DE202014007970U1

DE202014007970U1 - Düsenplatte in einer Druckeinrichtung

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Publication number: DE202014007970U1
Application number: DE201420007970
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2014-10-08
Filing date: 2014-10-08
Publication date: 2014-12-15
Anticipated expiration: 2024-10-09

Abstract

Düsenplatte in einer Druckeinrichtung zur Erzeugung von Zeichen durch Ausgabe von unter Druck stehender Tinte (2), wobei die Tinte (2) sich in einer Tintenkammer (1) mit zumindest einem Ventil (3), welches einen Ventilsitz (9) und ein Dichtelement (4) besitzt, befindet und die Tinte (2) bei geöffneten Ventil (3) über zumindest einen Düsenkanal (7), welcher in einer Düsenplatte (5) angeordnet ist, entweicht, wobei der Ventilsitz (9) an der Düsenplatte (5) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsenplatte (5) aus Keramik besteht und zumindest die Kontur der Düsenplatte (5) und des Düsenkanals (7) durch eine Laserbearbeitung herstellbar sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Düsenplatte in einer Druckeinrichtung, um durch Ausstoß von einer definierten Menge an Flüssigkeit, Zeichen zu erzeugen.
Aus DE 3302617 ist ein Tintenstrahldrucker bekannt, wo eine mit Überdruck beaufschlagte Tintenkammer durch eine Düsenplatte abgeschlossen wird. Die Austrittskanäle der Düsenplatte werden dabei durch Dichtelemente flüssigkeitsdicht verschlossen.
Bekannt ist die Ausführung von Düsenplatten, wobei eine Metallplatte als Trägerplatte dient, in welche dann einzelne Düsenelemente mit den Düsenkanälen aus hochfestem Material, beispielsweise technische Edelsteine, eingesetzt werden.
Die Herstellung dieser Düsenelemente ist technisch und technologisch sehr aufwendig und somit kostenintensiv, da insbesondere sowohl der Düsenkanal als auch die Mantelfläche nur sehr arbeitsintensiv in der erforderlichen Güte zu fertigen sind und alle Düsenelemente einzeln in die Trägerplatte eingesetzt werden müssen.
Ein weiterer Nachteil ist die Anfälligkeit der Düsenelemente gegen Ausbrüche im Kanalbereich. Zum einen verursacht durch mechanische Belastung der Dichtelemente auf der Eintrittsseite, zum anderen auf der Austrittseite durch mechanische Einwirkungen, beispielsweise verursacht durch Kontakt mit zu bedruckenden Produkten, oder auch unsachgemäßer Reinigung.
Bekannt ist auch, dass bei Verwendung von pigmentierten Tinten, die Pigmente beispielsweise aus Titandioxid, durch Abrasion, d. h. der Abtrag von Oberflächen mittels schleifender Medien, hier Titandioxid, den Düsenkanal beschädigen.
Im Dokument DE 37 42 090 C2 wird als Alternative eine technische Lösung beschrieben, eine solche Düsenplatte komplett aus einen Stück zu fertigen. Als mögliche Materialien werden u. a. Quarzglas, Keramik oder gesinterte Verbundstoffe genannt. Dabei sind die Oberflächen der Platte auf der Seite der aufsitzenden Ventilelemente und die Ventilelemente funktionsbedingt plangeschliffen. Die Dichtwirkung soll, ohne gesonderte Dichtelemente zu verwenden, durch eine molekulare Schicht von Flüssigkeit zwischen Ventilsitz und Düsenplatte erreicht werden. Diese beschriebene Lösung hat mehrere Nachteile. In Abhängigkeit von den Einsatzbedingungen des Drucksystems gelangen regelmäßig Verunreinigungen aus der Luft, wie z. B. Staubpartikel, Fasern o. ä., beim Befüllen von Tintentanksystemen in den Tintenkreislauf. Trotz Filterung verbleiben unerwünschte Restpartikel in der Tinte, die sich dann auch zwischen Düsenplatte und Ventilelement ablagern. Das gleiche Problem entsteht auch, wenn pigmentierte Tinten verwendet werden. Die Pigmente, häufig aus Titandioxid bestehend, lagern sich im Ventilsitz ab und verhindern die funktionsbedingt erforderliche, homogene molekulare Schicht einer Flüssigkeit zwischen Plattenoberfläche und Ventilelement, welche zur Abdichtung zwingend erforderlich ist. Die Folge sind Leckagen und eine Verschlechterung des Druckbildes, verbunden mit einem hohen Wartungsaufwand. Ein weiterer Nachteil ist, dass bei Verwendung von schnelltrocknenden Tinten auf Basis von z. B. Aceton oder MEK, der Tintenfilm bzw. dessen molekulare Schicht durch Luftkontakt über den Düsenkanal, durch Verflüchtigung des Lösungsmittels, eintrocknen. Was dann zum unerwünschten Festkleben der Ventilelemente auf der Plattenoberfläche führt. Dies geschieht beispielsweise dann, wenn über einen längeren Zeitraum, z. B. bei produktionsbedingten Druckpausen, das Ventil nicht betätigt wird.
