druckverhältnisse in der Leitung 30 an dieser Stelle, d. h. im Bereich benach­ bart zur Düsenplatte 101, zu gewinnen und an das Sensorelement E3 zu übertragen. Hierzu dienen Schlauchleitungen 31, 32, 35. Die gewonnenen Informationen werden in an sich bekannter Weise an die nicht gezeigte Steuerelektronik übertragen, die auf die Schlauchpumpe 40 bzw. den diese antreibenden Pumpenmotor 45 in der nachstehend näher beschriebenen Art und Weise einwirkt und darüber hinaus den ordnungsgemäßen Ablauf des Nachfüllvorgangs überwacht.

Das Grundprinzip der erfindungsgemäßen Verfahrensführung ist durch das in Fig. 2 skizzierte Druck-/Zeitdiagramm angedeu­ tet, welches den Verlauf des Drucks in der Schlauchleitung 30 im Abschnitt zwischen der Schlauchpumpe 40 und dem Füllstutzen 80, also benachbart zur Düsenplatte 101, zeigt. In Abkehr von bislang bekannten Verfahrensführungen wird während der Dauer des Befüllvorgangs die Schlauchpumpe 40 abwechselnd von der Steuerelektronik ein- und ausgeschaltet, so daß in der Schlauchleitung 30 der in Fig. 2 erkennbare sägezahnartige Druckverlauf erzeugt wird. Die Pumpe 40 wird jeweils für die Dauer eines Zeitintervalls T1 in Betrieb gesetzt, wodurch der Druck in der Leitung 30 ansteigt. Der Druckanstieg wird hier­ bei maßgeblich durch den Strömungswiderstand der Austrittsöff­ nungen 102 der Düsenplatte 100 mitbestimmt. Dieser ist so hoch, daß in relativ kurzer Zeit T1, d. h. binnen weniger Sekunden, der Druck einen oberen Schwellwert Po erreicht, woraufhin die Pumpe 40 stillgesetzt wird.

Der Druck sinkt daraufhin wieder ab, da keine weitere Tinte gefördert wird und die in der Leitung 30 unter Druck stehende Tinte weiter durch die Austrittsöffnungen 102 hindurchgedrückt wird. Der Druckabbau erfolgt ebenfalls innerhalb vergleichsweise kurzer Zeit T3, die in der Regel im Bereich von Sekunden liegt.

Bei Erreichen des unteren Schwellwerts Pu wird die Pumpe 40 wieder in Betrieb gesetzt, woraufhin der Druck erneut inner­ halb des Zeitintervalls T1 auf den oberen Schwellwert Po an­ steigt. Der Zyklus, bestehend aus dem Druckansteig und dem anschließenden Druckabfall, beginnt von neuem, wobei sich die Zykluszeit aus der Addition der Zeitintervalle T1 und T3 er­ gibt.

Der Zyklus wird so lange wiederholt durchlaufen, bis eines von zwei Abschaltkriterien erreicht ist.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist als erstes Abschalt­ kriterium der Ablauf eines vorgegebenen Zeitintervalls T6 erreicht, so daß ein erneutes in Betrieb setzen der Förderpum­ pe 40 unterbunden wird. In der eingezeichneten Konstellation wird bei Ablauf des Zeitintervalls T6 der maximale Füllzustand nicht (ganz) erreicht, was in der Regel zu keinen praxisrele­ vanten Nachteilen führt. Es ist demnach die Grundkonstellation angedeutet, bei der der Tintenvorratsraum 105 keine nennens­ werten Tintenreste mehr enthält, so daß während des Zeitinter­ valls T6 das vorgesehene Tintenvolumen vollständig eingebracht werden kann.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel fällt der Ablauf des Zeitintervalls T6 zufällig mit dem Ablauf des letzten Teilin­ tervalls T3 zusammen, so daß zu diesem Zeitpunkt der aktuelle Druck in der Leitung 30 gerade den unteren Schwellwert Pu erreicht hat. Es versteht sich von selbst, daß der Ablauf des Zeitintervalls T6 in der Praxis nicht zwangsläufig mit dem Ablauf des Teilintervalls T3 zusammenfallen muß, sondern in der Regel an anderer (zeitlicher) Stelle erfolgt, also auch beispielsweise innerhalb des Teilintervalls T1 während der Phase des Druckaufbaus. In einem solchen Fall wird die Förder­ pumpe 40 sofort stillgesetzt, so daß in diesem Zyklus der obere Schwellwert Po nicht mehr erreicht wird.