Aufgabe der Erfindung ist es, kostengünstig und technisch einfach eine Düsenplatte bereitzustellen, die über eine hohe Verschleißfestigkeit verfügt und für alle üblichen Varianten von diesbezüglichen Tinten sicher eingesetzt werden kann. Die Düsenplatte soll, sowohl eine prozesssichere Abdichtung bei höchstmöglichen Druckgeschwindigkeiten als auch die Einhaltung der geforderten, üblichen Druckqualitäten von Druckern dieses Typs, in jedem Fall sicher gewährleisten.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch eine Düsenplatte mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 gelöst.
Erfindungswesentlich ist, dass die Düsenplatte aus Keramik besteht und zumindest die Kontur der Düsenplatte und des Düsenkanals durch eine Laserbearbeitung erhaltbar sind.
Die Kontur des Ventilsitzes kann im Sinne der Erfindung außerdem durch eine Laserbearbeitung erhaltbar sein.
Alternativ kann der Ventilsitz auch schon bei der Herstellung der Oxidkeramikplatte, vorzugsweise über das Werkzeug bei der Sinterung, als Element der Oberfläche eingebracht werden.
Die Düsenplatte kann kostengünstig und in technisch einfacher Art mittels Laserbearbeitung, insbesondere Laserschneiden, hergestellt werden. Die Herstellung aus einem Stück ist dabei wesentlich kostengünstiger als eine Fertigung mit aufwendig gefertigten Düsenelementen, welche funktionsbedingt einzeln in eine Platte einzusetzen sind.
Oxidkeramik ist als Halbzeug in der erforderlichen Endstärke von ca. 1 mm und mit einer diesbezüglich ausreichenden Oberflächenqualität verfügbar. Eine aufwendige Oberflächenbearbeitung, wie z. B. Planschleifen, ist somit nicht erforderlich.
Die äußere Form der Düsenplatte und die Düsenkanäle inklusive Bearbeitung der Ventilsitze, können in einem Arbeitsgang durch übliche Laserbearbeitung hergestellt werden.
Aus wirtschaftlichen Gründen kann es bei größeren Stückzahlen von Vorteil sein, den Ventilsitz schon bei Herstellung der Oxidkeramikplatten, in die Oberfläche einzubringen. Dazu wird in das Presswerkzeug, welches beim Sintervorgang verwendet wird, die Negativform des späteren Ventilsitzes eingearbeitet. Nach erfolgter Sinterung ist dann der Ventilsitz als erhabene Ausformung, mit einer Höhe von ca. 0,2 mm, auf der Plattenoberfläche vorhanden. Die Ausführung kann in verschieden Formen erfolgen, vorzugsweise Kalottenform oder Zylinderform mit Fase.
Die abhängigen Ansprüche 2 bis 9 enthalten vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ohne diese damit zu begrenzen.
Bevorzugt ist, dass die Keramik eine Oxidkeramik ist.
Bevorzugt ist außerdem, dass der Ventilsitz eine den Ventilsitz umgebende Fläche, dabei insbesondere als Erhebung die Plattenoberfläche, oder einen Kanal überragt.
Um am Einlass der Düsenkanäle in der Düsenplatte, den Vorteil einer Abdichtung zumindest durch Linienberührung an der oberen Kante des Düsenkanales nutzen zu können, wird im ebenfalls bei der Laserbearbeitung, um jeden Kanal eine kreisringförmige Vertiefung, welche eine umgebende Fläche oder ein umlaufender Kanal ist, eingebracht. Alternativ kann der Ventilsitz bei der Herstellung des Halbzeuges beim Sintern vorgefertigt werden.
Durch die Laserbearbeitung erhält der Düsenkanal auf der Einlassseite ein Endstück in der Form eines Hohlzylinders, mit einer Höhe von ca. 0,2 mm und einen Außendurchmesser von ca. 1 mm.
Bevorzugt ist außerdem, dass der Ventilsitz hin zur umgebenden Fläche oder zum Kanal 10 abgeflacht ist. Durch Anbringung einer solchen Fase an der Außenkante des Hohlzylinders auf der Einlassseite vom Düsenkanal, reduziert sich an dessen Stirnseite die Fläche des Kreisringes, d. h. der Ventilsitz hin zur umgebenden Fläche oder zum Kanal 10 ist abgeflacht, auf den das Dichtelement wirkt. Das hat den Vorteil, dass auch mit geringer Anpresskraft eine Abdichtung über die Linienberührung am Düsenkanal erfolgen kann.
Der gleiche Vorteil wird auch bei einem, durch Sintern bei der Halbzeugfertigung gefertigten, erhabenen Ventilsitz in Kalottenform oder Zylinderform mit Fase, erreicht.