Bei Erreichen des Abschaltkriteriums wird - nach gegebenen­ falls vorherigem Stillsetzen der Förderpumpe 40 - die Förder­ richtung umgesteuert und die Förderpumpe 40 zur Rückförderung von Tinte in den Tintentank in Betrieb gesetzt. Das Rückför­ dern von Tinte dient einerseits dazu, den in der Leitung 30 anstehenden Überdruck rasch abzubauen und andererseits den für eine einwandfreie Funktion des Druckkopfs erforderlichen (ge­ ringen) Unterdruck im Tintenvorratsraum 105 herzustellen. Sobald der erforderliche Unterdruck erreicht ist, wird die Förderpumpe 40 stillgesetzt und der Druckkopf 100 kann be­ triebsfertig aus der Vorrichtung entnommen werden.

In Fig. 2 ist weiterhin das Ansprechen eines weiteren Ab­ schaltkriteriums angedeutet, bei dem überwacht wird, ob der Druck in der Leitung 30 vor Ablauf eines bestimmten vorgegebe­ nen Zeitintervalls T3,max auf den unteren Schwellwert Pu abge­ sunken ist. Hierzu wird bei jedem Stillsetzen der Förderpumpe 40 infolge des Erreichens des oberen Schwellwertes Po das maximal zulässige Zeitintervall T3,max neu gestartet. Sollte der Druck bei Ablauf des Zeitintervalls T3,max nicht auf den unteren Schwellwert Pu abgesunken sein, wird dies als Kriteri­ um dafür gewertet, daß trotz des an der Düsenplatte 101 an­ stehenden Drucks keine weitere Tinte mehr in den Tintenvor­ ratsraum 105 hineinfließen kann, dieser also vollständig ge­ füllt ist. Auch hier wird der Nachfüllvorgang dadurch zu Ende geführt, daß die Förderrichtung der Förderpumpe 40 umgekehrt wird, so daß der Druckabbau und das anschließende Wiederher­ stellen des gewünschten Unterdrucks im Tintenvorratsraum 105 erfolgen kann.

Bei der Wahl des maximalen Zeitintervalls T3,max ist darauf zu achten, daß dieses so lange gewählt wird, daß einerseits ein vorzeitiges Beenden des Nachfüllvorgangs vermieden wird, ande­ rerseits keine allzu langen Wartezeiten auftreten. Es hat sich als guter Kompromiß erwiesen, hierfür etwa das Zwei- bis Drei­ fache des Teilintervalls T3 zu wählen, welches in einem durch­ schnittlichen Fall bei einem weitgehend leeren Tintenvorrats­ raum 105 auftritt. Der Vollständigkeit halber sei darauf hin­ gewiesen, daß die Teilintervalle T1 und T3 sich von Zyklus zu Zyklus innerhalb gewisser Grenzen verändern können, insbeson­ dere, wenn Lufteinschlüsse in der Leitung 30 auftreten, oder aber auch kurz vor Erreichen des maximalen Füllstandes. Wie eingangs näher erläutert, kann der letztgenannte Effekt auch als Abschaltkriterium genutzt werden.

Die Kombination der obenstehenden Abschaltkriterien ermöglicht eine besonders ökonomische Verfahrensweise, da bei solchen Druckköpfen, die noch nennenswerte Restvolumina an Tinte auf­ weisen, der Nachfüllvorgang gezielt bei Erreichen des vor­ gesehenen Füllzustandes abgeschlossen werden kann.

In den Fig. 3a, 3b und 3c ist das vereinfachte Flußdiagramm zur automatischen Steuerung des Nachfüllvorgangs dargestellt.

Durch das Betätigen der Start-Taste (Taster E1) wird die Stromversorgung hergestellt und zunächst überprüft, ob die Eingangsvoraussetzungen erfüllt sind. Soweit ein Systemfehler festgestellt wird, wird dieser zur Anzeige gebracht.

Sind alle Eingangsvoraussetzungen erfüllt, kann die Schutz­ klappe 79 geöffnet werden. Daraufhin ist der Druckkopf 100 einzusetzen, gegebenenfalls ebenfalls der Tintentank 20. Nach dem Schließen der Schutzklappe 79 wird der Füllvorgang ge­ startet.

Mit dem in Betrieb setzen der Pumpe 40 starten zwei Zeitinter­ valle, nämlich das Zeitintervall T6, welches die maximale Dauer des Befüllvorgangs vorgibt, sowie das weitere Zeitinter­ vall T3,max, welches den Druckanstieg bei Durchlaufen des ersten Zyklus überwacht. Sollte der als "Druckniveau P2" bezeichnete obere Schwellwert Po innerhalb des vorgegebenen Zeitintervalls nicht erreicht werden, liegt ein Systemfehler vor. Im Normalfall wird jedoch der obere Schwellwert Po rechtzeitig erreicht und die Pumpe 40 wird abgeschaltet. Beim ersten Zyklus wird zusätzlich eine Dichtheitsprüfung durch­ geführt, die im Falle einer detektierten Leckage den Nachfüll­ vorgang abbricht und durch Umsteuern der Förderpumpe 40 den Druckabbau einleitet und den erforderlichen Unterdruck im Tintenvorratsraum 105 herstellt.

Soweit das Dichtheitskriterium positiv erfüllt ist, wird un­ mittelbar beim Abschalten der Förderpumpe 40 das Zeitintervall T3 gestartet und dahingehend überwacht, ob der als "Druck­ niveau P1" bezeichnete untere Schwellwert Pu innerhalb des maximal vorgesehenen Zeitintervalls T3,max erreicht wird. Ist dies der Fall, wird die Förderpumpe 40 erneut gestartet und der Zyklus beginnt von neuem.

Der Zyklus wird nunmehr so oft durchlaufen, bis entweder das untere Druckniveau (Schwellwert Pu) während des maximal vor­ gegebenen Teilintervalls T3,max nicht mehr erreicht wird oder aber die maximal vorgegebene Befüllzeit T6 abgelaufen ist.

Danach wird durch Umkehr der Förderrichtung Tinte zurück in den Tintentank 20 gefördert, bis der Überdruck in der Leitung 30 vollständig abgebaut und anschließend der vorgesehene Un­ terdruck im Tintenvorratsraum 105 erreicht ist. Nach Ablauf einer kurzen Wartezeit für einen internen Druckausgleich kann die Schutzklappe 79 geöffnet und der Druckkopf 100 betriebs­ fertig genommen werden.

Bezugszeichenliste

11 Platine
12 Leuchtdiode
20 Tintentank
22 Gehäuse
30 Leitung
31 Leitung
32 Leitung
33 Leitung
34 Leitung
35 Leitung
40 Schlauchpumpe
45 Pumpenmotor
70 Gehäuseunterteil
71 Gehäuseoberteil
75 Halterung
79 Schutzklappe
80 Füllstutzen
90 Schlauchverteiler
91 Kanüle
92 Schlauchverteiler
100 Druckkopf
101 Düsenplatte
102 Austrittsöffnungen
105 Tintenvorratsraum
E2 Taster
E3 Sensorelement
E8 Sensorelement
max Maximalwert
P Druck
Po oberer Schwellwert
Pu unterer Schwellwert
T1 Zeitintervall
T3 Zeitintervall
T6 Zeitintervall

Claims (13)

1. Verfahren zum Wiederbefüllen einer Tintenpatrone bzw. eines Druckkopfs eines Tintenstrahldruckers oder dergleichen, mit einem die Tinte aufnehmenden Tintenvorratsraum, welcher in Fluidverbindung mit Austrittsöffnungen einer Düsenplatte steht und in welchem ein Unterdruck herrscht, der unbeabsichtigtes Austreten von Tinte durch die Austrittsöffnungen der Düsen­ platte verhindert, gekennzeichnet durch wenigstens folgende Verfahrensschritte:

• a) Herstellen einer abgedichteten Fluidverbindung zwischen der Düsenplatte (101) und einem Tintentank (20).
• b) Fördern von Tinte aus dem Tintentank (20) durch die Aus­ trittsöffnungen (102) der Düsenplatte (101) hindurch in den Tintenvorratsraum (105) in Zyklen durch abwechselndes in Betrieb setzen und Stillsetzen einer Förderpumpe (40).
• c) Beenden des Förderns von Tinte in den Tintenvorratsraum (105) bei Erreichen eines vorgegebenen Abschaltkriteri­ ums.
• d) Rückfördern von Tinte in den Tintentank (20) bis zum Erreichen des vorgegebenen Unterdrucks im Tintenvorrats­ raum (105).
• e) Lösen der Fluidverbindung.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der im Bereich vor der Düsenplatte (101) herrschende Druck über­ wacht und die Förderpumpe (40) jeweils