Weitere Merkmale, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen ohne diese damit zu begrenzen.
Weitere Merkmale, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die 1, 1.a, 1.b und 2.
Es zeigen:
1 ein Ausführungsbeispiel einer Düsenplatte in einer Druckeinrichtung in einer teilweisen Seitenansicht,
1.a Teilansicht einer Düsenplatte in einer Druckeinrichtung in einer teilweisen Seitenansicht gemäß 1, mit einem durch Laserbearbeitung hergestellten Ventilsitz
1.b Teilansicht einer Düsenplatte in einer Druckeinrichtung in einer teilweisen Seitenansicht gemäß 1, mit einem bei der Halbzeugherstellung durch Sintern hergestellten Ventilsitz und
2 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Düsenplatte in einer Druckeinrichtung in einer teilweisen Seitenansicht.
1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Düsenplatte 5 in einer Druckeinrichtung in einer teilweisen Seitenansicht. Verwendet wird die Düsenplatte 5 hier an einer Druckeinrichtung, nämlich einen Matrixdrucker, mit mindestens einem Ventil 3. Mit der Düsenplatte 5 wird eine Tintenkammer 1 verschlossen, in welche Tinte 2 mit einem üblichen Überdruck eingeleitet werden kann.
Die Ventile 3, in 1 sind sieben Ventile 3 dargestellt, mit jeweils eingesetzten Dichtelementen 4 werden im geschlossenen Zustand in bekannter Art und Weise durch Federkraft auf den Ventilsitz 9 gepresst. Das auf dem Ventilsitz 9 im geschlossenen Zustand des Ventils 3 somit aufliegende Dichtelement 4 besteht aus einem elastischen Material, hier einem Elastomer. Elastomere verfügen über die für diesen Einsatzzweck erforderlichen Lösungsmittelbeständigkeit und eine Härte von Shore A 75–80.
Durch die Elastizität, vorzugsweise mit Druckverformungsrest 30–35%, 70 h bei 204°C, des Dichtelementes 4 in Kombination mit dem beschriebenen Ventilsitz 9, wird gewährleistet, dass kleinere Verunreinigungen oder Pigmente in den Tinten, keine Auswirkungen auf die Abdichtung der Düsenplatte 5 haben, falls diese zwischen Dichtelement 4 und Düsenplatte 5 gelangen.
Diese Form der Abdichtung gewährleistet außerdem, dass Tinte 2, die sich im geschlossenen Zustand des Ventils 3, zwischen Dichtelement 4 und Ventilsitz 9 befindet, luftdicht gegenüber dem Düsenkanal 7 eingeschlossen und dadurch das Lösungsmittel sich nicht verflüchtigen kann. Ein Festkleben der Ventile 3 in Folge eingetrockneter Tinte, kann dadurch vermieden werden. Die Druckeinrichtung ist auch nach längeren Stillständen schnell druckbereit.
Um die Bruchfestigkeit der Düsenplatte 5 aus Oxidkeramik zu erhöhen, wird diese auf der Auslassseite durch eine Trägerplatte 6, vorzugsweise aus Edelstahl, verstärkt.
1a zeigt eine Teilansicht einer Düsenplatte in einer Druckeinrichtung in einer teilweisen Seitenansicht gemäß 1.
Durch Anbringung einer solchen Fase an der Außenkante des Hohlzylinders auf der Einlassseite vom Düsenkanal 7, reduziert sich an dessen Stirnseite die Fläche des Kreisringes, d. h. der Ventilsitz 9 hin zur umgebender Fläche oder zum Kanal 10 ist abgeflacht, auf den das Dichtelement wirkt.
1.b zeigt eine weitere Teilansicht einer Düsenplatte in einer Druckeinrichtung in einer teilweisen Seitenansicht gemäß 1.
Durch Ausformung einer erhabenen Kalotte auf der Einlassseite vom Düsenkanal 7, reduziert sich durch die Wölbung die Auflagefläche des Ventilsitzes, auf die das Dichtelement wirkt.
Die Verbindung der Düsenplatte 5 mit der Trägerplatte 6 kann in in mehreren unterschiedlichen Ausführungen erfolgen. Möglich ist die planflächige Verbindung mit der Trägerplatte 6, wie in 1 dargestellt. Die Düsenplatte 5 wird dabei auf die Tintenkammer 1 aufgesetzt und über eine Dichtung 8 abgedichtet. In dieser Ausführung werden die Befestigungselemente, in 1 nicht dargestellt, über Durchgangsbohrungen durch die Düsenplatte 5 geführt.
Eine weitere alternative Möglichkeit ist das Einsetzten der Düsenplatte 5 in eine ausgearbeitete Vertiefung, wie in 2 dargestellt.
Die Dichtung 8 der Tintenkammer wirkt dabei direkt auf die Trägerplatte 6. Die Durchgangsbohrungen befinden sich außerhalb der Düsenplatte 5.
Die Düsenplatte in 2, kann mit Ventilsitzen gemäß 1.a oder alternativ 1.b, ausgeführt werden.
Bezugszeichenliste