• - bei Erreichen eines vorgegebenen oberen Schwell­ wertes (Po) stillgesetzt, und
• - bei Erreichen eines vorgegebenen unteren Schwell­ wertes (Pu) in Betrieb gesetzt
  wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der obere Schwellwert (Po) im Bereich zwischen ca. 0,8 und 1,0 bar Überdruck liegt.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der untere Schwellwert (Pu) im Bereich zwischen ca. 0,0 und 0,2 bar Überdruck liegt.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Abschaltkriterium der Ablauf eines Zeitintervalls (T6) verwendet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Zeitintervall (T6) so bemessen ist, daß die geförderte Tinte in etwa dem nominellen Aufnahmevolumen des Tintenvorratsraums (105) entspricht.

7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Zeitintervall (T6) in Abhängigkeit der während eines bestimm­ ten Zeitintervalls zu Beginn des Wiederbefüllvorgangs, bzw. während der ersten 60 sec., erreichten Zahl von Zyklen festge­ legt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß als Abschaltkriterium überwacht wird, ob der im Bereich vor der Düsenplatte (101) herrschende Druck vor Ablauf eines bestimmten Zeitintervalls (T3,max) auf den unteren Schwellwert (Pu) abgesunken ist, wobei das Zeitintervall (T3,max) bei jedem Stillsetzen der Förderpumpe (40) infolge des Erreichens des oberen Schwellwertes (Po) neu beginnt.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Zeitintervall (T3,max) etwa der zwei- bis dreifachen Zeitdauer (T3) beträgt, die im Falle eines im wesentlichen leeren Tin­ tenvorratsraums (105) verstreicht, bis der Druck nach dem Stillsetzen der Förderpumpe (40) vom oberen Schwellwert (Po) auf den unteren Schwellwert (Pu) absinkt.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß als Abschaltkriterium überwacht wird, ob der im Bereich vor der Düsenplatte (101) herrschende Druck vor Ablauf eines bestimmten Zeitintervalls (T1,max) den oberen Schwellwert (Po) erreicht hat, wobei das Zeitintervall (T1,max) bei jedem in Betrieb setzen der Förderpumpe (40) infolge des Erreichens des unteren Schwellwerts (Pu) neu beginnt.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Zeitintervall (T1,max) ca. 90 bis 95% derjenigen Zeitdauer (T1) beträgt, die im Falle eines im wesentlichen leeren Tin­ tenvorratsraums (105) verstreicht, bis der Druck nach dem in Betrieb setzen der Förderpumpe vom unteren Schwellwert (Pu) auf den oberen Schwellwert (Po) ansteigt.

12. Vorrichtung zum Wiederbefüllen einer Tintenpatrone bzw. eines Druckkopfs (100) eines Tintenstrahldruckers oder der­ gleichen, mit einem die Tinte aufnehmenden Tintenvorratsraum (105), welcher in Fluidverbindung mit Austrittsöffnungen (102) einer Düsenplatte (101) steht und in welchem ein vorgegebener Unterdruck herrscht, der ein unbeabsichtigtes Austreten von Tinte durch die Austrittsöffnungen (102) der Düsenplatte (101) verhindert, zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorstehenden Ansprüche, mit

• - einer Halterung (75), in die die Tintenpatrone oder der Druckkopf (100) einsetzbar ist,
• - einem Tintentank (20), der über eine Leitung (30) und ein Kopplungsstück (50) mit der Düsenplatte (101) zum Herstellen einer Fluidverbindung abgedich­ tet verbindbar ist,
• - einer Förderpumpe (40) mit umkehrbarer Förderrich­ tung zum Fördern von Tinte aus dem Tintentank (20) durch die Austrittsöffnungen (102) der Düsenplatte (101) hindurch in den Tintenvorratsraum (105), sowie
• - einer den Befüllvorgang steuernde Steuereinrichtung, die auf die Förderpumpe (40) einwirkt.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch einen in der Leitung (30) im Bereich benachbart zur Düsenplatte (101) der einzusetzenden Tintenpatrone oder des einzusetzenden Druckkopfs (100) eingeschalteten Drucksensor.