1: Tintenkammer
2: Tinte
3: Ventil
4: Dichtelement
5: Düsenplatte
6: Trägerplatte
7: Düsenkanal
8: Dichtung
9: Ventilsitz
10: Kanal

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 3302617 [0002]
DE 3742090 C2 [0007]

Claims

Düsenplatte in einer Druckeinrichtung zur Erzeugung von Zeichen durch Ausgabe von unter Druck stehender Tinte (2), wobei die Tinte (2) sich in einer Tintenkammer (1) mit zumindest einem Ventil (3), welches einen Ventilsitz (9) und ein Dichtelement (4) besitzt, befindet und die Tinte (2) bei geöffneten Ventil (3) über zumindest einen Düsenkanal (7), welcher in einer Düsenplatte (5) angeordnet ist, entweicht, wobei der Ventilsitz (9) an der Düsenplatte (5) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsenplatte (5) aus Keramik besteht und zumindest die Kontur der Düsenplatte (5) und des Düsenkanals (7) durch eine Laserbearbeitung herstellbar sind.
Düsenplatte gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Keramik eine Oxidkeramik ist.
Düsenplatte gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilsitz (9) eine den Ventilsitz (9) umgebende Fläche oder einen umlaufenden Kanal (10) überragt.
Düsenplatte gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilsitz (9) hin zur umgebende Fläche oder zum Kanal (10) abgeflacht oder abgerundet ist.
Düsenplatte gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilsitz (9) eine umlaufende Dichtkante oder Dichtfläche besitzt.
Düsenplatte gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an der Düsenplatte (5) eine Trägerplatte (6), besonders bevorzugt planflächig, angeordnet ist.
Düsenplatte gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsenplatte (5) in der Trägerplatte (6) eingelassen ist.
Düsenplatte gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelements (4) des Ventils (3) aus einem elastischen Material, besonders bevorzugt aus Elastomer, besteht.
Düsenplatte gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Düsenplatte (5) ein Verschleißteil ist.